【正文】 MCU的I/O端口的初始化設(shè)置；判斷RAM數(shù)據(jù)的可靠性；在RAM不可靠時從FLASH1中恢復(fù)數(shù)據(jù)，顯示相應(yīng)錯誤代碼；在FLASH1數(shù)據(jù)不可靠時從FLASH2中恢復(fù)數(shù)據(jù)，顯示相應(yīng)錯誤代碼；在FLASH2數(shù)據(jù)不可靠時設(shè)置部分必要參數(shù)的默認(rèn)值，顯示相應(yīng)錯誤代碼；調(diào)用狀態(tài)檢測程序?qū)獗頎顟B(tài)進行初始化設(shè)置。 氣量計量模塊氣量計量模塊的主要功能:確認(rèn)有效的氣量脈沖；根據(jù)剩余氣量的多少對可用氣量不足關(guān)閥、氣量報警關(guān)閥標(biāo)志置位；對總用氣量、本月用氣量、實際賒欠氣量進行處理；氣量計量模塊程序流程圖如圖52:圖52 程序流程圖 射頻卡處理模塊射頻卡處理模塊的主要功能:判斷射頻卡是否為合法卡；判斷卡密碼的正確性；根據(jù)卡類型和設(shè)置信息完成相應(yīng)操作；設(shè)計中，不同類型的卡片有不同的認(rèn)證方式，同一類型的卡片在不同的階段也有不同的認(rèn)證方式。因此，認(rèn)證的過程比較復(fù)雜，設(shè)計中單獨使用了一個認(rèn)證功能子程序?qū)ㄆM行認(rèn)證處理。程序流程圖如圖53所示:圖53 程序流程圖 密鑰存儲和安全性分析在射頻卡預(yù)付費系統(tǒng)設(shè)計中最為關(guān)鍵的是安全性，安全性與密鑰的發(fā)行、管理關(guān)系密切。密鑰要實行分級管理，超級功能卡密鑰及DES算法的關(guān)鍵信息分別由幾個人輸入，密鑰的產(chǎn)生、存放、使用都是以密文的形式出現(xiàn)，對應(yīng)用系統(tǒng)來說不可見，增加了破譯難度，提高了抗攻擊性。密鑰的管理應(yīng)遵循售水流程與密鑰的生成、管理無關(guān)的原則。為保證密鑰的安全和防止密鑰的泄露，在密鑰生成時，應(yīng)采取以下措施:密鑰生成采用多人生成。密鑰生成環(huán)境的安全管理，使其生成環(huán)境可視為絕對安全。制定參加密鑰生成的特殊人員的安全管理規(guī)定。密鑰生成過程必須按照嚴(yán)格的操作規(guī)范進行。密鑰的發(fā)行采用梯級生成、下發(fā)方式。即由上一級生成下一級所需的各種密鑰，并以卡片的形式傳遞給下一級。使用傳輸密鑰控制業(yè)務(wù)主密鑰的加密裝載、直接加密導(dǎo)出、分散加密導(dǎo)出。 智能卡常用的加密算法智能卡具有安全可靠的保密功能，常用的密碼算法有兩種:一種為對稱密鑰密碼算法，它使用相同的密鑰進行加密和解密運算，最有代表性的為DES算法。DES已被國際標(biāo)準(zhǔn)化組織確定為數(shù)據(jù)加密標(biāo)準(zhǔn)，也是國際信息卡交換網(wǎng)絡(luò)普遍采用的加密方法。它的特點是通信雙方共享一組相同的密鑰。它是一種分組加密算法，用一個64位明文數(shù)據(jù)進行初始變換、乘積變換、逆初始置換等復(fù)雜的計算和變換，得到64位的密文。其優(yōu)點是速度快，加密和解密可同時由一塊硬件芯片或一個程序完成，適合大量的數(shù)據(jù)加密。但事實表明，依靠分布式計算能力，用搜索法破譯DES已經(jīng)成為可能。所以，隨著計算能力的日益增強，我們必須相應(yīng)地增加算法的密鑰長度。另一種為非對稱密鑰密碼算法，又稱公共密鑰密碼算法，最有代表性的為RSA算法。它的基本原理是用戶具有兩個密鑰:秘密的解密密鑰和公開的加密密鑰，解密密鑰，發(fā)送方才掌握，用于簽名，加密密鑰對外公開，接收方用于把簽名還原。在實際計算中不可能從加密密鑰求出解密密鑰，這是公開密鑰算法的安全所在。其優(yōu)點是不需共享密鑰，缺點是速度慢，不適合大量數(shù)據(jù)的加密。它目前主要應(yīng)用于數(shù)字簽名技術(shù)，隨著網(wǎng)絡(luò)的不斷發(fā)展，用RSA算法算出的電子簽名，因其不可偽造性和校驗的交易性，使其在網(wǎng)上的信息傳遞中，發(fā)揮越來越大的作用。采用密碼算法可以對信息進行加密，也可進行數(shù)字簽名。發(fā)方簽名后，發(fā)出的信息不可偽造，也不可否認(rèn)。在設(shè)計智能卡的安全和鑒別體制時，在確保達到特定的安全要求的前提下，力求簡單實用、易于操作，價格合理，以提高應(yīng)用系統(tǒng)的競爭能力。目前常用的對稱密碼體制DES加密算法的特點是加密與解密用的是同一密鑰，這就有一個密鑰如何安全傳送的問題，因此需要經(jīng)常更換密鑰，又由于一張卡同一臺機相互鑒別時就需要一個密鑰，若X張卡用在Y臺機上那就需要XY個密鑰，這樣密鑰量太大，難于管理。下面就其認(rèn)證過程說明對稱鑒別體制是如何保證安全的。首先發(fā)卡單位將用戶的PIN碼寫入CPU卡內(nèi)，使用時，當(dāng)用戶輸入PIN碼時，卡就將此PIN碼與卡內(nèi)的PIN碼比較。確認(rèn)后，卡將持卡人的卡號送入受卡單位的系統(tǒng)中并同時產(chǎn)生一個隨機數(shù)返送給卡要求認(rèn)證?？ń拥揭笳J(rèn)證命令后，利用CPU的功能將卡號、系統(tǒng)送來的隨機數(shù)和密鑰一起采用密碼算法DES產(chǎn)生認(rèn)證。系統(tǒng)本身也按上述同樣的辦法，即用事先規(guī)定的密鑰和算法產(chǎn)生一個系統(tǒng)認(rèn)證符。當(dāng)卡上的認(rèn)證符送入系統(tǒng)與系統(tǒng)的認(rèn)證符比較一致時，卡的合法性就確定了。非對稱的密碼體制給出了兩種密鑰，即公鑰和私鑰，加密用公鑰，解密用私鑰或者加密用私鑰，解密用公鑰。例如數(shù)字簽名就采用后者，這有點像私人給銀行開發(fā)票，只要核對了簽名，支票上的鈔數(shù)照付。這就需要具備以下三點:不可偽造、真實與不可否認(rèn)、不可改變，任何第三方竊取后無法修改。 安全性射頻卡燃氣表的推廣應(yīng)用，取決于以下2個主要因素:燃氣表的可靠性燃氣表的安全性燃氣表的可靠性是從表的功能和性能來說的。表的安全性主要是從表的數(shù)據(jù)防盜(即竊氣)、射頻卡數(shù)據(jù)的防非法復(fù)制的角度來說的。由于表的安全性事關(guān)燃氣公司的直接利益，進而關(guān)系到射頻卡燃氣表的推廣應(yīng)用，因此，射頻卡燃氣表的安全性問題是必須認(rèn)真考慮的一個問題。 安全性問題的解決方案售氣用的射頻卡的安全性由于本智能氣表采用加密型的SLE4428卡，因此，對卡信息的加密與解密是決定卡安全性的關(guān)鍵，在設(shè)計中占有十分重要的地位。具體辦法是:用戶卡在每次購氣時，均由上位機根據(jù)剩余氣量等信息隨機生成密碼因子，將此密碼因子存入射頻卡，以此對射頻卡信息進行動態(tài)加密。射頻卡氣表內(nèi)的加密與解密程序讀取射頻卡信息后，進行逆向處理，達到解密目的，然后對數(shù)據(jù)進行相應(yīng)處理。采用這種方法后，可有效防止射頻卡的非法復(fù)制與數(shù)據(jù)的非法修改，保證射頻卡的安全性。氣表內(nèi)信息的安全性氣表內(nèi)信息的安全性由以下三種措施來保證:(l)射頻卡的有效認(rèn)證氣表自動識別有效射頻卡，按預(yù)定程序與射頻卡進行雙向傳輸，一次讀入全部信息，氣表內(nèi)存的信息一次寫入射頻卡。設(shè)置的讀/寫密碼保證一表只有一張用戶卡配對使用。(2)防開表裝置在電路中加按鍵，平時處于按下的狀態(tài)，當(dāng)燃氣表被拆卸時，這個按鍵被彈起，繼而觸發(fā)中斷，中斷服務(wù)程序?qū)㈤_蓋行為記錄到氣表內(nèi)的FLASH中，并立即關(guān)斷閥門。只有燃氣公司管理人員用管理卡才能消除這種不良記錄。(3)防人為磁干擾裝置氣表具有防止竊氣并自動記錄有關(guān)信息的功能。若故意用磁鐵干擾氣表，干簧管由于吸力不再有任何變化，電平超過一定時間3秒后射頻卡氣表將自動關(guān)閥（此功能由軟件實現(xiàn)），且必須由燃氣公司供氣管理部門開通，有效的杜絕竊氣行為。具有防磁攻擊能力。第六章 對燃氣表的總結(jié)與展望本文針對氣計量收費的特點和技術(shù)要求，指出了現(xiàn)有燃氣表應(yīng)用系統(tǒng)在實際應(yīng)用中存在的問題，提出了基于射頻卡的預(yù)付費水表應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計，極大地提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性，具有顯著的技術(shù)優(yōu)勢和較好的發(fā)展前景，對其他領(lǐng)域中采用射頻卡預(yù)付費應(yīng)用技術(shù)具有一定的借鑒意義。全文的展開分為射頻卡的種類及特點、MSP430系列單片機內(nèi)容簡介、基于射頻卡燃氣表應(yīng)用系統(tǒng)的硬件設(shè)計、基于射頻卡燃氣表應(yīng)用系統(tǒng)的軟件設(shè)計四大部分，并提出了基于射頻卡的燃氣表應(yīng)用系統(tǒng)的各部分構(gòu)成及應(yīng)用分析，其中，關(guān)鍵技術(shù)主要包括:傳感器技術(shù)、微型計算機技術(shù)及接口技術(shù)、信息處理技術(shù)和精密機械技術(shù)。下面分別進行一下總結(jié):基于射頻卡燃氣表應(yīng)用系統(tǒng)的硬件設(shè)計部分主要介紹了氣表應(yīng)用系統(tǒng)的硬件設(shè)計指導(dǎo)思想、硬件的主要構(gòu)成部分和設(shè)計過程中遇到的問題及解決方案。根據(jù)項目背景和應(yīng)用需求，本課題硬件的設(shè)計目標(biāo)是:研發(fā)一套技術(shù)先進、結(jié)構(gòu)合理、安全可靠、成本較低，能夠生產(chǎn)并投入實際應(yīng)用的預(yù)付費氣表應(yīng)用系統(tǒng)，提高現(xiàn)有射頻卡預(yù)付費水表應(yīng)用系統(tǒng)的安全性能，實現(xiàn)燃氣計量收費自動化管理的安全可靠目標(biāo)，歸納起來，本部分的工作和所得到的結(jié)論如下:(1)基于射頻卡燃氣表應(yīng)用系統(tǒng)硬件設(shè)計應(yīng)遵循功能完備性和靈活性兼顧的原則，在硬件設(shè)計時，不僅要滿足所有硬件功能完備的要求，而且在系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計上，應(yīng)為軟件設(shè)計提供較大的靈活性，以滿足不同類型應(yīng)用的需求。(2)基于射頻卡燃氣表應(yīng)用系統(tǒng)硬件設(shè)計應(yīng)遵循技術(shù)先進性與成熟兼顧的原則，同時在設(shè)計上還應(yīng)充分考慮成本、性能因素。(3)基于射頻卡燃氣應(yīng)用系統(tǒng)硬件設(shè)計還需要考慮的兩大因素是現(xiàn)場環(huán)境和操作人員技術(shù)水平。設(shè)計時操作步驟應(yīng)簡捷方便、提示信息直觀明確，充分考慮可靠性和易用性兼顧的原則。(4)基于射頻卡燃氣表應(yīng)用系統(tǒng)的硬件設(shè)計在單片機選型上采用美國德州儀器公司的微功耗MSP430系列單片機。(5)本項目研制的基于射頻卡燃氣表應(yīng)用系統(tǒng)主要由以下三個部分構(gòu)成:智能卡、預(yù)付費控制器、銷售管理系統(tǒng)。采用智能卡作為數(shù)據(jù)傳輸?shù)拇鎯γ浇?，集用戶預(yù)付費、狀態(tài)報警提示和防止竊氣等功能于一體，具有較高的安全性和可靠性?；谏漕l卡燃氣表應(yīng)用系統(tǒng)的軟件設(shè)計部分根據(jù)本項目的應(yīng)用背景，通過對應(yīng)用需求的分析，基于射頻卡燃氣表應(yīng)用系統(tǒng)的軟件設(shè)計應(yīng)遵循便于擴展和便于維護的原則，采用“模塊化”的設(shè)計方法，所設(shè)計的軟件應(yīng)具有功能齊備、擴展靈活、操作簡便的特點。在軟件設(shè)計前，針對基于射頻卡燃氣水表應(yīng)用系統(tǒng)在燃氣公司收費站使用的要求，通過對燃氣公司收費工作流程和收費站管理需求的充分調(diào)研，收集了燃氣管理部門工作人員的意見，編制了軟件系統(tǒng)的需求分析書。與燃氣公司管理部門工作人員進行多次較充分的交流溝通后，在軟件需求分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合不同地區(qū)管理應(yīng)用上的共同點和差異分析，進行軟件系統(tǒng)的總體設(shè)計，以最大限度地滿足燃氣公司收費管理的實際要求，增強本系統(tǒng)管理軟件的通用性。隨著社會的不斷發(fā)展和科技的進步，射頻卡燃氣表應(yīng)用系統(tǒng)將會變得更加智能化。對射頻卡燃氣表應(yīng)用系統(tǒng)的大規(guī)模推廣應(yīng)用將會有力地促進中國供氣管理的現(xiàn)代化進程。在射頻卡燃氣表應(yīng)用系統(tǒng)方面的超前發(fā)展將使這種計量模式得到優(yōu)先完善，并將成為中國的一個有競爭力的產(chǎn)品出口到世界上的其它國家。參考文獻[1] 沈宇超，1999(1).[2] 謝竹生，張小剛．智能卡技術(shù)在數(shù)字式預(yù)收費電能表中的應(yīng)用．計算機工程與科學(xué)，1999（1）[3] 北京富根智能電表有限公司，IC卡預(yù)付費產(chǎn)品及系統(tǒng)安全性分析，廣州：金卡工程，2000,6:4446.[4] 鄧立三，胡緒美，淺談公用事業(yè)IC卡預(yù)付費計量儀表應(yīng)用前景，廣州：金卡工程，2004,6:3638[5] 樊昌信，張甫翔，:國防工業(yè)出版社，2001.[6] 王愛英，智能卡技術(shù)：IC卡與RFID標(biāo)簽第三版，清華大學(xué)出版社2009.[7] :人民郵電出版社，2003.[8] [J].單片機與嵌入式系北京:清華大學(xué)出版社,2005,4.[9] 單承贛，2003，45(2)[10] 王興君，殷興光，38(9):6466[11] 王新,呂鋒,等. IC卡讀寫接口的設(shè)計和實現(xiàn)[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報,2005(5): 3335.[12] 楊小玲,李志揚,張金密,[J].現(xiàn)代電子技術(shù),2005(20): 1417.[13] Kwan，BA: Moghavvemi，M. PIC based smart card prepayment System[J].Research and Development，.[14] 謝紅興，紅凡強，吳雄英。MSP430單片機基礎(chǔ)與實踐，北京航空航天大學(xué)出版社，2008.[15] [M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2001:5759.[16] [M].北京:北京航空航大學(xué)出版社,2003:7880.[17] Mark Bueeini. An MSP430Fxxxx SigmaDelta Type Millivolt Meter.:120200[18] :中國電力出版,2005,7.[19] :電力工業(yè)出版社2007,7.[20] ，北京：單片機與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，2003.[21] 沈建華,楊艷琴,:清華大學(xué)出版社,2005,4.[16] 王文興，顏國正，串行Data Flash存儲器及其與單片機的接口，北京：單片機與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，2003[23] [D].南京:南京理工大學(xué), 2005：3335[24] ，北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2002,11.[25] [J].計算機應(yīng)用研究, 2006, 11(2): 158159.[26] MSP4304f413英文數(shù)據(jù)手冊