国民技术面向表计行业的全栈国产芯片和解决方案

5月26-28日，展现能源计量产业发展风向标的“2021中国国际表计行业年度大会”在珠海举行，大会围绕“四表创新技术”、“电行业专场”、“水行业专场”、“燃气行业专场”展开，吸引众多行业专家、企业、媒体机构参会。国民技术股份有限公司(简称:国民技术)携带表计计量技术、表计安全技术、芯片产品及表计解决方案等多个最新技术方案参会。方案开发部执行总监赵永刚在大会同期举办的“四表创新技术和产品专题”论坛上做了《国民技术表计MCU产品和解决方案》专题介绍。

图1 论坛演讲

此次论坛，国民技术推出了从端到云的智能表计全方位产品与解决方案，其丰富齐全的表计产品线涵盖了低功耗MCU主控芯片、安全芯片SE、NFC读卡芯片、BLE低功耗蓝牙芯片、安全云平台等全套产品应用组合，并提供低功耗高可靠性表计无磁计量解决方案、表计联网安全解决方案等多个表计方案，全面支持表计行业落地。

图2 国民技术表计芯片产品和解决方案

一、 表计行业芯片产品

1、N32L4xx低功耗系列主控芯片

N32L43x、N32L40x系列采用业内领先的40nm制程工艺，在CPU性能、集成度、综合能耗、安全性等方面具有明显优势，N32L436系列是国内首款在单芯片内集成了无磁传感计量单元的超低功耗MCU，具有抗磁抗干扰等特色：

● 高集成度

具有极高的集成度，片内集成低功耗无磁传感计量单元，能够在较低功耗情况下独立准确实现计量，具有一颗芯片代替主控与计量芯片优势。是国产首款具备低功耗计量特性的全集成芯片。

● 高性能

内核性能高达135DMIPS，内置嵌入式加密存储高速Flash，集成国密/国际密码算法硬件加速引擎及安全单元，密码算法性能提升数十倍以上，系统资源使用减少5倍，有效提高存储资源使用率。

● 超低能耗

创新解决高性能微控制器的能耗问题，达到功耗与性能的极佳平衡。产品待机功耗小于0.5uA，动态功耗低至60uA/MHz，微秒级启动与功耗模式快速转换，同类产品综合性价比最高。

● 硬件级安全

国内首个同时集成国密/国际密码算法硬件加速引擎以及安全单元的低功耗MCU，创新推出多用户分区控制物理隔离机制和解决方案，技术引领物联网应用。

2、高安全N32S032/Z8IDA系列安全芯片

此次展示了高安全N32S032系列、高性价比Z8IDA系列安全芯片。N32S032获得EAL5+高安全等级认证资质、Z8IDA通过EAL4+认证资质。同时，两款芯片均通过国密二级认证资质，支持国际/国密双算法。其中N32S032不仅具有丰富的外围接口，而且提供基于Java Card平台的公共开发平台服务，可快速对接客户平台，通过完整的端到云全线支持，实现表计联网安全方案快速应用开发。

Z8IDA系列支持DFN8等超小尺寸封装，满足板载面积有限情况下需求，并可提供完整的固件SDK和标准化认证固件，是极具高性价比的产品系列，是低成本表计应用上佳之选。

3、低功功耗蓝牙芯片系列

N32WB03x是支持蓝牙BLE 5.1的SOC射频芯片,具有极低的功耗特色，其中，蓝牙发送接收功耗均小于3.5mA，待机功耗小于0.1uA的业内领先功耗控制能力，广泛应用于智能蓝牙水表、智能蓝牙燃气表、蓝牙透传、语音遥控器、通用数传模块、轻智能穿戴等应用领域。

4、NZ380x系列读卡器芯片

NZ380x系列读卡器芯片通过了EMV/PBOC L1认证测试，支持ISO/IEC14443 A/B协议和高传输速率通信，支持SPI/I2C/UART等主机接口。该系列具有多种节电模式，特别适合低功耗、长时间待机终端应用。此外，芯片还采用了2.5V～5V的宽电压范围设计，调节发射模块电压即可调节输出功率。

二、国民安全云物联网平台

国民安全云物联网平台是基于金融级安全芯片、通用安全MCU以及国民安全云平台等，形成基于硬件密码的强安全认证能力和数据加密能力的综合服务平台。国民安全云平台提供设备身份安全认证、云-端安全通信过程密钥协商(一次一密)、安全通信数据加解密等物联网关键安全服务功能，支持灵活的安全认证方式，单向认证/双向认证可选。

图3 国民安全云系统架构图

国民安全云与业务系统的对接和部署，可根据需求采用以下三种方式中的一种灵活部署：

● 私有化部署方式

安全云平台服务功能与客户业务云平台进行集成，满足对运营数据敏感的客户需求，便于业务平台整体上进行安全认证，优化系统效率。国民技术可提供私有化部署与对接的全方位技术支持服务。

● 一体机快速部署方式

提供安全云一体机，加密机和安全云一步到位，客户无需云端部署开发投入，满足对运营数据敏感的客户需求，并以超低成本实现快速、高安全接入服务。

● 云-云对接方式

客户业务云集成安全云SDK并通过SDK与国民安全云对接，由国民安全云平台提供所需安全服务，可快速集成实现云-端高安全。

三、表计解决方案

1、表计低功耗无磁计量解决方案

方案采用高集成度、低成本的N32L4xx系列MCU单芯片实现计量与应用处理，芯片内置计量采集算法模块、LCD驱动、比较器、定时器等资源，外围电路精简，大大降低成本。

图4 表计无磁计量解决方案框图

国民技术表计无磁计量解决方案具有如下优势：

● 低计量功耗

静态功耗小于6uA，计量功耗9uA以内，满足业内应用场景需求。

● 抗强磁干扰

具有磁铁置于表上也不会影响计量准确性的优异特性，环境适应性强，可在复杂环境进行安装。

● 模块体积小、成本低、适应性强

单芯片实现计量和应用处理，电路精简成本低，适应各种计量机具，可进行一体化设计，稳定性和可靠性高。

● 芯片级开源

芯片计量方案应用源码开放、硬件设计资料开放。

方案的软、硬件设计及生产资料指南齐备，可支撑厂商快速实现产品化，并具有专业人员支持。

● 高精度计量能力和高频度计量信息上传能力

方案支持0.1L位计量、计量准确度更高、最高可达10mm计量探测距离。方案可为政务、燃气管理提供高频数据上传支撑能力。

2、表计云-端安全解决方案

基于国民安全云平台、SE安全芯片与安全MCU实现表计业务的云-端安全解决方案。其中在表计设备端提供基于MCU/SE硬件的安全功能，包括：设备唯一序列号、设备私钥与证书安全存储、端-云双向认证、安全通信密钥协商、通信数据加密保护、通信数据完整性保护，以及设备MCU安全启动等;在表计业务云端提供基于安全云的安全服务，包括：接入设备控制、设备身份认证、云-端双向认证、安全通信密钥协商、数据完整性校验、上行数据解密/下行数据加密、设备证书签发、设备证书管理、设备密钥更新等。

图5 表计云-端安全解决方案

国民技术拥有低功耗MCU技术、无磁计量技术、低功耗无线射频技术、金融级安全技术等表计领域核心基础技术及方案能力，可面向行业及客户提供表计低功耗MCU、低功耗蓝牙BLE5.1 SOC、NFC读卡芯片和金融级安全芯片等表计套片产品与全套方案，创新表计行业应用，提供行业有竞争力的云端服务。