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基于面向对象协议的-智能电能表-安全模块产品手册V1.1.4.pdf
1. 芯片简介
2. 引脚分配及典型电路
3. 电气特性及时序参数
4. 信息交换
4.1 SPI 通信接口
4.2 SPI 通信协议描述
4.3 SPI 通信流程
4.4 设计要点
4.5 SPI 通信时序
4.6 命令的结构和处理
4.6.1 发送数据结构
4.6.2 接收数据结构
4.6.3 状态字节
5. 交互指令流程
5.1 远程操作流程
5.1.1 读取(获取ESAM信息/读取钱包)
5.1.2 建立应用连接(会话密钥协商)
5.1.3 安全传输数据处理(主站到电能表)
5.1.3.1 读取（抄读电能表数据）
5.1.3.2 ESAM 相关操作
(1)操作(ESAM 操作读取 ESAM 文件内容)
(2) 数据更新
(3) 密钥更新
(4) 钱包操作
(5)操作
5.1.4 安全传输数据处理(电能表到主站)
5.1.5 终端抄读电能表
5.1.6 文件传输（软件比对）
5.2 本地操作指令流程
5.2.2 用户卡
5.2.3 参数预置卡
5.3 通用指令说明
6.文件结构
6.1 ESAM 文件结构
6.1.1 文件目录
6.1.2 表号文件
6.1.3 钱包文件
6.1.4 安全标识文件
6.1.5 参数信息文件
6.1.6 当前套电价文件
6.1.7 备用套电价文件
6.1.8 运行信息文件
6.2 参数预置卡文件结构
6.2.1 文件目录
6.2.2 指令信息文件
6.2.3 钱包文件
6.2.4 当前套电价文件
6.2.5 备用套电价文件
6.3 用户卡文件结构
7. 封装尺寸及联系方式
基于面向对象协议的
智能电能表安全模块
产品手册
版 本 号：V1.1.4
智能电能表安全芯片使用手册
目录
版 本 历 史 .......................................................................................................................................................... 1
1. 芯片简介 ........................................................................................................................................................ 3
1.1 概述 ............................................................................................................................................................. 3
1.2 产品特点 ..................................................................................................................................................... 3
1.3 结构框图 ..................................................................................................................................................... 4
2. 引脚分配及典型电路 .................................................................................................................................... 4
2.1 引脚分配 ..................................................................................................................................................... 4
2.2 参考电路 ..................................................................................................................................................... 5
2.2.1 连接标识说明 ................................................................................................................................................... 5
2.2.2 参考电路设计要点 ........................................................................................................................................... 5
3. 电气特性及时序参数 .................................................................................................................................... 6
3.1 直流参数 ..................................................................................................................................................... 6
3.1.1 直流特性（DC3V）（-40℃至 +85℃） ............................................................................................................ 6
3.1.2 直流特性（DC5V）（-40℃至 +85℃） ............................................................................................................ 6
3.2 交流参数（3V/5V 电源）（-40℃至 +85℃） ........................................................................................... 7
3.3 绝对最大额定值 ......................................................................................................................................... 7
4. 信息交换 ........................................................................................................................................................ 7
4.1 SPI 通信接口 .............................................................................................................................................. 7
4.2 SPI 通信协议描述 ...................................................................................................................................... 8
4.3 SPI 通信流程 .............................................................................................................................................. 9
4.4 设计要点 ..................................................................................................................................................... 9
4.5 SPI 通信时序 ............................................................................................................................................ 10
4.5.1 SPI 通讯时序说明 ......................................................................................................................................... 10
4.5.2 SSN 时序要求 ................................................................................................................................................. 10
4.5.2 SPI 通信时序要求 ......................................................................................................................................... 13
4.5.3 参考逻辑 ........................................................................................................................................................ 14
4.6 命令的结构和处理 ................................................................................................................................... 14
4.6.1 发送数据结构 ................................................................................................................................................. 15
4.6.2 接收数据结构 ................................................................................................................................................. 15
4.6.3 状态字节 ......................................................................................................................................................... 15
4.7 数据重发机制 ........................................................................................................................................... 16
4.7.1 发送数据错误 ................................................................................................................................................. 16
4.7.2 接收数据错误 ................................................................................................................................................. 16
5. 交互指令流程 ................................................................................................................................................ 16
5.1 远程操作流程 ........................................................................................................................................... 16
5.1.1 读取（获取 ESAM 信息、读取钱包）............................................................................................................ 16
5.1.2 建立应用连接（会话密钥协商） ................................................................................................................. 17
5.1.3 安全传输数据处理（主站到电能表） .......................................................................................................... 18
5.1.4 安全传输数据处理（电能表到主站） .......................................................................................................... 21
5.1.5 终端抄读电能表 ............................................................................................................................................ 21
5.1.6 文件传输（软件比对） ................................................................................................................................. 23
5.2 本地操作指令流程 ................................................................................................................................... 23
5.2.1 本地身份认证 ................................................................................................................................................. 23
5.2.2 用户卡 ............................................................................................................................................................. 24
5.2.3 参数预置卡 ..................................................................................................................................................... 26
5.3 通用指令说明 ........................................................................................................................................... 27
6.文件结构 .......................................................................................................................................................... 29
6.1 ESAM 文件结构 .......................................................................................................................................... 29
6.1.1 文件目录 ......................................................................................................................................................... 29
6.1.2 表号文件 ......................................................................................................................................................... 29
6.1.3 钱包文件 ......................................................................................................................................................... 29
6.1.4 安全标识文件 ................................................................................................................................................. 29
6.1.5 参数信息文件 ................................................................................................................................................. 30
6.1.6 当前套电价文件 ............................................................................................................................................. 31
6.1.7 备用套电价文件 ............................................................................................................................................. 31
6.1.8 运行信息文件 ................................................................................................................................................. 32
6.2 参数预置卡文件结构................................................................................................................................ 32
6.2.1 文件目录 ......................................................................................................................................................... 32
6.2.2 指令信息文件 ................................................................................................................................................. 33
6.2.3 钱包文件 ......................................................................................................................................................... 33
6.2.4 当前套电价文件 ............................................................................................................................................. 33
6.2.5 备用套电价文件 ............................................................................................................................................. 34
6.3 用户卡文件结构 ....................................................................................................................................... 35
6.3.1 文件目录 ......................................................................................................................................................... 35
6.3.2 参数信息文件 ................................................................................................................................................. 35
6.3.3 钱包文件 ......................................................................................................................................................... 35
6.3.4 当前套电价文件 ............................................................................................................................................. 36
6.3.5 备用套电价文件 ............................................................................................................................................. 36
6.3.6 返写信息文件 ................................................................................................................................................. 37
7. 封装尺寸及联系方式..................................................................................................................................... 38
7.1 封装尺寸说明 ........................................................................................................................................... 38
7.2 订货联系方式 ........................................................................................................................................... 39
版 本 历 史
版本号 修改日期
V1.0.0
2016.8.29
修改内容
初稿
V1.1.0 2016.10.25
1、第 6.1.1 节 ESAM 文件目录增加安全文
件标识，增加 6.1.4 节安全文件标识结构。
2、修改 6.1.5ESAM 当前套电价文件结构。
3、修改 6.1.6ESAM 备用套电价文件中备用
套阶梯电价长度，修改保留字节长度。
4、修改钱包操作，将初始化、开户/充值、
退费合并为一个流程。
5、术语统一，增加软件比对流程。
V1.1.1 2016.11.21
1、5.1.5 章节将“电表序列号”改为“电
表表号”
2、按照 13 标准修改 ESAM、用户卡、参数
预置卡的文件结构，只是修改文件内容，
文件的 FID 不变。
3、修改本地交互流程，用户卡客户编号的
偏移改动
4、设置 ESAM 参数时，需要将 Data 区的
OAD+LEN 删除后组帧发给芯片，表号设置除
1
外
V1.1.2 2017.1.13
1 、修改状态字节。
V1.1.3 2017.1.24
1、新增 VCC 电源供电纹波限制。
V1.1.4 2017.2.8
1、本地交互操作指令流程中，用户卡和参
数预置卡的流程增加写电表 ESAM 参数信息
文件内容。
2、ESAM 文件更新描述中增加参数信息文件
3、用户卡交互流程中的更新钱包文件指令
长度“0C”改为“000C”
2
1. 芯片简介
1.1 概述
智能电能表安全模块，简称电表 ESAM（Embedded Secure Access Module，
嵌入式安全控制模块），具有普遍安全应用价值的嵌入式数据安全产品。硬件具
有 SM1 国密算法、硬件随机数发生器、电压和频率检测等多种安全性保护机制，
可有效保证传输数据的机密性和完整性。
1.2 产品特点
支持 SPI 通信接口。
支持 SM1 国密算法。
支持电压监测、频率监测等安全防护机制。
具有真随机数发生器。
具有存储器数据加密和总线加扰机制。
数据存储区容量:32Kbytes。
数据保存时间不低于 10 年，数据存储区擦写次数不低于 50 万次。
SPI 通信速率支持 1～10MHz，推荐使用 4MHz。
工作电压：2.7V～5.5V。
工作温度：-40℃～+85℃。
3
1.3 结构框图
图 1 ESAM 结构框图
2. 引脚分配及典型电路
2.1 引脚分配
ESAM 的引脚分配如下图所示：
引脚描述如下表所示：
引脚号 引脚名
1
GND
2、7
MOSI
3、6
MISO
4
SSN
图 2 ESAM 引脚分配图
表 1 引脚描述列表
功能描述
地
主出从入，引脚 2 与 7 需外部短接
主入从出，引脚 3 与 6 需外部短接
片选
4
ESAM内核SM1国密算法随机数发生器定时器中断源SPI接口数据存储区程序存储区安全保护模块RAM12348765GNDMOSIVCCSSNSCKMISOMISOMOSI
5
8
SCK
VCC
时钟
电源
2.2 参考电路
为了能更安全有效地使用 ESAM 芯片，推荐使用如下参考电路图：
图 3 ESAM 参考电路
2.2.1 连接标识说明
Control：用于控制 ESAM 电源的端口，与微控制器连接。
MISO： ESAM 的输出端口。
MOSI： ESAM 的输入端口。
SCK：时钟端口。
SSN：ESAM 片选端口。
注：引脚 2 与 7 需外部短接，引脚 3 与 6 需外部短接。
2.2.2 参考电路设计要点
保证 ESAM 的 VCC 引脚电压从 0V 升至稳定工作电压的时间小于 100us。
保证 ESAM 在正常工作期间的 VCC 的纹波维持在工作电压±100mV 以内。
器件 Q1 可以是三极管或 PMOS 管，提供的最大电流保证大于 100mA。
ESAM 上电过程中，VCC 先上电，后续 SPI 接口根据 SPI 模式配置。
5
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