一种具有三重核查功能的制造业记录仪

　　0 引言

　　制造业现场的数据采集、记录和分析是实施自动控制的前提。有纸有笔记录仪由于其内部结构复杂、故障率高、记录数据后续处理困难等原因，逐渐被无纸记录所取代。当前市场上的无纸记录仪基本技术特征是: 以微处理器为中心，具有程控信号输入( 俗称万能输入) 、液晶显示屏上多种呈现形式的特征; 支持通信组网、USB 设备( U 盘) 、CF 卡、SD 卡数据备份。目前，制造业无纸记录仪的表内数据存储均采用电池供电RAM + FLASH 的存储架构，该存储架构能兼顾记录仪对存取速度和存储空间的要求，同时又较好地满足了FLASH 独特的读写要求。无纸记录仪凭借优异的经济技术指标，牢牢占据了制造业记录仪市场的主导地位。

　　随着无纸记录仪的广泛使用，其缺点亦日渐凸现:电子数据易篡改、难追溯，即存在数据核查手段缺失的不足; 此外，电池供电RAM + FLASH 存储架构还存在数据完备性方面的固有缺陷，导致制造业无纸记录仪难以进入医药、食品等对关键工位的现场数据的不可抵赖性和可核查性具有迫切需求的行业大门。因此，技术落后、性价比欠佳的有纸记录仪在制造业领域仍占有一席之地，甚至屡现有纸记录仪卷土重来、再次取代曾淘汰自己的无纸记录仪个案。

　　针对无纸记录仪存在的电子数据易篡改、难追溯，核查功能缺位这一难题。本文借鉴了有纸记录仪的优点、航空业FRAM + FLASH 的存储架构以及计算机加密码学中的 MD5 算法，提出了一种确保数据的完备性、具有三重核查功能的制造业记录仪。

　　1 系统硬件结构设计

　　具有三重核查功能的制造业记录仪主要由输入通道、程控放大 A/D 转换模块、光电隔离模块、频率输入模块、频率检测模块、数码显示模块、键盘操作模块、FRAM、FLASH、实时时钟模块、E2PROM、冷端补偿模块、RS -232 模块、热敏打印机、报警控制模块和微控制器组成，其中微控制器采用ARM7 芯片PLC2114，其架构如图1 所示。

　　1.1 FRAM + FLASH 架构

　　制造业记录仪需存储大量的工业现场数据，存储的实时性和可靠性要求较高，而且掉电情况下数据也不能丢失。确保采集的数据能够及时存储，仅使用FLASH 存储器是不行的，因为它的擦写速度较慢，且不能按字节进行擦写操作; 因此，需要扩展一块加电池供电的快速RAM 非易失器件作为记录仪的数据缓存，微处理器空闲时才将RAM 中成页或成块的数据转存到 FLASH 中。记录仪中电池供电的快速 RAM 必需配电池充放电电路、电池电量检测电路、安装固定件和电池等，使得系统复杂度增大、可靠性降低; 实践表明电池供电的快速 RAM 非易失器件是记录仪的主要故障源之一，对记录仪的数据完备性造成了严重的负面影响。因此，有必要改进电池供电RAM + FLASH 的存储架构，提升制造业记录仪数据的完备性。FRAM 具有存储速度快、掉电不丢数据的特点，用来存储记录仪的实时采样数据以及记录仪工作日结束时通过用户“32 位链接变量”和仪器生产商“32 位链接变量”MD5 生成的 128 位散列值; 而 FLASH 具有容量大、价格低廉的特点，用来存储记录仪保存的历史数据; 两种存储器发挥各自的优点，共同完成记录仪的数据存储。FRAM + FLASH 架构如图2 所示，FRAM 选用具有32K 字节存储容量的FM25L256 芯片，FLASH选用AT45DB161D。记录仪在逻辑上将FRAM 分成16K 上下两个存储区; FRAM 上区用于存储记录仪采集的实时数据，并将 FRAM 中成页的数据转存到FLASH，以及记录仪工作日结束时，存储用户“32 位链接变量”MD5 生成的128 位散列值，作为电子数据真实性的核查依据。FRAM 下区单独设列，记录仪随机提供的技术资料中不予披露，仅供仪器生产商使用; 记录仪工作日结束时，存储仪器生产商保密的“32 位链接变量”MD5 生成的另一个128 位散列值，该散列值对用户是透明的，作为第三方核查电子数据真实性的手段。