Page 123 - 城镇燃气管道检测与评估技术规程

第二章 管道智能检测研究

在该系统中，测量是设备的重要功能。测量仪设备收到服务器的测量指令之
后，开始测量工作，ARM 主控芯片控制各传感器模块采集信号。其中，采用测
电压除以电阻的方式得到电流，所以电流的测量最后转化为电压的测量。然后设

计测量电压的模拟电路，主要采用分压的方式，被测量电压进入测量电路，会被
串联的电阻分压，将分得的电压模拟值通过 OP07 进行放大。测量仪设备根据测
量指令合理控制 A/D 芯片 AD7606。采集过程中考虑了采样定理、量化误差和模
数转换的原理和方法。其中，采样定理是奈奎斯特采样定理。在模拟 / 数字信号

转换过程中，只有当采样频 fs 大于信号中最高频率 fmax 的 2 倍（fs≥2fmax）时，
采样的数字信号才能完全保留原始信号中的信息。测量时间越长，平均误差越小，
所以测量时间必须足够长，一般至少是信号周期的 3~5 倍以上。该系统的采样频
率是信号最高频率的 5 倍，可以更好地保留原始数据中的信息，并且在一定程度

上对信号进行了滤波。
为了减小测试误差，本系统连续采集 200 次数据之后，取它们的平均值，
作为一次测量数值，该数值缓存在片内 Flash 中。主控芯片将该数值加上设备的
ID、测量时间和测量指令的符号等信息，组成一条小于 128 个字节大小的测量数

据，将该数据异或加密之后发送给服务器。服务器收到数据之后，向测量仪返回
指令，测量结束。若测量仪在一定时间内未收到服务器返回的指令，则将发送的
数据存储在片外存储芯片中，下次测量时，再次发送该数据。
上述嵌入式程序主要面临被复制和被改写的威胁。测量仪采用 JTAG 进行

软件程序调试，JTAG 技术可以保障系统测试过程的可控性和可观测性，同时还
可以提高测试效率，因此在数字硬件系统中已经得到了普遍的应用。然而，由
于 JTAG 强大的访问功能，它经常被攻击者用来攻击系统 。B. Yang 等人通过实
验证明 JTAG 可以用来读取嵌入式电路板芯片的敏感信息。实验采用硬件实现的

DES 算法电路作为攻击目标，然后利用 JTAG 技术顺利窃取芯片中存储的关键信
息，研究证明，无限制的 JTAG 很容易给系统带来安全威胁。因此，JTAG 安全
在系统安全中起着非常重要的作用。攻击者在破除硬件的物理防护之后，仅使用
JTAG 仿真器加上配套的软件就可以读出 STM32 的程序，虽然被读出的程序已

经被编译成了*.hex文件，但仍存在被转换为C语言进行分析、处理和应用的风险。
为了防止代码被非法复制，必须保证它的安全性。对存储区域中的代码设置读写
保护可以在一定程度上防止代码被直接读取，进而保护代码的安全性。但是，攻

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