海南电网公司屯昌供电局 高 红 北京智芯微电子科技有限公司 金学明 张 谦 南岳松 赵军伟 杜 鹃 贺 朋

安全架构包括主控芯片MCU、智能卡、安全模块ESAM、终端设备、计量芯片五个组件。安全信息的逻辑通路有三条（图1虚线路径）：计量芯片与ESAM 间的通路、智能卡与ESAM 间的通路、终端设备与ESAM 间的通路，三条逻辑通路由四个物理接口实现：计量芯片与MCU 间的接口1、终端设备与MCU 间的接口2、智能卡与MCU 间的接口3、ESAM 与MCU 间的接口4。接口1的主要类型是I2C、UART、SPI 等通用接口；接口2的主要类型是RS485接口、电力线载波、EPON、3G 公网等；接口3的类型是ISO7816、ISO14443等标准的智能卡接口；接口4基本都是ISO7816接口。

接口4存在于所有的三条逻辑通路中，它的性能决定了智能电能表安全信息交互的整体性能。ISO7816接口是针对智能卡的标准，之所以存在于ESAM 是因为早期的ESAM 与智能卡是一种芯片的两种不同封装形式，因此接口3与接口4选用相同的接口。随着智能电网的发展，智能卡与ESAM在功能与接口方面的差异越来越大，必须要开发专门的与智能卡不兼容的ESAM 芯片。如果继续在ESAM 上使用ISO7816接口将会存在着协议冗余、硬件代价大、接口不通用、速率过低的缺陷。

图1 智能电能表安全架构

ISO7816的最高速率可以达到5MHz，但实际中稳定的速率是5MHz/372，而SPI 的稳定速度可达到20MHz，因此可选用SPI 作为ESAM 的接口。SPI 接口相对于ISO7816接口具有通用、高速、硬件代价小的优点[1]，但它作为一种物理接口，为了能应用于ESAM 需根据应用场景开发协议层，本文描述了一种定制的SPI 接口，可以满足上述需求。……