基于單片機(jī)的智能IC卡讀寫器設(shè)計(jì)

1、基于單片機(jī)的智能ic卡讀寫器設(shè)計(jì)摘要：隨著社會(huì)的進(jìn)步和現(xiàn)代化程度的不斷提高，人類所擁有的信息種類和數(shù)量都在成倍地增長(zhǎng)，每天都要處理許多與個(gè)人有關(guān)的信息，而這些信息管理十分不便。因此，在實(shí)際生活中ic卡的應(yīng)用范圍非常廣泛，它有助于解決問題。ic卡讀寫器是ic卡和計(jì)算機(jī)之間的傳輸媒介，它與計(jì)算機(jī)之間通過串行口相連，本文主要應(yīng)用89c2051單片機(jī)為核心對(duì)sle4442卡進(jìn)行讀寫控制。接觸式ic卡是ic卡領(lǐng)域的一項(xiàng)新興技術(shù),它是射頻識(shí)別技術(shù)和ic卡技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。首先在緒論中介紹了課題的開發(fā)意義及功能概述。 其次在主要描述了系統(tǒng)硬件工作原理，并介紹了ic卡sle4442的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及原理圖，論述了本

2、次畢業(yè)設(shè)計(jì)所應(yīng)用的各硬件接口技術(shù)和各個(gè)接口模塊的功能及工作過程。本系統(tǒng)是以單片機(jī)的基本語(yǔ)言匯編語(yǔ)言來進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)，指令的執(zhí)行速度快。最后具體描述了各個(gè)功能模塊的軟、硬件調(diào)試。本文撰寫的主導(dǎo)思想是軟、硬件結(jié)合，以硬件為基礎(chǔ)，來進(jìn)行各功能模塊的編寫。關(guān)鍵詞：讀寫控制，單片機(jī)，ic卡。abstract: raise continuously along with the progress and modern degree of the society, the information category and quantities that the mankind own all be becom

3、ing doubly a growth, want to handle to be many and personal everyday relevant of information, but these information managements is very inconvenient.the application of the ic card is very extensive in the real life. it contributes to solve problem。 ic cards reading and write a machine is the ic card

4、 and of the calculator deliver medium, it goes to connect with each other with of the calculator through a string, this text applies a single slice of 89c2051 machine for the core mainly to the sle4442 cardses to carry on reading and write a control. the contact type ic card is a newly arisen techni

5、que of the ic card realm, it is the outcome that the radio frequency identifies the technique and the ic card technique to combine together.first introduced in the introduction to the topic of significance and functions outlined.secondly the text inside describes the system hardware work principle,

6、and introduce the icsle4442internal structure and chip figure, discuss the function and working process of these degree graduation project station applied each hardware interface technology and each interface module. ithis system edits collected materials the language to proceed with single the basi

7、c language of a machine the software designs, the instruction carries out the speed quick, save memory. .in conclusion concretion description soft and hardware debug of each functional module.the predominance thought that this text compose is soft, the hardware combines together, regarding hardware

8、as the foundation, proceeds the plait of each function mold piece write.key words: read and write a control, single slice machine, ic card.目錄:1 前言11 系統(tǒng)的提出及研究意義。12 系統(tǒng)的研究方向及功能概述。2 正文21 硬件設(shè)計(jì)思路。22 硬件論證方案。23 硬件各模塊的設(shè)計(jì)。2.3.1 89c2051單片機(jī)的簡(jiǎn)介。2.3.2 sle4442ic卡的簡(jiǎn)介： 芯片概述：芯片功能；芯片內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)； 傳輸協(xié)議：復(fù)位和復(fù)位響應(yīng)；命令模式；輸出數(shù)據(jù)模式；處理

9、數(shù)據(jù)模式；2.3.3 sle4442的應(yīng)用： 芯片的復(fù)位方式； 芯片的操作命令格式；2.3.4 sle4442的接口技術(shù)： sle4442卡的接口電路； sle4442卡的插入/退出識(shí)別與上電/下電復(fù)位過程； sle4442卡的讀寫； sle4442卡的邏輯加密。2.3.5rs232通信接口芯片：2.3.6電路原理分析24 軟件設(shè)計(jì)思想。 軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其分析； 軟件系統(tǒng)分析； 25 軟件程序設(shè)計(jì)3 系統(tǒng)調(diào)試4 結(jié)論5 參考文獻(xiàn)6 致謝附錄：附錄一：外文專業(yè)參考資料譯文附錄二：外文專業(yè)參考資料原文附錄三：電路原理圖附錄四：程序流程圖附錄五：程序清單1前言11系統(tǒng)的提出及研究意義。當(dāng)今世界信息技

10、術(shù)的發(fā)展日新月異，一個(gè)以電子商務(wù)為主要特征的經(jīng)濟(jì)時(shí)代即將來臨，ic卡是一種將個(gè)人信息最有效地送入到先進(jìn)的全球信息網(wǎng)絡(luò)并獲取所需結(jié)果的最有效的辦法，ic卡將成為人們聯(lián)網(wǎng)身份識(shí)別和實(shí)現(xiàn)電子支付手段。其影響面是前所未有的。智能ic卡與普通磁卡相比具有更高的安全性，為此，對(duì)智能ic卡的讀寫進(jìn)行研究是非常有意義的。按卡與外界數(shù)據(jù)傳輸?shù)男问絹矸?，有接觸式ic卡和非接觸式ic卡兩種。當(dāng)前廣泛使用的是接觸式ic卡，本文對(duì)其進(jìn)行了詳細(xì)介紹。目前,ic卡家族中檔次最高的智能ic卡,又稱cpu卡.顧名思義, 這種卡片上不但有存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器和對(duì)外聯(lián)絡(luò)的通訊接口,還帶有具備數(shù)據(jù)處理能力的微處理器,實(shí)際上是一臺(tái)卡上的單

11、片微機(jī)系統(tǒng).為了管理這一系統(tǒng)中的硬件和軟件資源, 卡上存儲(chǔ)有進(jìn)行數(shù)據(jù)讀寫和安全管理的程序,以及管理這些程序的卡上操作系統(tǒng),即cos(chip operating system).cos與我們?cè)趐c機(jī)上常見的dos和windows 等操作系統(tǒng)有很大不同,它是根據(jù)ic卡特點(diǎn)而開發(fā)的專用操作系統(tǒng).cos受ic 卡存儲(chǔ)容量和微處理器性能的限制,主要功能是:控制ic卡與外界的信息交換;管理ic卡上各種存儲(chǔ)器;在ic卡內(nèi)執(zhí)行讀寫器的各種操作命令.有了cpu與cos,ic卡就有了智能.因此智能ic 卡具有超強(qiáng)的存儲(chǔ)性能,提供很高的信息安全性和可靠性.12系統(tǒng)的研究方向及功能概述。 本文主要以89c2051單

12、片機(jī)為核心，ic卡讀/寫設(shè)備就是能將數(shù)據(jù)信息“寫入”ic卡或?qū)c卡內(nèi)部的數(shù)據(jù)信息“讀出”或“擦除”的電子接口設(shè)備，總體來說，可將其分為通用型讀/寫設(shè)備和專用型讀/寫設(shè)備。本設(shè)計(jì)主要分析接觸型ic卡讀/寫器，作為pc機(jī)的嵌入式外設(shè)，通過串型接口實(shí)現(xiàn)交換。功能：能識(shí)別和讀/寫存儲(chǔ)卡；為連機(jī)型讀/寫器，做為依附于pc機(jī)的一種外設(shè)，通過rs-232c與pc機(jī)進(jìn)行通信；能自動(dòng)連續(xù)讀/寫，具有上電冷復(fù)位，插卡熱復(fù)位功能；卡上數(shù)據(jù)讀/寫采用雙認(rèn)證方式，確保讀/寫數(shù)據(jù)的可靠性和準(zhǔn)確性；具有一定的抗攻擊能力，即對(duì)于非法插拔，非法ic卡等具有一定的抵抗能力，可避免短路等造成的讀/寫損壞；具有聲光提示讀/寫狀態(tài)；

13、采用動(dòng)態(tài)加密算法，避免ic卡被非法復(fù)制，并保證ic卡數(shù)據(jù)的安全性。2.正文 21硬件設(shè)計(jì)思路： ic卡的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛。在ic卡的觸點(diǎn)和讀/寫設(shè)備的觸點(diǎn)良好接觸之前，讀/寫設(shè)備不應(yīng)對(duì)ic卡施加有關(guān)信號(hào)，以免造成不可預(yù)料的損壞。ic卡讀/寫設(shè)備作為系統(tǒng)和用戶交換的接口，必將面對(duì)各種各樣復(fù)雜的應(yīng)用環(huán)境。因此，在設(shè)計(jì)階段應(yīng)注意ic卡讀/寫設(shè)備環(huán)境。作為操作系統(tǒng),管理ic卡的硬件資源和數(shù)據(jù)資源是其基本任務(wù).ic卡上的硬件資源包括cpu,rom,eeprom和ram及通訊接口,這些都由ic卡上操作系統(tǒng)統(tǒng)一管理, 使外部不能直接控制這些資源,使ic卡對(duì)外表現(xiàn)為一個(gè)黑匣子,從而加強(qiáng)了系統(tǒng)的保密性能. 智能

14、卡通訊管理主要功能是執(zhí)行智能ic卡的信息傳送協(xié)議, 接收讀寫器發(fā)出的指令,并對(duì)指令傳遞是否正確進(jìn)行判斷.一般可采用奇偶檢,crc校驗(yàn)等方式判斷傳輸錯(cuò)誤.對(duì)于采用分組傳輸協(xié)議的系統(tǒng), 還可以通過分組長(zhǎng)度變化來檢出錯(cuò)誤。智能卡操作系統(tǒng)最重要的功能之一就是數(shù)據(jù)安全管理. 這可以具體地分為用戶與ic卡的鑒別,核實(shí)功能以及對(duì)傳輸數(shù)據(jù)的加密與解密操作. 智能ic卡cos的應(yīng)用管理功能是對(duì)讀寫器發(fā)來的命令進(jìn)行判斷,譯碼和處理. 智能卡的各種應(yīng)用以專有文件形式存在卡上,各專有文件則是由ic 卡的指令系統(tǒng)中指令排列所組成的. 鑒別是指對(duì)ic卡本身的合法性進(jìn)行驗(yàn)證,判定一張ic卡是不是偽造的.如在前兩講中談到的多

15、采用多種卡上設(shè)置的讀,寫,擦除密碼作為防偽的基本手段.而cos由于可以通過內(nèi)部軟件運(yùn)行來完成密碼轉(zhuǎn)換,因此智能ic 卡上實(shí)際寫入的密碼無法被讀寫器直接讀取,安全性能更強(qiáng).ic卡由于其高存儲(chǔ)量和高保密性,應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛,除覆蓋了傳統(tǒng)磁卡的全部功能外,還拓展到許多磁卡不能勝任的領(lǐng)域 22硬件論證方案： ic卡是一種集成電路卡，它的讀/寫設(shè)備是每個(gè)ic卡應(yīng)用系統(tǒng)必不可缺的周邊設(shè)備。該設(shè)備通過ic卡的8個(gè)觸點(diǎn)向ic卡提供電源并與ic卡相互交換信息。雖然ic卡是從磁卡發(fā)展而來的。 本ic卡讀/寫器的硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要有：ic卡的插拔檢測(cè)，ic卡的電源控制，ic 卡與cpu的接口以及必要的人機(jī)界面。軟件系

16、統(tǒng)主要由ic卡數(shù)據(jù)讀/寫模塊，串行通信模塊等組成。 sle4442是德國(guó)simens公司設(shè)計(jì)的邏輯加密存儲(chǔ)卡。它具有2k位的存儲(chǔ)容量和完全獨(dú)立的可編程代碼存儲(chǔ)器。內(nèi)部電壓提升電路保證了芯片能夠以單一+5v電壓供電，較大的存儲(chǔ)容量能夠滿足通常應(yīng)用領(lǐng)域的各種需要，因此是目前國(guó)內(nèi)應(yīng)用較多的一種ic卡芯片。芯片采用；多存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)，2線連接協(xié)議（串行接口滿足iso7816同步傳輸協(xié)議），nmos工藝技術(shù)，每字節(jié)的擦除/寫入編程時(shí)間位。2。5ms。存儲(chǔ)器具有至少10000次的擦寫周期，數(shù)據(jù)保持時(shí)間至少10以上。 根據(jù)ic卡應(yīng)用系統(tǒng)的這種典型結(jié)構(gòu),開發(fā)者的主要工作包括:(1) 設(shè)計(jì)和構(gòu)造應(yīng)用系統(tǒng)中心數(shù)據(jù)庫(kù),

17、對(duì)應(yīng)用ic卡管理的數(shù)據(jù)進(jìn)行分類存儲(chǔ)和管理.由于數(shù)據(jù)庫(kù)一般建立在小型機(jī)或微機(jī)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器上,一般在相應(yīng)環(huán)境中開發(fā)設(shè)計(jì).(2)對(duì)ic 卡上數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)格式,讀寫方式,加密和安全保護(hù)方式進(jìn)行規(guī)劃和設(shè)計(jì).這些可借助ic 卡讀寫器和微機(jī)的開發(fā)系統(tǒng)來完成.(3)構(gòu)造ic卡應(yīng)用環(huán)境,建立網(wǎng)絡(luò)和讀寫工作站.作為ic卡系統(tǒng)中的發(fā)卡站和結(jié)算站,可以采用帶聯(lián)機(jī)讀寫器的小型機(jī)或微機(jī).系統(tǒng)設(shè)計(jì)環(huán)境可以是windows下的vb,foxpor,access等軟件,一般利用讀寫器廠家提供的接口函數(shù)與數(shù)據(jù)庫(kù)軟件接口.用戶刷卡使用的工作站可以采用pc機(jī)加聯(lián)機(jī)讀寫器組成,需進(jìn)行用戶界面設(shè)計(jì),能夠提供較友好的用戶界面.也可以使用便攜式的

18、脫機(jī)工作站, 一般由單片機(jī)系統(tǒng)組成,帶有液晶顯示器和小型鍵盤.這種讀寫器的用戶接口軟件, 也需在專用的單片機(jī)系統(tǒng)中開發(fā). 因此,一個(gè)ic卡應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工作除了包括各站點(diǎn)的硬件配置,系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng), 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)建和管理軟件編程,各工作站用戶接口軟件的編程,以及ic卡上數(shù)據(jù)規(guī)劃與初始分區(qū)和數(shù)據(jù)寫。2.3硬件各模塊的設(shè)計(jì)：2.3.189c2051單片機(jī)的簡(jiǎn)介： 本讀寫器以atmel89c2051為內(nèi)核。此型號(hào)的單片機(jī)是一種低消耗，高性能的8位cmos微處理芯片。片內(nèi)帶有2kb的閃爍可編程及可擦除只讀存儲(chǔ)器，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的80c51指令集相兼容，dip20封裝。片上的perom準(zhǔn)許在線對(duì)程序存儲(chǔ)器重新編碼

19、，也可用常規(guī)的非易揮發(fā)存儲(chǔ)芯片編程。它的特點(diǎn)可歸納為：1.與mcs-51產(chǎn)品兼容；2.2kb的在線可重復(fù)編程閃爍存儲(chǔ)器；:壽命：1000次寫/擦除周期，數(shù)據(jù)保存期10年；3.寬工作電壓:范圍vcc=2.76v；4.全靜態(tài)工作方式：024mhz；5.3級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定；6.256*8位內(nèi)部ram；7.32條可編程i/o口線；8.3個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器；9.5個(gè)中斷源；10.可編程串行中斷；11.低功耗的閑置與掉電模式。l 復(fù)位狀態(tài)： mcs51單片機(jī)復(fù)位后, 程序計(jì)數(shù)器pc和特殊功能寄存器復(fù)位的狀態(tài)如表所示。 復(fù)位不影響片內(nèi)ram存放的內(nèi)容, 而ale、psen在復(fù)位期間將輸出高電平。由表可以看

20、出: (1) （pc）=0000h 表示復(fù)位后程序的入口地址為0000h; (2)（psw）=00h, 其中rs1(psw.4)=0, rs0(psw.3)=0, 表示復(fù)位后單片機(jī)選擇工作寄存器0組; (3)（sp）=07h 表示復(fù)位后堆棧在片內(nèi)ram的08h單元處建立;(4)p0口p3口鎖存器為全1狀態(tài), 說明復(fù)位后這些并行接口可以直接作輸入口, 無須向端口寫1; (5) 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、 串行口、 中斷系統(tǒng)等特殊功能寄存器復(fù)位后的狀態(tài)對(duì)各功能部件工作狀態(tài)的影響。上電復(fù)位：l at89c2051結(jié)構(gòu)：at89c2051是一個(gè)有20個(gè)引腳的芯片，引腳配置如圖. 與8051內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行對(duì)比后可發(fā)

21、現(xiàn)，at89c2051減少了兩個(gè)對(duì)外端口(即p0、p2口)，使它最大可能地減少了對(duì)外引腳，因而芯片尺寸有所減小。at89c2051芯片的20個(gè)引腳功能為:1.vcc 電源電壓;2.gnd 接地;3: rst復(fù)位輸入。當(dāng)rst變?yōu)楦唠娖讲⒈３?個(gè)機(jī)器周期時(shí)，所有i/o引腳復(fù)位至“1”。 引腳結(jié)構(gòu)：l xtal1反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。xtal2來自反向振蕩放大器的輸出。p1口8位雙向i/o口。引腳p1.2p1.7提供內(nèi)部上拉，當(dāng)作為輸入并被外部下拉為低電平時(shí)，它們將輸出電流(iil),這是因內(nèi)部上拉的緣故。 p3口引腳p3.0p3.5與p3.7為7個(gè)帶內(nèi)部上拉的雙向i/o引

22、腳。p3.6在內(nèi)部已與片內(nèi)比較器輸出相連，不能作為通用i/o引腳訪問。 單片機(jī)內(nèi)部，外部振蕩電路： l 單片機(jī)存儲(chǔ)器分類及配置： mcs51單片機(jī)存儲(chǔ)器的分類從物理結(jié)構(gòu)上可分為: 片內(nèi)、 片外程序存儲(chǔ)器（8031和8032沒有片內(nèi)程序存儲(chǔ)器）與片內(nèi)、 片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器4個(gè)部分; 從尋址空間分布可分為: 程序存儲(chǔ)器、 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器3大部分; 從功能上可分為: 程序存儲(chǔ)器、 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、 特殊功能寄存器、 位地址空間和外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器5大部分。 （a）程序存儲(chǔ)器; （b）內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器; （c）外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器l 特殊功能寄存器(sfr)：at89c2051中特殊功能寄存器描述，它

23、們共占用了19字節(jié)，其功能與8051sfr功能相對(duì)應(yīng)。l 程序存儲(chǔ)器的加密：at89c2051片內(nèi)有2個(gè)鎖定位，可以編程(p)，也可以不編程(u)，從而得到3種鎖定位保護(hù)模式。內(nèi)部結(jié)構(gòu)：l 低功耗工作方式：at89c2051有兩種低功耗工作方式：空閑方式與掉電方式。 1) 空閑方式(休眠方式)：當(dāng)利用軟件使空閑方式位idl(pcon.0)=1時(shí)，單片機(jī)進(jìn)入空閑方式。此時(shí)，cpu處于休眠狀態(tài)，而片內(nèi)所有其他外圍設(shè)備保持工作狀態(tài)，片內(nèi)ram和所有特殊功能寄存器內(nèi)容保持不變。在空閑方式下，當(dāng)晶振fosc=12mhz、電源電壓vcc=6v時(shí)，電源電流icc從20ma降至5ma，而vcc=3v時(shí)，icc

24、由5.5ma降至1ma。中斷或硬件復(fù)位可以終止空閑方式。 當(dāng)空閑方式由硬件復(fù)位終止時(shí)，cpu要從休眠處恢復(fù)程序的執(zhí)行，執(zhí)行2個(gè)機(jī)器周期后，內(nèi)部復(fù)位算法才起作用。此時(shí)，硬件禁止訪問內(nèi)部ram，但允許訪問端口引腳。為了防止休眠被復(fù)位終止時(shí)對(duì)端口引腳意外寫入的可能性，在生成空閑方式的指令后不應(yīng)緊跟對(duì)端口引腳的寫指令。如果不采用外部上拉，p1.0和p1.1應(yīng)置“0”；如果采用外部上拉，則應(yīng)置“1”。 2)掉電方式：掉電方式由掉電方式位pd(pcon.1)=1設(shè)置。此時(shí)，振蕩器停止工作，設(shè)置掉電方式的指令成為最后執(zhí)行的1條指令，片內(nèi)ram和特殊功能寄存器內(nèi)容保持不變。在掉電方式下，vccmin=2v。當(dāng)

25、vcc=6v時(shí)，iccmax=100a;當(dāng)vcc=3v時(shí)，iccmax=20a。退出掉電方式的唯一方法是硬件復(fù)位。硬件復(fù)位將重新定義特殊功能寄存器，但不影響片內(nèi)ram。復(fù)位的保持時(shí)間應(yīng)足夠長(zhǎng)，以便振蕩器能重新開始工作并穩(wěn)定下來。在vcc沒有恢復(fù)到正常工作電壓之前，不應(yīng)進(jìn)行復(fù)位。如果不采用外部上拉，p1.0和p1.1應(yīng)置“0”，否則置“1”。 2.3.2 sle4442ic卡的簡(jiǎn)介：l 概述：sle4442 是德國(guó)西門子simens 公司設(shè)計(jì)的邏輯加密存儲(chǔ)卡它具有2k 位的存儲(chǔ)容量和完全獨(dú)立的可編程代碼存儲(chǔ)器psc 內(nèi)部電壓提升電路保證了芯片能夠以單+5v 電壓供電較大的存儲(chǔ)容量能夠滿足通常應(yīng)用

26、領(lǐng)域的各種需要因此是目前國(guó)內(nèi)應(yīng)用較多的一種ic 卡芯片芯片采用多存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)2 線連接協(xié)議串行接口滿足iso7816 同步傳送協(xié)議nmos 工藝技術(shù)每字節(jié)的擦除/寫入編程時(shí)間為2.5ms 存儲(chǔ)器具有至少10000 次的擦寫周期數(shù)據(jù)保持時(shí)間至少10 年。sle4442的觸點(diǎn)安排： 操作電壓 地 復(fù)位 未用 時(shí)鐘 雙向數(shù)據(jù)線 未用 未用芯片功能芯片功能：sle4442 ic 卡主要包括三個(gè)存儲(chǔ)器：1256x8 位eeprom 型主存儲(chǔ)器。地址031 為保護(hù)數(shù)據(jù)區(qū)。該區(qū)數(shù)據(jù)讀出不受限制，寫入受保護(hù)存儲(chǔ)內(nèi)部數(shù)據(jù)狀態(tài)的限制。當(dāng)保護(hù)存儲(chǔ)器中第n 位n=031 為1 時(shí)，對(duì)應(yīng)主存儲(chǔ)器中第n 個(gè)字節(jié)允許進(jìn)行擦除

27、和寫入操作。地址32255 后244 字節(jié)為應(yīng)用數(shù)據(jù)區(qū)，數(shù)據(jù)讀出不受限制，擦除和寫入受加密存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)校驗(yàn)結(jié)果的影響。這種加密校驗(yàn)的控制是對(duì)整個(gè)主存儲(chǔ)器實(shí)施的(即包括保護(hù)數(shù)據(jù)區(qū)和應(yīng)用數(shù)據(jù)區(qū))。232 x1 位prom 型保護(hù)存儲(chǔ)器.一次性編程以保護(hù)主存儲(chǔ)器保護(hù)數(shù)據(jù)區(qū),防止一些固定的標(biāo)識(shí)參數(shù)被改動(dòng).保護(hù)存儲(chǔ)器同樣受加密存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)校驗(yàn)結(jié)果的影響。34x8 位eeprom 型加密存儲(chǔ)器.第0 字節(jié)為密碼輸入錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器(ec).ec的有效位是低三位,芯片初始化時(shí)設(shè)置成”111”這一字節(jié)是可讀的(ec).的1,2,3字節(jié)為參照字存儲(chǔ)區(qū).這3 個(gè)字節(jié)的內(nèi)容作為一個(gè)整體被稱為可編程加密代碼(psc).其讀出寫

28、入和擦除均受自身比較操作結(jié)果的控制。芯片內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)如下：l 傳送協(xié)議：1. 復(fù)位和復(fù)位響應(yīng):復(fù)位和復(fù)位響應(yīng)是根據(jù)iso7816-3 標(biāo)準(zhǔn)來進(jìn)行的。在操作期間的任意時(shí)候都可以復(fù)位。開始，地址計(jì)數(shù)器隨一個(gè)時(shí)鐘脈沖而被設(shè)置為零。當(dāng)rst 線從高狀態(tài)h 置到低狀態(tài)l 時(shí),第一個(gè)數(shù)據(jù)位(lsb)的內(nèi)容被送到i/o 上。若連續(xù)輸入32 個(gè)時(shí)鐘脈沖，主存儲(chǔ)器中的前四個(gè)字節(jié)地質(zhì)單元中的內(nèi)容被讀出。在第33個(gè)始終脈沖的下降沿，i/o 線被置成高狀態(tài)而關(guān)閉.2命令模式：復(fù)位響應(yīng)以后芯片等待著命令。每條命令都以一個(gè)“啟動(dòng)狀態(tài)”開始。整個(gè)命令包括3 個(gè)字節(jié)。隨后經(jīng)更著一個(gè)附加脈沖并用一個(gè)“停止?fàn)顟B(tài)”來結(jié)束操作。啟動(dòng)

29、狀態(tài)：在clk 為高狀態(tài)h 狀態(tài)期間i/o 顯得下降沿為啟動(dòng)狀態(tài)。停止?fàn)顟B(tài)：在clk 為高狀態(tài)h 狀態(tài)期間i/o 顯得上升沿為停止?fàn)顟B(tài)。在接受一個(gè)命令之后有兩種可能的模式輸出數(shù)據(jù)模式即讀數(shù)據(jù)和處理數(shù)據(jù)模式。 命令模式的時(shí)序圖：3輸出數(shù)據(jù)模式:這種模式是將ic 卡芯片中的數(shù)據(jù)傳送個(gè)外部設(shè)備接口(ifd)的一種操作。在第一個(gè)clk 脈沖的下降沿之后，i/o 線上的第一位數(shù)據(jù)變?yōu)橛行АｋS后每增加一個(gè)時(shí)鐘脈沖芯片，芯片內(nèi)部的一位數(shù)據(jù)被送到i/o 線上，數(shù)據(jù)的發(fā)送從每個(gè)字節(jié)的最低位（lsb）開始。當(dāng)所需要的最后一個(gè)數(shù)據(jù)送出以后，需要再附加一個(gè)時(shí)鐘脈沖來把i/o口置成高狀態(tài)，以便接受新的命令。在輸出數(shù)據(jù)期

30、間任何“啟動(dòng)狀態(tài)”和“停止?fàn)顟B(tài)”均被屏蔽掉.輸出數(shù)據(jù)模式的時(shí)序關(guān)系： 4.處理數(shù)據(jù)模式:這種模式是對(duì)ic 芯片作內(nèi)部處理.芯片在第一個(gè)始終脈沖的下降沿將i/o 線從高狀態(tài)拉到低狀態(tài)并開始處理。此后芯片在內(nèi)部連續(xù)計(jì)時(shí)計(jì)數(shù),直到低n 個(gè)始終脈沖之后的附加一個(gè)時(shí)鐘脈沖的下降沿i/o 線再次置高,完成芯片的處理過程。在整個(gè)處理過程中i/o 線被鎖定成低狀態(tài)。處理模式的時(shí)序關(guān)系：233sle4442卡的應(yīng)用：l 芯片的復(fù)位方式：1部復(fù)位：sle4442是基于同步夫位響應(yīng)的傳送協(xié)議。芯片的復(fù)位時(shí)序如前述。2復(fù)位：在把操作電壓連接到vcc 段之后，芯片內(nèi)部進(jìn)行復(fù)位操作。i/o 線被置為高狀態(tài)。必須在對(duì)任意地

31、址進(jìn)行讀操作或做一個(gè)復(fù)位響應(yīng)操作之后才可以進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。3：在clk為低狀態(tài)期間，如果rst 置為高狀態(tài)，則任何操作均無效。i/o 線被鎖定到高狀態(tài)。需要一個(gè)最小維持時(shí)間tres=5us 之后，芯片才能接受新的復(fù)位。中止?fàn)顟B(tài)的時(shí)序：l 芯片的操作命令格式： 每條命令包含三個(gè)字節(jié)其排列順序如下msb 控制字 lsb msb 地址字 lsbmsb 數(shù)據(jù)線 lsb b7b6b5b4b3b2b1b0a7a6a5a4a3a2a1a0d7d6d5d4d3d2d1d0 sle4442芯片具有7種命令： 字節(jié)1（控制）b7b0字節(jié)2（地址）a7a0字節(jié)3（數(shù)據(jù)）功能命令模式30h地址數(shù)無效讀主存器輸出數(shù)據(jù)模式

32、38h地址數(shù)輸入數(shù)據(jù)改主存器處理模式34h無效無效讀保護(hù)存儲(chǔ)器輸出數(shù)據(jù)模式3ch地址數(shù)輸入數(shù)據(jù)修改加密處理模式31h無效無效比較校驗(yàn)數(shù)據(jù)輸出模式39h地址數(shù)輸入數(shù)據(jù)修改加密處理模式33h地址數(shù)輸入數(shù)據(jù)比較校驗(yàn)處理模式 2.3.4sle4442卡的接口技術(shù)：ic卡接口設(shè)備是由ic卡適配插座，ic卡電氣接口電路，用于ic卡時(shí)序生成與數(shù)據(jù)交換的微處理器以及其他主設(shè)備的連接接口組成。根據(jù)ic卡在插入或退出時(shí)，按觸點(diǎn)壓觸和脫離的方式區(qū)分主要有兩種，一是滑觸式結(jié)構(gòu)，這種方式，觸點(diǎn)處于固定位置，ic卡在插入或退出時(shí)，滑過與之不相關(guān)的位置，并滑接在固定的位置，另一類是著陸式結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)下，ic卡在插入過程中

33、，觸點(diǎn)與ic卡同步運(yùn)動(dòng)，逐步下壓，并穩(wěn)定與最終位置。l ic卡的接口電路： ic卡的接口電路是連接ic卡與讀寫機(jī)具的通路，由它實(shí)現(xiàn)對(duì)ic卡的供電，并滿足不帶電插拔的要求。 一般來說，邏輯電路的“1”和“0”只是反映電壓大小的關(guān)系，都處于帶電狀態(tài)。若帶電插拔ic卡，可能會(huì)給ic卡帶來?yè)p傷，甚至損壞它。因此在插拔前應(yīng)先斷開向ic卡供電的電源。，并切斷其邏輯連接，實(shí)現(xiàn)對(duì)ic卡的保護(hù)。 ic卡的邏輯接口電路一般采用集電極開路（oc）輸出及非嵌拉保護(hù)式輸入結(jié)構(gòu)。上拉電阻r源端與ic卡的供電電源相連接。當(dāng)ic卡處于供電狀態(tài)時(shí)，整個(gè)接口電路接通，借口設(shè)備與ic卡間構(gòu)成邏輯通路；而當(dāng)ic卡處于下電狀態(tài)時(shí)（v=

34、off），上拉電阻r的源端失去了供電，整個(gè)與卡的接口的電路均處于不帶電狀態(tài)。這種電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可與cmos，ttl接口相兼容，上升沿阻尼較大，不易產(chǎn)生邊沿振蕩，缺點(diǎn)是當(dāng)接口端的分布電容較大時(shí)，上升沿過緩。在作為cpu卡的時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)時(shí)（通常為3.57mhz）,就有可能產(chǎn)生丟失脈沖等現(xiàn)象。解決這一問題的辦法有兩種，第一種：是通過減小時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)端的上拉電，減小上升時(shí)間來解決；另一種是采用互補(bǔ)驅(qū)動(dòng)方式來進(jìn)行時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)，這種方式結(jié)構(gòu)復(fù)雜些，但可以實(shí)現(xiàn)更高的時(shí)鐘頻率。 所有的ic卡的接口部分都加加了箝位保護(hù)二級(jí)管，這些箝位二級(jí)管可以使各引腳上的電壓嚴(yán)格地限定在-vdvcc+vd之間，這樣，可以抑制由于線路干擾和

35、邏輯電平變化的邊沿產(chǎn)生抖動(dòng)所帶來的瞬態(tài)過壓，為ic卡提供進(jìn)一步的保護(hù)措施。ic卡接口設(shè)備中的ic卡供電電路也是一個(gè)相對(duì)獨(dú)立于其他回路，這是由于ic卡接口設(shè)備是一個(gè)獨(dú)立于ic卡的設(shè)備，當(dāng)有卡插入時(shí)，接口設(shè)備便開始向ic卡提供其所須的電力。如果插入的是一張電源與地?fù)舸┑膲目?，或是一個(gè)金屬片之類的物質(zhì)，就會(huì)造成供電回路的短路現(xiàn)象，若ic卡接口設(shè)備中無過流保護(hù)措施，就會(huì)造成設(shè)備的損壞。即便有保護(hù)措施，若與ic卡接口設(shè)備的其他部分共同使用一個(gè)保護(hù)回路，就會(huì)干擾整個(gè)設(shè)備的正常工作。該電路利用了帶輸出短路保護(hù)特性的78系列三端穩(wěn)壓集成電路，78l05的最大輸出電流可達(dá)150ma，短路保護(hù)電流起點(diǎn)在150ma

36、200ma左右，符合iso/iec7816-3所確定的范圍。當(dāng)插入的卡是一個(gè)電源對(duì)地的短路負(fù)載時(shí)，u1會(huì)因輸出過載而形成短路保護(hù)，由于接口設(shè)備的供電是在u2提供的穩(wěn)壓回路上，因而不會(huì)干擾接口設(shè)備的工作，這一段路保護(hù)信息會(huì)在“短路報(bào)警指示”信號(hào)線上形成一個(gè)低電平輸出，接口設(shè)備的微處理器通過感知這一信號(hào)而切斷對(duì)ic卡接口的供電，直到該卡退出為止，u1的輸出也會(huì)隨之而轉(zhuǎn)入正常的電壓輸出范圍，以便為后續(xù)插入的ic卡提供正常的供電服務(wù)。l ic卡的插入/退出識(shí)別與上電/下電控制技術(shù)：ic卡的插入與退出的識(shí)別是通過ic卡適配插座上的感應(yīng)開關(guān)來識(shí)別的，對(duì)于復(fù)雜結(jié)構(gòu)的ic卡適配插座，其識(shí)別與控制過程也相當(dāng)復(fù)雜

37、，且針對(duì)不同的卡座，其控制也各不相同，ic卡的供電控制是一個(gè)直接涉及是否能安全可靠地操作ic卡的過程。它必須嚴(yán)格地遵循iso7816-3規(guī)定，其操作如下：（1）上電過程：rst處于l狀態(tài)； （2）下電過程：rst為狀態(tài)l； vcc供電； clk為狀態(tài)l； 接口設(shè)備處于接受 vpp不起作用； 方式; vpp上升為空閑狀態(tài)； i/o為狀態(tài)a； clk由相應(yīng)穩(wěn)定的時(shí)鐘 vcc關(guān)閉。提供； 上電過程： pwron1：lcall recog ;識(shí)別是否有卡插入 clr rst ；使rst=l clr clk ；使clk=l lcall delay-0.5ms ；延遲0.5ms。使端口邏輯信號(hào)穩(wěn)定 clr

38、 pwr ；給卡供電 clr datout ；使i/o端口=l； ret ；返回下電過程：pwroff1：clr rst ；使rst=l clr clk ；使clk=l clr datout ；使i/o=l lcall delay-0.5ms ；延遲0.5ms，使端口邏輯信號(hào)穩(wěn)定 setb pwr ；給卡下電 ret ；返回 由于ic寫主存儲(chǔ)器時(shí)需要驗(yàn)證密碼，所以執(zhí)行下面程序時(shí)請(qǐng)確保sle4442的密碼的正確性。如果密碼有錯(cuò)誤，ic卡校驗(yàn)3次便會(huì)鎖死報(bào)廢。 org 8000h ajmp main org 8100h main：mov sp，#60h write-read-card: mov r

39、0,#pswd mov r0,#0x11 inc r0 mov r0,#0x22 inc r0 mov r0,#0x33 lcall checkpassword jnz wrexit mov r0,#writebuf mov r0,#0x55 inc r0; mov r0,#0x66 mov bytenum,#0x02 mov startadr,#0x20 lcall writecard jnz wrexit mov bytenum,#0x02 mov startadr,#0x20 lcall readcard jz write-read-card wrexit:mov a,#00h $inc

40、lude(sle4442.inc); endl ic卡的讀寫技術(shù)：不同類型的ic卡其讀寫方式或數(shù)據(jù)協(xié)議方式是不同的，其地址計(jì)數(shù)器是與時(shí)鐘緊密相關(guān)的，當(dāng)卡復(fù)位時(shí)，地址計(jì)數(shù)器置“0”，以后，每向卡發(fā)一個(gè)節(jié)拍的時(shí)鐘，都將使ic卡的地址計(jì)數(shù)器加“1”，這一時(shí)鐘頻率上限為50khz或280khz。復(fù)位過程：synrst：setb datout ；使能數(shù)據(jù)線 setb rst ；復(fù)位使能 lcall delay-10us ；延遲10us setb clk ；置同步復(fù)位時(shí)鐘h lcall delay-10us ；延遲10us clr clk ；時(shí)鐘為l lcall delay-10us ；延遲10us cl

41、r rst ；復(fù)位結(jié)束ret 數(shù)據(jù)字段的定位：synpos：lcall synrst ;ic卡復(fù)位 sp1：cjne r3，#00h，sp3 ；判低位 cjne r2，#00h，sp2 ；判高位 ret ；返回 sp2：dec r2 ；高位減1 sp3：dec r3 ；低位減1 setb clk ；開始建立一個(gè)時(shí)鐘脈沖 lcall delay-10us clr clk lcall delay-10us ;時(shí)鐘脈沖結(jié)束 sjmp sp1 ；繼續(xù)下一次數(shù)據(jù)的讀出過程：synread：lcall sunpos ；定位至起始地址 setb datain ；使能數(shù)據(jù)輸入線 sr1：mov r5，#08h

42、 ；置移位次數(shù)為8次 sr2：setb clk ；clk=h mov c，datin ；將數(shù)據(jù)線上的內(nèi)容輸入到c觸發(fā)器中 rlc a ；a寄存器循環(huán)左移，c的內(nèi)容進(jìn)入a最低位 lcall delay-10us ;延時(shí)10us clr clk ；clk=l lcall delay-10us ；延時(shí)10us djnz r5,sr2 ;判斷是否接收完一字節(jié)，若是繼續(xù)，否則轉(zhuǎn)至sr2，繼續(xù)接收下一位 mov r0,a ;將字節(jié)內(nèi)容送（r0）單元 inc r0 ；數(shù)據(jù)存放地址加1 djnz r4，sr1 ；判斷是否接收完r4個(gè)字節(jié)，若是繼續(xù)，否則轉(zhuǎn)至sr1，繼續(xù)接收 ret ；返回 ic卡的寫操作：在器

43、件地址碼之后，緊跟著的是字節(jié)地址碼。地址碼長(zhǎng)度為8位。時(shí)序中的數(shù)據(jù)為寫字節(jié)時(shí)，由ic卡讀/寫器中的單片機(jī)在sda發(fā)送一個(gè)8位碼長(zhǎng)的數(shù)據(jù)；卡片每收到一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)后，都要通過sda回送一個(gè)“確認(rèn)”信號(hào)。 ic卡的讀操作有3種：現(xiàn)行地址讀、隨機(jī)地址讀、順序讀。 ic卡芯片操作地址：對(duì)ic卡而言，a2，a1，a0地址線均為0；因此，寫地址為0a0h，讀地址為0a1h。ic卡讀寫器要能讀寫符合iso7816標(biāo)準(zhǔn)的ic卡。ic卡接口電路作為ic卡與ifd內(nèi)的cpu進(jìn)行通信的唯一通道，為保證通信和數(shù)據(jù)交換的安全與可靠，其產(chǎn)生的電信號(hào)必須滿足下面的特定要求。 完成ic卡插入與退出的識(shí)別操作：ic卡接口電路對(duì)i

44、c卡插入與退出的識(shí)別，即卡的激活和釋放，有很嚴(yán)格的時(shí)序要求。如果不能滿足相應(yīng)的要求，ic卡就不能正常進(jìn)行操作；嚴(yán)重時(shí)將損壞ic卡或ic卡讀寫器。(1)激活過程：為啟動(dòng)對(duì)卡的操作，接口電路應(yīng)按圖1所示順序激活電路：rst處于l狀態(tài)；根據(jù)所選擇卡的類型，對(duì)vcc加電a類或b類，正常操作條件下vcc的電特性見表1；正常操作條件vcc的電特性符 號(hào) 最小值 最大值 條 件 vvcc/v 4.52.7 5.53.3 a類b類 icc/ma 60500.5 a類，在最大允許頻率b類，在最大允許頻率時(shí)鐘停止 vpp上升為空閑狀態(tài);接口電路的i/o應(yīng)置于接收狀態(tài)；向ic卡的clk提供時(shí)鐘信號(hào)(a類卡15mhz

45、，b類卡14mhz)。如圖所示，在ta時(shí)間對(duì)ic卡的clk加時(shí)鐘信號(hào)。i/o線路應(yīng)在時(shí)鐘信號(hào)加于clk的200個(gè)時(shí)鐘周期(ta)內(nèi)被置于高阻狀態(tài)z(ta 時(shí)間在ta之后)。時(shí)鐘加于clk后，保持rst為狀態(tài)l至少400周期(tb)使卡復(fù)位(tb在ta之后)。在時(shí)間tb，rst被置于狀態(tài)h。i/o上的應(yīng)答應(yīng)在rst上信號(hào)上升沿之后的40040 000個(gè)時(shí)鐘周期(tc)內(nèi)開始(tc在tb之后)。在rst處于狀態(tài)h的情況下，如果應(yīng)答信號(hào)在40 000個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)仍未開始，rst上的信號(hào)將返回到狀態(tài)l，且ic卡接口電路按照?qǐng)D2所示對(duì)ic卡產(chǎn)生釋放。(2)釋放過程:當(dāng)信息交換結(jié)束或失敗時(shí)(例如，無卡響應(yīng)

46、或卡被移出)，接口電路應(yīng)按圖2所示時(shí)序釋放電路：rst應(yīng)置為狀態(tài)l；clk應(yīng)置為狀態(tài)l(除非時(shí)鐘已在狀態(tài)l上停止)；vpp應(yīng)釋放(如果它已被激活)；i/o應(yīng)置為狀態(tài)a(在td時(shí)間內(nèi)沒有具體定義)； vcc應(yīng)釋放。通過觸點(diǎn)向卡提供穩(wěn)定的電源ic卡接口電路應(yīng)能在表1規(guī)定的電壓范圍內(nèi)，向ic卡提供相應(yīng)穩(wěn)定的電流。l 通過觸點(diǎn)向卡提供穩(wěn)定的時(shí)鐘ic卡接口電路向卡提供時(shí)鐘信號(hào)。時(shí)鐘信號(hào)的實(shí)際頻率范圍在復(fù)位應(yīng)答期間，應(yīng)在以下范圍內(nèi)：a類卡，時(shí)鐘應(yīng)在15mhz；b類卡，時(shí)鐘應(yīng)在14mhz。復(fù)位后，由收到的atr(復(fù)位應(yīng)答)信號(hào)中的f(時(shí)鐘頻率變換因子)和d(比特率調(diào)整因子)來確定。時(shí)鐘信號(hào)的工作周期應(yīng)為穩(wěn)定

47、操作期間周期的40%60%。當(dāng)頻率從一個(gè)值轉(zhuǎn)換到另一個(gè)值時(shí)，應(yīng)注意保證沒有比短周期的40%更短的脈沖。l 卡的邏輯加密芯片：邏輯加密卡主要是由eeprom單元陣列和密碼控制邏輯構(gòu)成的，其功能介于存儲(chǔ)器卡和cpu卡之間，它具有一定的保密邏輯功能，不像存儲(chǔ)器卡那樣能夠被自由擦寫。邏輯加密卡芯片從功能上看，主要分為兩個(gè)部分，一是eeprom單元陣列，一是保密邏輯部分。 sle4442卡內(nèi)含256*8位eeprom存儲(chǔ)器和32*1位保護(hù)存儲(chǔ)器，該保護(hù)存儲(chǔ)器對(duì)eeprom的前32字節(jié)進(jìn)行寫/刪除保護(hù)。保護(hù)位是一次性的，不能修改。它還有一個(gè)可編程序安全碼邏輯，整個(gè)存儲(chǔ)器除了psc以外，均可讀，而且只有在比

48、較psc不正確后才能進(jìn)行寫/刪除操作。在三次比較psc不正確后將鎖住后續(xù)的psc比較及寫/刪除操作。存儲(chǔ)器分配： 邏輯加密卡芯片的功能框圖： 比較從eeprom中讀出的數(shù)據(jù)和ic卡中讀出的數(shù)據(jù)是否相同： cmploop： mov a，r0 mov r6,a mov a,r1 xrl a,r6 jnz noequ djnz r7,cmploop snequ: clr sw jmp read-insert-card noequ: setb sw jmp read-insert-card$include(sle4442.inc)$include(v12c-24a.inc) end eeprom邏輯圖2.3.5rs232通信接口芯片：rs232是目前串行通信中最常用的總線，其標(biāo)準(zhǔn)rs232c是美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)