6ES7231-7PB22-0XA8功能参数

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单片机（Ｍｉｃｒｏｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）一般都有内部ＲＯＭ／ＥＥＰＲＯＭ／ＦＬＡＳＨ供用户存放程序。为了防止未经授权访问或拷贝单片机的机内程序，大部分单片机都带有加密锁定位或者加密字节，以保护片内程序。如果在编程时加密锁定位被使能（锁定），就无法用普通编程器直接读取单片机内的程序，这就是所谓拷贝保护或者说锁定功能。事实上，这样的保护措施很脆弱，很容易被破解。单片机攻击者借助专用设备或者自制设备，利用单片机芯片设计上的漏洞或软件缺陷，通过多种技术手段，就可以从芯片中提取关键信息，获取单片机内程序。因此，作为电子产品的设计工程师非常有必要了解当前单片机攻击的*新技术，做到知己知彼，心中有数，才能有效防止自己花费大量和时间辛辛苦苦设计出来的产品被人家一夜之间的事情发生。

２　单片机攻击技术
目前，攻击单片机主要有四种技术，分别是：
（１）软件攻击
该技术通常使用处理器通信接口并利用协议、加密算法或这些算法中的安全漏洞来进行攻击。软件攻击取得成功的一个典型事例是对早期ＡＴＭＥＬ ＡＴ８９Ｃ 系列单片机的攻击。攻击者利用了该系列单片机擦除操作时序设计上的漏洞，使用自编程序在擦除加密锁定位后，停止下一步擦除片内程序存储器数据的操作，从而使加过密的单片机变成没加密的单片机，然后利用编程器读出片内程序。

（２） 电子探测攻击
该技术通常以高时间分辨率来监控处理器在正常操作时所有电源和接口连接的模拟特性，并通过监控它的电磁辐射特性来实施攻击。因为单片机是一个活动的电子器件，当它执行不同的指令时，对应的电源功率消耗也相应变化。这样通过使用特殊的电子测量仪器和数学统计方法分析和检测这些变化，即可获取单片机中的特定关键信息。

（３）过错产生技术
该技术使用异常工作条件来使处理器出错，然后提供额外的访问来进行攻击。使用*广泛的过错产生攻击手段包括电压冲击和时钟冲击。低电压和高电压攻击可用来禁止保护电路工作或强制处理器执行错误操作。时钟瞬态跳变也许会复位保护电路而不会破坏受保护信息。电源和时钟瞬态跳变可以在某些处理器中影响单条指令的解码和执行。

（４）探针技术
该技术是直接暴露芯片内部连线，然后观察、操控、干扰单片机以达到攻击目的。为了方便起见，人们将以上四种攻击技术分成两类，一类是侵入型攻击（物理攻击），这类攻击需要破坏封装，然后借助半导体测试设备、显微镜和微定位器，在专门的实验室花上几小时甚至几周时间才能完成。所有的微探针技术都属于侵入型攻击。另外三种方法属于非侵入型攻击，被攻击的单片机不会被物理损坏。在某些场合非侵入型攻击是特别危险的，这是因为非侵入型攻击所需设备通常可以自制和升级，因此非常廉价。

大部分非侵入型攻击需要攻击者具备良好的处理器知识和软件知识。与之相反，侵入型的探针攻击则不需要太多的初始知识，而且通常可用一整套相似的技术对付宽范围的产品。
因此，对单片机的攻击往往从侵入型的反向工程开始，积累的经验有助于开发更加廉价和快速的非侵入型攻击技术。

３　侵入型攻击的一般过程
侵入型攻击的第一步是揭去芯片封装。有两种方法可以达到这一目的：第一种是完全溶解掉芯片封装，暴露金属连线。第二种是只移掉硅核上面的塑料封装。第一种方法需要将芯片绑定到测试夹具上，借助绑定台来操作。第二种方法除了需要具备攻击者一定的知识和必要的技能外，还需要个人的智慧和耐心，但操作起来相对比较方便。
芯片上面的塑料可以用小揭开，芯片周围的环氧树脂可以用腐蚀掉。热的会溶解掉芯片封装而不会影响芯片及连线。该过程一般在非常干燥的条件下进行，因为水的存在可能会侵蚀已暴露的铝线连接。
接着在超声池里先用清洗该芯片以除去残余，然后用清水清洗以除去盐分并干燥。没有超声池，一般就跳过这一步。这种情况下，芯片表面会有点脏，但是不太影响紫外光对芯片的操作效果。*后一步是寻找保护熔丝的位置并将保护熔丝暴露在紫外光下。一般用一台放大倍数至少１００倍的显微镜，从编程电压输入脚的连线跟踪进去，来寻找保护熔丝。若没有显微镜，则采用将芯片的不同部分暴露到紫外光下并观察结果的方式进行简单的搜索。操作时应用不透明的纸片覆盖芯片以保护程序存储器不被紫外光擦除。将保护熔丝暴露在紫外光下５～１０分钟就能破坏掉保护位的保护作用，之后，使用简单的编程器就可直接读出程序存储器的内容。

对于使用了防护层来保护ＥＥＰＲＯＭ单元的单片机来说，使用紫外光复位保护电路是不可行的。对于这种类型的单片机，一般使用微探针技术来读取存储器内容。在芯片封装打开后，将芯片置于显微镜下就能够很容易的找到从存储器连到电路其它部分的数据总线。

由于某种原因，芯片锁定位在编程模式下并不锁定对存储器的访问。利用这一缺陷将探针放在数据线的上面就能读到所有想要的数据。在编程模式下，重启读过程并连接探针到另外的数据线上就可以读出程序和数据存储器中的所有信息。

还有一种可能的攻击手段是借助显微镜和激光切割机等设备来寻找保护熔丝，从而寻查和这部分电路相联系的所有信号线。由于设计有缺陷，因此，只要切断从保护熔丝到其它电路的某一根信号线，就能禁止整个保护功能。由于某种原因，这根线离其它的线非常远，所以使用激光切割机完全可以切断这根线而不影响临近线。这样，使用简单的编程器就能直接读出程序存储器的内容。

虽然大多数普通单片机都具有熔丝烧断保护单片机内代码的功能，但由于通用低档的单片机并非于制作安全类产品，因此，它们往往没有提供有针对性的防范措施且安全级别较低。加上单片机应用场合广泛，销售量大，厂商间委托加工与技术转让频繁，大量技术资料外泻，使得利用该类芯片的设计漏洞和厂商的测试接口，并通过修改熔丝保护位等侵入型攻击或非侵入型攻击手段来读取单片机的内部程序变得比较容易。

４ 应对单片机破解的几点建议
任何一款单片机，从理论上讲，攻击者均可利用足够的投资和时间使用以上方法来攻破。所以，在用单片机做加密认或设计系统时，应尽量加大攻击者的攻击成本和所耗费的时间。这是系统设计者应该始终牢记的基本原则。除此之外，还应注意以下几点：
（１）在选定加密芯片前，要充分调研，了解单片机技术的新进展，包括哪些单片机是已经确认可以破解的。尽量不选用已可破解或同系列、同型号的芯片。
（２）尽量不要选用ＭＣＳ５１系列单片机，因为该单片机在国内的普及程度*高，被研究得也*透。
（３）产品的原创者，一般具有产量大的特点，所以可选用比较生僻、偏冷门的单片机来加大者采购的难度。
（４）选择采用新工艺、新结构、上市时间较短的单片机，如ＡＴＭＥＬ ＡＶＲ系列单片机等。
（５）在设计成本许可的条件下，应选用具有硬件自毁功能的智能卡芯片，以有效对付物理攻击。
（６）如果条件许可，可采用两片不同型号单片机互为备份，相互验证，从而增加破解成本。
（７）打磨掉芯片型号等信息或者重新印上其它的型号，以乱真。
当然，要想从根本上防止单片机被，程序被等侵权行为发生，只能依靠法律手段来**。

由于VVVF控制方式具有、节能等优点，在工业领域，特别是电气设备上得以广泛应用。电梯领域采用VVVF控制方式为时较早，目前电梯行业几乎都已采用这种控制方式，其优点是很明显的，但从原理上讲，这类系统依然存在着漏电流和高次谐波噪音。
作为一种对策，现在比较有效的方法是在变频器上设置有效的屏蔽回路。下面就说明为了减少漏电流和高次谐波噪音的干扰，对变频器控制电梯设备的设计、施工及测定时所应考虑的问题。
1 漏电流的产生原理
变频器控制方法采用的是高速开关PWM脉宽调制。在控制系统中，驱动曳引电动机的变频器输出电压波形，由于高频和高压是急剧变化的，因而，在电动机线圈和外壳之间、在电动机引出线和大地之间存在着寄生电容（其静电电容量会因设置条件和机器的不同而大副变化），因此寄生电容就会有高频成分的漏电流流向大地
图1所示的是变频器与可控硅两种控制方式的比较情况。在可控硅控制中，虽然可控硅触发时的电压变化也大，也会有脉冲漏电流生，但在单相1个周期中，脉冲不会超过2次，设60Hz地区可知1秒的开关触发次数也就是360次（60Hz × 3相 × 2次）。其平均漏电流值很小，可以忽略不计。而使用变频器的PWM方式，其开关触发次数可达3—10KHz，因此与可控硅控制方式相比，变频器控制方式的漏电流流是很大的。
这种漏电流流经寄生电容流向大地的仅是高频部分，与因绝缘不良或短路形成的工频（50/60Hz）漏电流是基本不同的，后者是直接流向大地的，与可控硅控制的电梯一样，这种工频漏电流值也是很小的。
由于漏电流中包含有高频电流和工频电流两部分，所以可以用漏电流断路器、漏电流继电器或者漏电报警器来检测其中所含变频器产生的高频漏电流。
2 漏电流断路器、漏电报警器的选择与漏电流的测定方法
漏电流断路器、漏电报警器等是以防止人体触电和因短路造成的火灾为目的。对于机电设备而言，设置漏电流断路器或漏电报警器的目的就是为了在绝缘老化而发生短路时，出直接流向接地端的工频电源频率，并切断电源。当测定变频器控制电梯时，应使用与变频器相应的漏电电流计。而检测工频电源频率则是用不能检测高频漏电流电流的相应型号的漏电电流计。与变频器相应型号的测定器，可把的灵敏度从截止频率（大约700HZ左右）降下来，有可能将测定范围限定在工频电源频率附近。
3 关于漏电流断路器或漏电报警器的设定值
在变频器控制的电梯中使用与变频器相应的漏电流断路器或漏电报警器的同时，对于每一台电梯还应设定以下的灵敏度电流作为目标基准。
当由电气设备的技术标准、劳动安全规则等对额定工作电流有所规定时，对每一台电梯都要备有漏电流断路器或漏电报警器。
灵敏度电流的目标设定值：1.一般电梯200MA      2. 家用电梯  30MA
4 高频漏电流问题的对策
在变频器控制的电梯中，如前所述，会产生工频电源频率高的漏电流，因此，在电梯的电源部分要安装漏电流断路器或漏电报警器，它对于电梯以及设备的影响很小。
4．1 关于其它设备的漏电流断路器或漏电报警器不动作的问题
若漏电流断路器或漏电报警器置于变频器控制的动力线，电梯运行，对于电梯以外的其它设备的漏电流断路器或漏电报警器有发生不能动作的可能。
如图2所示，设于电梯动力用变压器分路中的漏电流断路器或漏电报警器，因不是与变频器相应的型号，由于流经接地线的高频漏电流作用，以至不能动作。作为对策，应把其它设备上用的漏电流断路器或漏电报警器更换为变频器相应型号。
由此，对于和变频器控制电梯使用同一变压器的设备，可推荐使用与变频器相应型号的漏电流断路器或漏电报警器。
4．2 使用临时电源时，漏电流断路器或漏电报警器不动作的问题
在大楼建设过程中，用临时电源驱动电梯，设在临时电源上的漏电流断路器或漏电报警器有不动作的情况发生。例如，这时的漏电流断路器或漏电报警器不一定是与变频器相应型号，所以，由于高频漏电流的影响，以至不动作。这时尤其是当漏电流断路器或漏电报警器的设定值很低的情况，因此也必须选用与变频器相应的型号。再者，推荐在每一台电梯上设置漏电流断路器或漏电报警器。
4．3电梯更新时漏电流断路器或漏电报警器不动作的问题
在把老式电梯更新为变频器控制电梯时，漏电流断路器或漏电报警器会不动作。如原有电梯用的不是与变频器相适应的漏电流断路器或漏电报警器，继续使用则可能发生不动作。因此推荐更新为与变频器相对应的漏电流断路器或漏电报警器。
5  关于高次谐波噪音的对策：
5．1  高次谐波噪音的发生原理
产生高次谐波噪音的原理与漏电流流是一样的。由于驱动曳引电动机变频器装置的输出电压波形也是高频高压，变化剧烈，因此会产生高次谐波噪音。其路线如图3所示。
变频器控制电梯产生的高次谐波噪音大体可分4种类型
（1） 辐射噪音
   在变频器及电动机的输出线和进入变频器装置的输入线之间的空间内存在电磁波，这就产生了辐射噪音。如图3中所示的①、②、③。这种噪音就成了对通讯设备天线和信号线的噪音障碍
（2） 电磁感应噪音
由于进入电动机的输出线以及进入变频器的输入线的电流会形成一个磁场，使其和接近的设备信号线发生感应而产生噪音。如图3中的④。
（3） 静电感应噪音
由于进入电动机的输出线以及进入变频器的输入线之间存在电位差（即电场），感应与其接近的设备信号线而产生噪音，如图3中的⑤、⑥。
（4） 电路传播噪音
由电源线以及接地线直接进入设备的高次谐波噪音，如图3中的⑦、⑧。
5．2高次谐波噪音的影响及对策：
由变频器控制的电梯产生的高次谐波噪音一般集中在100KHz——3MHz之内。在该频带内受影响*低大的是调幅（MA）无线电。对于高次谐波噪音具有敏感影响的还有某些通讯设备和运算放大器（OA）设备等弱电设备。变频器控制的电梯中装有滤波器，以便在开关元件开、关状态下可以抑制触发电涌，并减少高次谐波噪音的产生。但是对于高次谐波敏感的设备,诸如通讯设备和OA设备而言,还应采取以下对策：   
(1) 对于辐射噪音，要限制噪音发生源和可能受其影响的设备的距离；或者对噪音源和会受其影响的设备做好屏蔽。
(2) 对于电磁感应噪音和静电感应噪音，要尽可能远离噪音源和会施给影响的设备。
(3) 对于由电源线直接影响设备的噪音，要作到：电梯动力线、接地线和设备的电源线、接地线相互分离。
以上基本对策是一般的，下面介绍具体对策：
（1） 对电源线感应噪音对策
为了防止由电梯动力线形成的电磁感应和静电感应噪音对弱电设备的信号线和电源线的感应，应采取以下措施
a． 电梯动力线和弱电设备的电源线之间不能平行配线。如果交叉配线时，其间距离应在1m以上。
b． 电梯动力线和弱电设备的电源线不能平行配线。如果交叉配线时其间距离应在1m以上。若分离比较困难，则弱电设备的电源线要加用金属软管。如图4所示。
（2） 对电源变压器感应噪音的对策
供给弱电设备电源和电梯电源是统一变压器时，电梯产生的噪音会通过电源线干扰弱电设备。这种情况下，应使电梯电源的变压器和弱电设备的变压器分离。参见图5。
（3） 关于接地线对弱电设备干扰噪音的对策
由于弱电设备的接地线和电梯上的接地线相连，电梯产生的噪音经由接地线产生干扰。为此，应使电梯的接地线与弱电设备的接地线分离。参见图6。
a． 应避免电梯与弱电设备的采用公用接地线，一定要各自独立配线，独立接地。
b． 电梯电源变压器的接地线要做专用接地，独立配线。
（4） 对于弱点设备应考虑的事项
对于通讯设备或OA设备，在与具有电磁兼容性的设备共同使用时，为了防止辐射噪音及电源线产生的噪音干扰，应采取以下措施；
a． 为了避开电梯辐射噪音的干扰，在电梯的机房及动力线附近不能设置无线电及其它通讯设施的天线。
b． 对易受噪音干扰的设备，应在设备电源线上设置线路滤波器或噪音切断装置（即绝缘变压器），以防止电源线的噪音干扰。特别对小型电话交换机、音响设备、有线和无线广播设施，事先就应考虑到这个问题。
c． 当需要设置安全保密传感器的时候，应事先与生产厂家做好协商，对电梯的防噪音干扰采取特别的措施。
（5） 其他
在电源及设备上若不能实施上述（1）—（4）说明的对策措施时，应事先与电梯制造厂妥善协商