CN114174768B - 以耦合到应用处理器的计量处理器为特征的多处理器公用服务计量表 - Google Patents

Abstract

一种公用服务计量表具有多处理器架构，包括（i）用于执行多个软件应用的微处理单元（MPU）和（ii）用于实时执行核心计量功能的另一个处理单元。例如，公用服务计量表包括计量引擎、MPU和一个或多个计量应用。计量引擎测量资源的消耗，并基于资源的消耗生成消耗数据。计量引擎包括计量处理器、专用存储器和由计量处理器运行的实时操作系统，以使得计量引擎能够实时运行时间关键的计量功能。MPU耦合到计量处理器，并包括一个或多个处理器核心。MPU在MPU的主操作系统之上运行所述一个或多个计量应用，并且所述一个或多个计量应用利用消耗数据。

Description

以耦合到应用处理器的计量处理器为特征的多处理器公用服 务计量表

技术领域

本文描述的实现涉及公用服务计量表，并且更特别地，涉及以耦合到应用处理器的计量处理器为特征的多处理器公用服务计量表。

背景技术

一般地，公用服务计量表测量诸如电、水或气之类的资源的消耗。通常，公用服务计量表安装在房屋处或其附近，以测量该房屋内的消耗。公用服务计量表通常由服务提供商提供，该服务提供商根据需要管理公用服务计量表，以确保公用服务计量表完全操作并且取得准确的消耗测量。在一些情况下，公用服务计量表具有集成的无线电，并且从而参与无线网状网络。通过无线网状网络，公用服务计量表向远程集中式头端系统报告消耗，该头端系统与多个公用服务计量表通信并负责跨多个公用服务计量表的服务。消耗的测量和报告方面需要高水平的准确性，因为消费者是基于如在公用服务计量表处测量的其消耗而被开账单的。

现有的公用服务计量表通常利用微控制器，该微控制器将与随机存取存储器（RAM）和只读存储器（ROM）集成的中央处理单元并入在单个芯片上。安装在硬件之上的固件实现诸如消耗采样和报告之类的操作。部分由于公用服务计量表上可用的存储空间有限，固件是单片的，使得计量表功能性的大部分或所有方面被编码到固件中并彼此依赖。

公用服务计量表附加地包括显示器，所述显示器对于向技术人员提供数据或本地报告数据是有用的。维护通常发生在本地，其中技术人员读取与公用服务计量表集成的显示器，或者将物理工具附接到公用服务计量表以用于服务。

发明内容

在一个实现中，一种公用服务计量表包括计量引擎、微处理单元（MPU）和一个或多个计量应用。计量引擎测量资源的消耗并基于资源的消耗生成消耗数据。计量引擎包括计量处理器、专用存储器和由计量处理器运行的实时操作系统（RTOS），以使得计量引擎能够实时运行时间关键的计量功能。MPU耦合到计量处理器，并包括一个或多个处理器核心。MPU在MPU的主操作系统之上运行所述一个或多个计量应用，并且所述一个或多个计量应用利用消耗数据。

在另一实现中，一种公用服务计量表包括计量引擎、MPU、主存储器、主操作系统和一个或多个计量应用。计量引擎测量资源的消耗，并基于资源的消耗生成消耗数据。计量引擎包括包含计量处理器和专用存储器的微控制器单元（MCU）以及由MCU运行的RTOS，以使得计量引擎能够实时运行时间关键的计量功能。MPU耦合到计量处理器，并包括一个或多个处理器核心。主存储器与MPU相关联并且不同于计量引擎的专用存储器。MPU运行主操作系统，其不同于计量单元的RTOS。附加地，MPU在MPU的主操作系统之上运行所述一个或多个计量应用，并且所述一个或多个计量应用利用消耗数据。

在又一实现中，一种方法包括将具有一个或多个处理器核心的MPU安装到公用服务计量表中。所述方法进一步包括将计量引擎安装到公用服务计量表中，所述计量引擎耦合到MPU，并且被配置为测量资源的消耗并基于资源的消耗生成消耗数据。计量引擎包括计量处理器和专用存储器。所述方法进一步包括在计量处理器之上安装RTOS，以使得计量引擎能够实时运行时间关键的计量功能。附加地，所述方法包括在MPU的主操作系统之上安装一个或多个计量应用，其中所述一个或多个计量应用利用消耗数据。

提及该说明性实现不是为了限制或限定本公开，而是为了提供示例来帮助理解本发明。在具体实施方式中讨论了附加的实现，并且在那里提供了另外的描述。

附图说明

当参考附图阅读以下具体实施方式时，更好地理解本公开的这些和其他特征、方面和优点。

图1是根据本文描述的一些实现的公用服务计量表的示例硬件架构的图。

图2是根据本文描述的一些实现的公用服务计量表的示例硬件架构的另一图。

图3是根据本文描述的一些实现的计量表的示例硬件和软件架构的图。

图4是根据本文描述的一些实现的计量表的另一示例硬件和软件架构的图。

图5图示了根据本文描述的一些实现的无线连接到外部设备的计量表的示例。

具体实施方式

在公用服务计量表的当前硬件和固件中存在几个缺点。如大多数公用服务计量表中使用的单个微控制器单元（MCU）无法实现真正的多线程来高效运行复杂的应用。此外，固件是用于计量表所有操作的单段代码。虽然代码可以包括执行不同任务的部分，但是那些部分在固件内是彼此依赖的。作为结果，固件升级时间长，这是因为每次固件升级影响固件代码中表示的所有操作。如果代码曾被破坏，则该破坏影响整个公用服务计量表，而不只是单个功能。

然而，根据本文描述的一些实现，公用服务计量表具有多处理器架构，其利用耦合到附加计量处理器（即，与之通信）的微处理单元（MPU）。MPU可以具有多个核心。可以是MCU的计量处理器被配置为实时运行时间关键的计量功能，而MPU通过使用多线程或多处理来运行各种应用。在一些实现中，计量处理器运行实时操作系统以确保计量功能的实时处理。用于除核心计量功能性之外的功能性的应用可以在MPU之上运行，该MPU不需要具有实时操作系统并且不需要具有强制的实时可操作性。公用服务计量表的一些实现包括附加的MCU或其他处理器，以支持其他实时操作，诸如网络通信。

附加于或替代于以上内容，根据本文所述的一些实现，公用服务计量表缺少集成显示器，诸如液晶显示器（LCD）屏幕。公用服务计量表可连接到智能电话或其他设备，而不包括其自己的显示器。公用服务计量表被配置为将描述消耗数据、公用服务计量表的操作的数据或其他数据传输到智能电话或其他设备，使得用户可以在智能电话或其他设备上查看这样的数据。

本文描述的公用服务计量表（也称为计量表）的实现提供了在常规公用服务计量表之上的各种技术优点。通过在MPU中包含多个核心，指令处理速率可以增加例如至四到十二倍。通过利用单独的存储器，而不是仅仅内置在MCU中的存储器，存储器空间可以增加例如至两倍或更多倍。在一些实现中，可以安装个体应用。该模块化支持创建独立的应用，这些应用可以跨公用服务计量表选择性地使用，使得可以以定制的方式配置每个公用服务计量表。更具体地，在一些实现中，公用服务计量表可以用适合该公用服务计量表的特定用途的应用来制定。在一些实现中，公用服务计量表的架构使得能够在按需的基础上调试公用服务计量表之后部署应用。此外，公用服务计量表上应用的模块化使得用户能够编写、修改或安装他们自己的应用，用于公用服务计量表的定制管理。例如，用户可以安装用于操纵、处理或管理计量表或计量数据的应用，该计量数据是由计量表生成或收集的数据。

作为结果，在一些实现中，根据一些实现，实时功能性在公用服务计量表中保持受支持，并且公用服务计量表进一步能够在充当应用引擎的高性能MPU之上高效运行更广泛、更复杂的功能性，其中每个应用可以根据需要单独升级、安装或卸载。本文描述的公用服务计量表的实现为标准协议和接口以及新的或定制的功能性提供更鲁棒的平台。本文描述的硬件和软件一起交付可扩展、安全且易于维护的特征集。

本文描述的计量表的实现能够进行强大的决策，使得能够在计量表和其他节点的网络内重新分发任务。例如，常规地，计量表向网络中的其他节点报告消耗，并且该消耗最终被交付到负责集中式决策的头端系统。然而，根据一些实现，计量表包括以如本文所述的硬件或软件应用的形式的适当智能，以使得决策能够在计量表本身处执行。例如而不作为限制，本文描述的计量表可以监视功率质量并采取纠正动作。因此，计量表的实现提供了边缘智能，这可以减少网络通信开销，减少端点和头端系统之间的瓶颈，或者减少头端系统或其他节点上的工作负担。分布式智能可以通过利用本文描述的通过网络连接的一组计量表而成为可能，使得集中式源（例如，头端系统）不再负责全部或大量分析和决策。

图1是根据本发明的一些实现的公用服务计量表100的示例硬件架构的图。公用服务计量表100（本文也称为计量表100）可以用于测量诸如电、水或气之类的一种或多种资源的消耗。在一些实现中，计量表并入了计量功能性（例如，测量消耗），同时潜在地附加于其他应用还支持利用计量功能性生成的数据的软件应用。如图1中所示，在一些实现中，计量表100包括以下各项中的一个或多个，它们可以通过系统总线101的方式连接在一起：用于执行核心计量功能105的计量引擎105、具有一个或多个核心的MPU 110、存储器120和存储装置130。例如，每个外围设备145内置到计量表100中或者通过辅助插槽的方式连接。在一些实现中，通信总线140也将包括一个或多个通信设备150的一个或多个外围设备145集成到计量表100中。然而，将理解的是，不需要通信总线140，并且替代地，每个外围设备145通过相应接口（诸如软件驱动器）的方式连接到MPU 110。

一般地，与常规计量表形成对照，本文描述的计量表100的实现是基于MPU的，其中MPU 110处于计量表100的中心。在一些实现中，计量表100的时间关键功能性由嵌入式或连接的计量引擎105或在一个或多个外围设备145上执行。该时间关键功能性包括例如消耗数据的确定和基于无线电的报告，该消耗数据是描述在与该消耗相关联的各种时间间隔中的每个中已经消耗的资源（即，公用服务）量的数据。更具体地，例如，由能够实时执行操作的计量引擎105来确定计量累积和计算。例如而不作为限制，计量引擎105利用实时操作系统（RTOS），并且无线电功能性在外围设备145上的相同RTOS或不同RTOS之上运行。在一些实现中，时间不太关键的较高级应用在MPU 110之上运行，这不需要强制实时功能性。下面更详细地讨论这些方面和其他方面。

MPU 110具有一个或多个核心。在一些实现中，MPU 110上的操作系统支持多线程、多处理或两者。附加地或替代地，如果MPU 110具有多个核心，则每个核心可以负责计量表中的功能性的子集。附加地或替代地，多个核心可以在相同的功能性上工作，同时使得任务能够并行执行（例如，多线程）。下面特别是关于图3和图4更详细地提供了多个核心的示例使用。

根据一些实现，大范围的功能性可以被实现为由MPU 110支持的应用。例如而不作为限制，以下功能性中的一个或多个可以被实现为由MPU 110支持的应用，并且因此在MPU110上运行：使用时间启用、加载资源如何被消耗的特定简档、用于支付或其他的加密货币交易、自动化断电报告、与公用服务使用相关的众包信息、检测使用模式、启用或检测电动车辆充电、启用太阳能或其他可再生能源的连接、检测太阳能发电、启用或检测电池管理、逆变器管理、负载控制以及至家庭自动化或控制系统的连接。

在一些实现中，如本文描述的多线程或多处理MPU 110的使用使能实现现有计量表不支持的大范围复杂应用。例如，人工智能（AI）应用可以在计量表100上运行。作为结果，AI可以用于处理与计量表100所负责的房屋相关的消耗数据，处理从公共公用电网上的其他节点（例如，其他计量表）接收的数据，或者处理与计量表100 的公用电网相关的其他数据。例如，AI应用在计量表100上运行，并且照此处理描述房屋内的消耗的消耗数据，以基于电器功率签名（即，负载分解）来确定房屋内哪些电器在使用中。作为另一个示例，AI应用在计量表100上运行，并且照此处理从另一个计量表接收的数据，以确定该另一个计量表已经断电。又例如，如果计量表100有权控制电容器组，则AI应用在计量表100上运行，并且照此处理与公共公用电网上的一个或多个其他计量表相关的数据，以基于一个或多个电计量表上的功率因数的一个或多个测量，做出关于是否或何时开启电容器组来控制功率因数的决策。附加地或替代地，如果计量表100不能直接控制电容器组，则计量表100可以通过向远程资源发出可以引起电容器组开启的通知，来发起电容器组的开启。这些或其他AI特征中的一个或多个可以体现在由计量表100执行的应用中。

更具体地，在一些实现中，机器学习（ML）模型可以在计量表100上实现，使得机器学习模型被训练来识别发生，诸如某个电器的运行、功率因数不足或附近计量表100中的断电。ML模型可以是例如神经网络、决策树、分类模型或某个其他ML模型。例如，在被加载到公用服务计量表上之前，基于包括元组集的训练数据来训练这样的ML模型，每个元组包括（a）描述公用服务计量表的当前状态的特征向量（例如，特征集）和（b）指示感兴趣的发生的标签。特征可以包括例如正在测量的电或某种其他资源的消耗使用模式。具体而言，例如，特征向量可以包括值集，该值集对应于在各种间隔内使用的资源的量（例如，以千瓦-时为单位）。标签可以指示例如哪些电器在使用中，功率因数是否不足，或者该计量表或相邻计量表是否断电。给定训练数据，ML模型学习将特征向量映射到标签。照此，在公用服务计量表的操作期间，公用服务计量表上的ML模型可以接收描述给定时间处的计量表状态的特征作为输入，并且因此可以预测标签，诸如哪些电器在使用中的指示、功率因数是否不足的指示、或者该计量表或相邻计量表经历断电的指示。

在一些实现中，计量表100执行上面描述为由ML模型执行的一个或多个任务，但是通过附加于或替代于使用ML模型的技术来这样做。例如，计量表100的实现维护决策树，该决策树不需要基于机器学习。计量表100可以将计量表100的当前状态（例如，描述状态的特征向量）输入到决策树中，并且通过使用决策树，计量表100可以决定采取哪些动作。这样的动作可以包括一个或多个上述动作，诸如发送通知或发起电容器组的开启。将理解的是，各种技术可用于在计量表100处提供边缘智能。

附加地或替代地，计量表100的一些实现能够运行一个或多个虚拟机或容器应用，这在公用服务计量表中通常不被支持。此外，附加于或替代于运行本地应用，计量表100可以利用通信设备150来访问和使用基于云的应用。例如，使用计量表100的客户可能与该客户控制内的私有云相关联。在该情况下，计量表100可以诸如通过网关访问云，以运行安装在云中的任何应用。对于计量表100可访问的基于云的应用可以包括执行例如功率质量监视、电网拓扑或映射、相位标识、基于AI的功能或能量分解之类的应用。计量表100可以通过无线网状网络、蜂窝连接或某种其他通信技术的方式连接到云。

应用可以通过各种机制的方式安装在计量表100上。例如而不作为限制，应用可以：从诸如头端系统或云服务器之类的远程系统安装；通过有线连接到计量表的方式在本地安装；或者通过诸如近场通信（NFC）、蓝牙或无线保真（WiFi）之类的直接无线连接的方式在本地安装。通过访问一个或多个虚拟机或云，计量表100可以例如运行计量表100的本机操作系统不支持的应用。

如图1中所示，在某些实现中，计量表100包括与MPU 110分离的存储器120。在一些实现中，存储器120是RAM。例如而不作为限制，计量表硬件利用1-2千兆字节的RAM。例如，存储装置可以是闪速存储装置，其在一些实现中可以是至少8千兆字节。然而，将理解的是，可以使用各种其他存储器120或存储装置130，并且这样的存储器120和存储装置130的大小跨各实现而变化。

计量表100的通信设备150可以包括例如使能实现无线电通信的射频（RF）无线电160、使能实现WiFi通信的WiFi设备（未示出）、使能实现蜂窝通信的蜂窝设备（未示出）以及使能实现NFC通信的NFC芯片170。在一些实现中，计量表100利用RF无线电160以用于与头端系统进行双向通信，诸如用于向头端系统报告消耗数据或者用于与计量表和其他设备的网络相关的其他数据的通信。在一些实现中，RF无线电160利用物理层（PHY）和媒体访问控制（MAC）层，其中PHY将MAC连接到能够数据传输的物理介质。在一些实现中，MAC和PHY执行必须实时执行的时间关键功能。因此，MAC和PHY层可以由与MPU 110的主操作系统分离的RTOS或其他操作系统来执行，并且因此，RF无线电160可以嵌入到与MPU 110集成或以其他方式连接到MPU 110的外围设备145中。如果使用，则WiFi设备可以使能实现与附近设备（诸如其他计量表100或靠近计量表100的智能设备）的联网。例如而不作为限制，计量表100是物联网（IoT）设备，并且WiFi设备使得计量表100能够与其他IoT设备通信。

在一些实现中，计量表100利用通信设备150从外部源收集消耗数据。例如而不作为限制，对等计量表或子计量表可以直接测量不由计量表100本身直接测量的消耗，并且从这样的对等计量表或子计量表，计量表100可以接收描述这样的测量的消耗数据。例如，子计量表可以测量为电动车辆充电所消耗的电，并且可以向计量表100传输描述该消耗的消耗数据。计量表100可以例如经由WiFi或蓝牙或通过无线网状网络接收这样的消耗数据。照此，计量表100可以从各种源收集消耗数据，并且可以聚集该消耗数据用于开账单或其他目的。

如图1中所示，计量表100的实现并入NFC芯片170。例如而不作为限制，NFC芯片170可以具有高达四厘米、近似四厘米、高达三英尺、三到五英尺的范围或者各种其他范围。NFC芯片170可以在计量表100中具有各种用途。例如，NFC芯片170可以在计量表的制造或配置期间使用，以使得能够在制造或配置期间跟踪计量表100本身。如下面将详细描述的，NFC芯片170或其他通信设备可以用于与本地智能电话或其他外部设备通信。例如，智能电话可以经由计量表100的NFC芯片170直接连接到计量表100，以使得智能电话能够显示计量表100的用户接口。因此，智能电话可以按需显示消耗数据或与计量表100相关的其他信息。如下面更详细描述的，计量表100的一些实现缺少显示器——常规地集成到公用服务计量表中的组件。没有显示器的计量表100制造起来比具有显示器的公用服务计量表潜在地成本更低。通过使用NFC芯片170，示例计量表100可以利用诸如智能电话的外部设备来代替常规显示器。下面更详细地描述了无显示器计量表的有用性的另外示例。

每个外围设备145可以扩展计量表100的能力。例如而不作为限制，服务工具可通过辅助插槽的方式附接，从而成为外围设备145。作为另一个示例，如果硬件（例如，RF无线电160）发生故障，该硬件的附加或更新版本可以经由辅助插槽连接以成为外围设备145。将理解的是，根据本发明的实现，支持外围设备145的各种可能的使用。

在一些实现中，计量引擎105执行计量表100的时间关键功能，诸如消耗累积和计算。例如，计量引擎105持续测量消耗样本，并计算已建立的时间段内的累积消耗。例如，在电计量表的情况下，计量引擎105计算以千瓦-时（kWh）为单位的累积消耗。如下面更详细描述的，计量引擎105可以包括利用RTOS的处理单元，诸如MCU。RTOS的使用保证了硬件中的某些响应时间，并且从而确保了所得消耗数据被准确计算。下面更详细地描述了计量引擎105的附加细节。

在一些实现中，在MCU处理实时任务并允许MPU 110处理较高级应用（即，非时间关键的应用）的情况下，MPU 110能够有效地支持广泛的应用。安装在计量表100上并由MPU110运行的软件应用可以是模块化的，并与底层固件解耦。作为结果，计量表100可以是具有各种非常规特征的系统，这些非常规特征被实现为在MPU之上运行的应用而不干扰MCU正在执行的时间关键任务。

图2是根据本发明的一些实现的公用服务计量表100的示例硬件架构的另一图。如上所述，计量引擎105执行计量表100的核心计量功能。如图2中所示，在一些实现中，计量引擎105包括计量处理器，具体而言，在一些实现中是运行RTOS的MCU 210。计量引擎105可以嵌入在计量表100中，并与MPU 110通信。然而，计量引擎105可以包括不同的处理器和不同的存储器，使得计量引擎105的处理器和存储器分别具有不同于MPU 210和与MPU 210相关联的存储器120的硬件。例如，计量引擎105的MCU 210可以包括专用于计量引擎105的集成存储器。在一个示例中，计量引擎105的MCU 210是具有RTOS的Cortex-M7 600 MHz，诸如实时Linux。进一步例如，MPU 110可以是四核的，并且能够以每核1.5 GHz运行，如图5中所示的示例MPU 110中那样。然而，将理解的是，其他类型的处理单元可用于代替图2中所示的MCU 210或代替MPU 110。

在一些实现中，计量引擎105在MPU 110之上运行，而不是利用单独的处理器。例如而不作为限制，可以在存储器120和存储装置130中实现单独的逻辑分区，并且可以在该逻辑分区之上安装RTOS或其他用于强制实时功能性的机制，以实现计量引擎105。

在一些管辖区中，法律要求计量处理的某些方面满足某些安全和数据保护要求，这可能要求单独分区的存储器和单独的处理，并且本发明的实现通过使用单独分区的存储器和单独的处理器或处理核心而符合这样的要求。由于这样的要求，必须使用特殊的程序来进行固件升级、安全和验证，并且这样的程序可以在计量引擎105上强制，而不必针对运行在MPU 110之上的应用强制。

在一些实现中，如图2中所示，RF无线电160还并入RTOS。如计量引擎105一样，RF无线电160可以包括其自己的处理器（诸如MCU），在其上运行相应的RTOS。计量引擎105和RF无线电160中的任一个或两者可以与MPU 110集成为单个芯片，或者计量引擎105和RF无线电中的每一个可以并入不同的MCU 210，该MCU 210经由驱动器与MPU 110通信。

除了需要RTOS的功能之外的功能可以在MPU 110上运行。在一些实现中，只有时间关键的功能在RTOS之上运行，而其他功能性在MPU 110之上实现。更具体地，该其他功能性可以通过诸如Linux的操作系统的方式实现为在MPU 110之上运行的一个或多个应用，该操作系统不需要是RTOS。这样的其他应用可以可远程（诸如通过通信设备150的方式在空中）更新。

图3是根据本发明的一些实现的计量表100的示例硬件和软件架构的图。如图3中所示，在一些实现中，操作系统（OS）310在MPU 110上运行，并且可以支持多线程或多处理，而RTOS 320在MCU 210或计量引擎105的其他处理器上运行。如上所述，RTOS 320使得该计量引擎105能够执行时间关键操作。OS 310和RTOS 320的不同之处可以是例如：RTOS是与MPU 210的OS 310不同的操作系统，或者RTOS是同一操作系统的不同安装。在OS 310和RTOS320是同一操作系统的不同安装的情况下，那么OS 310和RTOS 320两者可以是实时操作系统。然而，在某些实现中，Linux是MPU 110的OS 310，而实时Linux是计量引擎105的RTOS320。然而，将理解的是，各种操作系统对于每个处理器是可用的，并且MPU 110的OS 310也可以是但不一定是RTOS 320。

在一些实现中，计量表100包括为在RTOS 320上运行的时间关键操作和在RTOS320之外运行的非时间关键操作之间的交互而定义的软件接口（即，应用编程接口）集合。在一个示例中，计量表100实现用于从计量表100向其他设备发送数据而定义的第一应用编程接口（API），并且可以实现用于在计量表100处从其他设备接收数据的第二API。为了从由MPU 110运行的应用或从一些其他非时间关键组件传输数据，OS 310可以调用第一API中的函数来将该数据传输到头端系统、另一计量表或其他地方。在一些实现中，RTOS 320接收函数调用，并调度操作以在下一个可用时隙期间通过RF无线电160发送数据。当该下一个可用时隙到达时，RTOS 320的实现确保函数调用中指示的数据在适当的信道上发送，如定义在每个时隙处要使用哪个信道的已建立信道跳跃策略所指示的。如果数据不拟合到单个时隙中，则RTOS 320可以根据需要划分数据以在各种时隙处并且潜在地跨各种信道发送。

附加地或替代地，OS 310利用API来控制最大传输功率电平，或者利用API来指示RF无线电160的平均信号强度。RF无线电160可以收集各种汇总统计量，诸如传输和接收期间的比特错误数量、丢弃的分组数量或其他统计量，并且OS 310可以使用一个或多个API来从RF无线电160请求该数据或其他数据。附加地或替代地，在一些实现中，计量表100可以实现用于OS 310和计量引擎105之间的通信的一个或多个API。计量引擎105的RTOS 320可以处理计量数据（例如，消耗数据或由计量引擎105生成或收集的其他数据）的时间关键生成以及该计量数据的相关联高速处理，并且RTOS 320使用一个或多个API来向OS 310交付这样的计量数据的指示（例如，以千瓦-时、功率因数、桃电压或电流的测量）。

如图3中所示，在一些实现中，MPU 110的每个核心220负责计量表的某些功能性，使得例如核心220运行实现该功能性的应用的线程。在该示例中，MPU 110具有四个核心220，也称为处理器核心，但是将理解的是，MPU 110的核心220的数量可以变化。在该示例中，第一核心220负责运行OS 310以及运行遗留代码（例如，传统上内置于计量表固件中的应用）；第二核心220负责运行Java应用或其他类型的应用；第三核心220负责运行计量应用，诸如非时间关键的计量应用；并且第四核心220负责计量表100的所有其他操作。

附加地，如所示出的，一个或多个驱动器330可以安装在操作系统310之上，以使能实现扩展，并且更具体地，为外围设备145提供支持。在该示例中，外围设备145包括NFC芯片170、RF无线电160、计量引擎105和附加外围设备145。一般地，NFC芯片170可以根据计量表100的需要与靠近的外部设备通信。例如，如下面将更详细描述的，NFC芯片170可以与代替显示器使用的智能电话通信，使得计量表100本身不需要并入显示器。

将理解的是，图3描绘了说明性示例，并且不限制本发明的各种实现的范围。例如，替代地，核心220不需要被分配特定的责任，而是可以取而代之地分担计量表100的各种功能性。作为另一个示例，责任可以不同于本文所示和所述的那样进消分配。

图4图示了根据本发明的一些实现的计量表100的另一示例硬件和软件架构。在该示例中，第一核心220通过低功率无线个人区域网（6LowPan）利用互联网协议版本6（IPv6）实现设备控制字（DCW）虚拟机（VM）。更具体地，如图4中所示，DCW VM可以利用IPv6之上的用户数据报协议（UDP）与用于低功率或有损网络的路由协议（RPL）。DCW VM提供了用于运行编码遗留操作——具体而言是遗留DCW——的环境。因此，计量表100的一些实现使得能够使用利用多线程的新的复杂应用，同时还提供与并入遗留固件中的功能性的向后兼容性。在该示例中，第二核心220负责提供一个或多个服务和用于利用MicroEJ平台的软件的MicroEJ® VM，以及在MicroEJ VM或一个或多个服务之上运行的一个或多个应用。MPU 110的第三核心220专用于计量应用420，其利用由计量引擎105确定的消耗数据。第四核心220可用于可以利用或可以不利用消耗数据的其他应用420。此外，在该示例中，运行在MPU 110上的OS是Linux，而运行在MCU 210上（即，在计量引擎105中）的RTOS 320是实时Linux。然而，将理解的是，该示例仅仅是为了说明性目的。

在一些实现中，计量表100被配置为直接连接到外部设备，诸如智能电话或其他设备。图5图示了根据本发明的一些实现的无线连接到外部设备510的计量表100的示例。更具体地，图5的示例图示了外部设备510是智能电话，但是将理解的是，外部设备510可以替代地是平板计算机、笔记本计算机或能够如本文所述那样被利用的其他外部设备510。

如上所提及的，计量表100不需要并入显示器。更具体地，根据一些实现，示例计量表100缺少显示文本或其他信息的屏幕，诸如LCD屏幕。此外，在一些实现中，计量表100缺少按钮或光学端口。常规地，计量表上包括一个或多个按钮来发起测试模式、发起复位、切换显示器上示出的内容或执行其他功能，并且光学端口用于使能实现本地连接以用于接收固件升级或配置参数。排除这样的组件可以降低制造计量表100的成本，同时通过使用如本文所述的一个或多个通信设备150可以保持这些功能性。

在一些实现中，并入计量表100中的一个或多个通信设备150当中的是NFC芯片170。计量表100的NFC芯片170可以经由NFC将计量表100连接到外部设备510。例如而不作为限制，NFC芯片170的范围可以是近似0-4英寸，使得外部设备510在连接期间在计量表100的4英寸内。这个短距离对于降低出于恶意目的连接到计量表100的远程设备的能力可以是有用的。此外，在一些实现中，计量表100诸如通过确认外部设备510的签名或证书来验证外部设备510的授权，以确保外部设备510被授权访问计量表100。

将理解的是，可以使用替代通信设备150来代替NFC芯片170，以提供与外部设备510的通信。例如，射频标识（RFID）设备、蓝牙或WiFi可以用于将计量表100连接到要用作显示器的智能电话或其他外部设备510，或者计量表100可以包括端口（例如，光学或通用串行总线（USB）），从而使得能够有线连接到外部设备510用于通信。

在一些实现中，外部设备510具有集成的或附接的显示器520，其被用来代替计量表100本身上的显示器。取代于如常规那样将信息呈现给计量表100的集成显示器，由计量表100将待呈现的信息传输到显示这样的信息的外部设备510。换句话说，外部设备510向计量表100提供用户接口。通过该用户接口，用户可以手动向计量表100提供指令或者从计量表100接收数据。例如而不作为限制，计量表100可以向外部设备510传输一种或多种以下类型的信息用于显示：描述消耗的资源量的消耗数据（例如，以千瓦-时）、资源的实时或历史需求（例如，以千瓦）、日志文件、内部时间、服务中时间、关于负载分解的信息、功率因数和账单估计。

常规地，计量表100参与网状网络，并且从而通常通过一个或多个中间节点的方式间接向头端系统传输消耗数据。然后，头端系统可以仅在消耗数据已经存储在集中式位置中之后才使消耗数据可通过云访问。然而，在一些实现中，外部设备510直接从计量表100接收消耗数据，而不必等待消耗数据在头端系统处被接收或存储在云中。计量表100被配置为将描述由计量表100测量或以其他方式收集的消耗的实时或接近实时的消耗数据直接传输到外部设备510。在一些实现中，实时或接近实时的消耗数据的传输发生在该消耗数据可用于头端系统或云中之前。在一些实现中，附加于或替代于向外部设备510发送消耗数据，计量表100可以向计量表100发送其他数据。例如，计量表100可以强制关于哪些数据可由外部设备510访问的策略，其中该策略由服务提供商或与计量表相关联的某个其他实体建立。该策略可以规定允许计量表100向外部设备510传输哪些数据；该数据可以不同于也可以并非不同于从计量表100传输到头端系统的数据，并且可能比从计量表100传输到头端系统的数据或多或少受到限制。

在一些实现中，外部设备510基于从计量表100接收的信息执行分析或其他数据处理。因为外部设备510有可能具有比常规计量表更高质量的显示器520，所以外部设备510可以以用户直观的可视化（诸如以表格或图形的形式图形地）呈现消耗数据或其他信息，或者外部设备510可以识别消耗数据中的模式或执行其他复杂的处理。

为此，在一些实现中，计量应用530可由外部设备510执行，其中计量应用530向计量表100提供图形用户接口，并且可以被配置为执行与消耗数据相关联的其他任务。在一些实现中，通过计量应用530的方式对计量表100的访问限于授权用户，并且此外，允许访问的类型可以因用户而异。

例如，客户可以将外部设备510连接到计量表100，并且在该连接期间，计量表100可以允许对外部设备510的只读访问。在一些实现中，在允许只读访问之前，可以要求外部设备510向计量表100认证自身，这可以要求客户向外部设备510提供认证信息（例如，用户名和密码、生物统计数据）。为了认证自身，外部设备510可以通过验证该认证信息而将客户提供的该认证信息传输到计量表100；附加地或替代地，在外部设备510认证用户之后，外部设备510可以向计量表100提供其他适当的认证数据（例如，签名或授权证书），以响应于已经认证了用户来认证外部设备510。

在准予访问外部设备510后，计量表100可以接收由外部设备510的用户手动录入的指令。此外，计量表100可以向外部设备传输数据（例如，经由NFC），其中该数据可以包括例如预定时间段内的消耗数据的指示。在一些实现中，公用服务计量表100响应于用户在外部设备510处录入的指令而向外部设备传输这样的数据，其中这样的指令是对消耗数据的请求。外部设备510可以被配置为提供另外的细节，分析由计量表100提供的消耗数据，或者呈现可视化（例如，图形、表格或图表）。外部设备510可以响应于在外部设备510的接口处接收到的用户请求而执行一个或多个这样的任务。例如，在接收到对消耗数据的特定形式可视化的请求后，外部设备510可以根据需要分析消耗数据，并且可以经由外部设备510的显示器520显示结果得到的可视化。

在一些实现中，外部设备510能够基于直接从计量表100接收的消耗数据来执行分析并呈现高级图形。例如而不作为限制，外部设备510分析消耗数据以确定在预定或所选择的时段内的消耗趋势，并且从而做出关于未来使用的预测。在一些实现中，外部设备510执行分解以标识房屋中的哪些电器在使用中。在一些实现中，这样的分析需要通过计量应用530使用在外部设备510上实现的人工智能。

在一些实现中，外部设备510被配置为基于消耗数据来计算将由用户到期支付的账单金额，该消耗数据表示由客户消耗的公用服务。所计算的金额可以适用于预付计量表，在该情况下该金额可以是基于过去消耗的建议，或者适用于后付计量表，在该情况下该金额可以是基于已经发生的实际消耗的对即将到来的账单的预测。此外，外部设备510可以诸如通过人工智能来确定消耗趋势，以基于预期的未来消耗来计算估计账单金额。外部设备510可以以计算的金额或以用户选择的另一金额向与客户的公用服务消耗相关联的账户发起支付。在一些实现中，在外部设备510的请求下，在计量表100处处理接收到的支付，并且经由RF无线电160或经由另一通信设备150将确认传输到集中式位置（例如，到头端系统或到云）。附加地或替代地，计量表100或外部设备510可以将支付信息传输到集中式支付处理源（例如，支付服务器）进行处理，并且在一些实现中，头端系统可以充当该支付处理源。在该情况下，诸如头端系统的支付处理源处理支付并将回执发送回计量表100或外部设备510。外部设备510可以向客户显示回执的指示，作为进行支付的确认。因此，可以使得客户能够查看消耗数据并在接收到账单之前支付，其中该支付可以基于根据消耗趋势的估计。换句话说，基于从计量表100直接传输到外部设备510的消耗数据，可以使得客户能够进行由外部设备510发起的预付。

在一些实现中，计量应用530连接到外部设备510上的其他应用，这可以使得这样的其他应用能够利用消耗数据。例如而不作为限制，连接的应用（例如，计量应用530所连接到的应用）可以生成PDF或者可以发起打印作业，该打印作业呈现从计量表100接收的消耗数据或其他信息。作为另一个示例，计量应用530可以连接到外部设备510的日历或任务管理器，以设置支付账单或执行某个其他计量相关任务的提醒。将理解的是，计量应用530可以连接到各种其他应用，以基于从计量表100接收的信息来提供附加的或替代的服务。

在一些实现中，存在访问层级，并且授权技术人员的外部设备510具有对计量表100上的信息的附加或替代访问。例如，在计量应用530已经认证了技术人员之后，或者在计量表100本身已经认证了外部设备510正被技术人员使用之后，计量应用530可以向外部设备510提供对计量表100的读取和写入访问两者，其中写入访问可以也可以不在某个方面受到限制。例如而不作为限制，使得技术人员能够通过录入到外部设备510中的指令或其他数据的方式发起测试模式、程序或重置计量表100。这样的指令或其他数据可以从外部设备510传输到计量表100。例如，外部设备510可以通过空中向计量表100推送现场固件或软件更新，而不使用物理适配器。

尽管缺少显示器，示例计量表100包括可以在校准期间使用或用于其他目的的一个或多个灯。例如而不作为限制，计量表100包括发光二极管（LED）设备540，其被配置为在校准计量表或执行其他任务的过程期间闪烁或发脉冲。在一些实现中，脉冲的定时或模式遵循已建立的模式，使得技术人员能够基于通过发脉冲传送的信息校准计量表或执行某个其他任务。在该情况下，灯的各种状态被映射到指示关于计量表100的信息的特定消息，其中状态是颜色和以之呈现该颜色的模式的组合（例如，实心或以特定频率闪烁）。因此，给定灯的状态，技术人员可以将该状态解释为计量表100正在提供相关联的特定消息的指示，并且可以相应地起作用。例如而不作为限制，当已经消耗了预定量的千瓦-时（例如，一千瓦时）时，LED设备540闪烁一次，这在校准期间提供了指导。附加地或替代地，如果计量表100包括光学端口，则LED设备540可以充当光学端口的传输LED，其还可以包括作为接收换能器的光电二极管。因此，计量表100中缺少集成显示器并不需要降低计量表100在利用传统校准装备使能实现校准方面的能力。

除了上述特征之外，通过排除计量表100本身上的显示器，存在各种益处。例如，由于消除了与显示器相关的故障，因此缺少显示器可以增加计量表100的可靠性。在常规的计量表显示器中，由于时间、阳光、热量或湿度可能导致长期的对比度和电化学故障以及其他故障，并且这样的故障可以通过从计量表100中消除这样的显示器来消除。此外，排除显示器可以是成本有效的选择，这是因为包含NFC芯片170代替显示器的花费很可能小于显示器将花费的，因为计量表100的机械设计可以在不使用显示器的情况下简化，并且因为由于排除显示器而增加了可用的印刷电路板（PCB）面积。

在一些实现中，由于在计量表100中排除了显示器和光学端口，因此本文描述的剩余硬件可以被配置为拟合到比常规使用的更小的PCB上，从而显著降低成本并允许PCB上的附加空间用于其他特征。更具体地，例如，计量表的实现排除以下：显示器，其将很可能需要大量的迹线；光学端口，以及光电晶体管和信号调节硬件；按钮和对应的簧片开关，以及伸向按钮的迹线和用于按钮的信号调节硬件。通常，计量表的显示器包括在显示器和处理单元之间伸展的36条迹线，并且这些迹线一起需要多于两平方英寸的PCB面积。在一些实现中，通过排除显示器本身，这些迹线被从计量表100排除。计量表100的实现保留了以下各项，它们会很可能拟合在比常规使用的更小的PCB上：电源、存储器120、存储装置130、MPU110、计量引擎105和通信设备150。

本文阐述了许多具体细节，以提供对所要求保护的主题的透彻理解。然而，本领域技术人员将理解的是，可以在没有这些具体细节的情况下实践所要求保护的主题。本文讨论的特征不限于任何特定的硬件架构或配置。公用服务计量表可以包括如本文所述那样起作用的任何合适的组件布置。任何合适的编程、脚本或其他类型的语言或语言组合可以用于在软件中实现本文包含的教导，该软件将用于对公用服务计量表或其他设备进行编程或配置中。没有详细描述本领域普通技术人员将会已知的方法、装置或系统，以免混淆所要求保护的主题。

本文对“适配为”或“配置为”的使用意为开放式和包含式的语言，其不排除适配为或配置为执行附加任务或步骤的设备。附加地，“基于”的使用意味着是开放式和包含式的，因为“基于”一个或多个记载的条件或值的过程、步骤、计算或其他动作实际上可以基于那些记载的条件或值之外的附加条件或值。本文包括的标题、列表和编号仅是为了便于解释，并不意味着是限制性的。

虽然已经关于本主题的特定方面详细描述了本主题，但是将领会的是，本领域技术人员在理解了前述内容之后，可以容易地产生对这样的方面的更改、其变型和等同物。因此，应当理解的是，本公开是出于示例而非限制的目的而呈现的，并且不排除包括如对于本领域普通技术人员将容易清楚的对本主题的这样的修改、变型或添加。

Claims (20)

1.一种公用服务计量表，包括：

计量引擎，被配置为测量资源的消耗并基于资源的消耗生成消耗数据，所述计量引擎包括：

计量处理器；

专用存储器；和

第一操作系统，其是在所述公用服务计量表上由计量处理器运行的实时操作系统RTOS，以使得计量引擎能够实时运行时间关键的计量功能；

耦合到计量处理器的微处理单元MPU，所述MPU包括一个或多个处理器核心；

第二操作系统，其与第一操作系统不同并且在所述公用服务计量表上由所述MPU运行；以及

由所述MPU在所述MPU的第二操作系统之上运行的一个或多个计量应用，其中所述一个或多个计量应用利用消耗数据。

2.根据权利要求1所述的公用服务计量表，其中所述MPU通过多线程执行所述一个或多个计量应用。

3.根据权利要求1所述的公用服务计量表，其中所述MPU的每个处理器核心被分配给所述公用服务计量表的相应功能性子集，并且其中每个处理器核心执行所述公用服务计量表上的相应功能性子集。

4.根据权利要求3所述的公用服务计量表，其中所述MPU的第一处理器核心被分配来执行所述第二操作系统，并且其中所述MPU的第二处理器核心被分配来执行所述一个或多个计量应用。

5.根据权利要求1所述的公用服务计量表，进一步包括与所述MPU相关联的主存储器，其中所述计量引擎的专用存储器包括所述主存储器的逻辑分区。

6.根据权利要求1所述的公用服务计量表，进一步包括与所述MPU相关联的主存储器，其中所述计量引擎的专用存储器包括与所述主存储器不同的硬件。

7.根据权利要求6所述的公用服务计量表，其中所述计量处理器是微控制器单元。

8.根据权利要求1所述的公用服务计量表，进一步包括：

无线电，被配置为将消耗数据传输到头端系统；

其中所述无线电的媒体访问层和物理层由耦合到所述MPU的第二RTOS执行。

9.根据权利要求1所述的公用服务计量表，其中所述MPU被配置为执行虚拟机。

10.根据权利要求1所述的公用服务计量表，其中所述MPU被配置为与云通信以运行基于云的应用。

11.根据权利要求1所述的公用服务计量表，其中所述MPU被配置为从对等计量表收集附加消耗数据。

12.根据权利要求1所述的公用服务计量表，缺少集成显示器。

13.一种公用服务计量表，包括：

计量引擎，被配置为测量资源的消耗并基于资源的消耗生成消耗数据，所述计量引擎包括：

微控制器单元MCU，其包括计量处理器和专用存储器；

第一操作系统，其是在所述公用服务计量表上由所述MCU运行的实时操作系统RTOS，以使得计量引擎能够实时运行时间关键的计量功能；

耦合到计量处理器的微处理单元MPU，所述MPU包括一个或多个处理器核心；

主存储器，其与所述MPU相关联并且不同于计量引擎的专用存储器；

第二操作系统，其与第一操作系统不同并且在所述公用服务计量表上由所述MPU运行，其中所述第二操作系统不同于计量单元的RTOS；以及

由所述MPU在所述MPU的第二操作系统之上运行的一个或多个计量应用，其中所述一个或多个计量应用利用由计量引擎生成的消耗数据。

14.根据权利要求13所述的公用服务计量表，其中所述第二操作系统支持多线程，并且其中MPU通过多线程执行所述一个或多个计量应用。

15.根据权利要求13所述的公用服务计量表，其中：

所述MPU的每个处理器核心被分配给公用服务计量表的相应功能性子集，并且每个处理器核心执行所述公用服务计量表上的相应功能性子集；

所述MPU的第一处理器核心被分配来执行所述公用服务计量表上的所述第二操作系统；并且

所述MPU的第二处理器核心被分配来执行所述公用服务计量表上的所述一个或多个计量应用。

16.根据权利要求13所述的公用服务计量表，缺少集成显示器。

17.一种用于公用服务计量表的测量的方法，包括：

将包括一个或多个处理器核心的微处理单元MPU安装到公用服务计量表中；

将计量引擎安装到公用服务计量表中，所述计量引擎耦合到所述MPU，并且被配置为测量资源的消耗并基于资源的消耗生成消耗数据，所述计量引擎包括：

计量处理器；和

专用存储器；

在所述公用服务计量表上安装第一操作系统，其是实时操作系统，被配置用于由计量处理器运行以使得计量引擎能够实时运行时间关键的计量功能；

在所述公用服务计量表上安装与第一操作系统不同的第二操作系统，其中所述MPU被配置为运行第二操作系统；以及

在所述MPU的第二操作系统之上安装一个或多个计量应用，其中所述一个或多个计量应用利用消耗数据。

18.根据权利要求17所述的方法，进一步包括将主存储器与所述MPU相关联，其中所述计量引擎的专用存储器包括所述主存储器的逻辑分区。

19.根据权利要求17所述的方法，进一步包括将主存储器与所述MPU相关联，其中所述计量引擎的专用存储器包括与所述主存储器不同的硬件。

20.根据权利要求17所述的方法，其中所述第二操作系统支持多线程。

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