【導(dǎo)讀】教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中。構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過(guò)的材料。對(duì)本研究提供過(guò)幫助和做出過(guò)。貢獻(xiàn)的個(gè)人或集體，均已在文中作了明確的說(shuō)明并表示了謝意。和電子版本；學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版，公布論文的部分或全部?jī)?nèi)容。研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)的成果作品。本人完全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。電子版，允許論文被查閱和借閱。以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。鍵盤(pán)電路RS232接口電路和EEPROM設(shè)計(jì)思想????????第三章無(wú)線(xiàn)射頻識(shí)別系統(tǒng)讀寫(xiě)器的軟件設(shè)計(jì)……………………總結(jié)和展望，也給出了需要改進(jìn)的地方。

　　

【正文】 5ANT27ANT16U3R F M 11 0K1S W P BY111 .05 9MJ2CON2V C CC32.2uF/10VC222pFC122pFR 121kR610KR 131kR910KR810KR710KU? B U Z Z E RQ2P N PV C Cvc cvc c 28 ：接鍵盤(pán)編碼信號(hào)， ， ； ：接鍵盤(pán)中斷信號(hào)； ：接 PC機(jī) USB接口，為 PC顯示器提供數(shù)據(jù)信號(hào)； ：接蜂鳴器，低電平有效； ：接 MAX232電平轉(zhuǎn)換芯片與 PC機(jī) RS232接口。 鍵盤(pán)電路 RS232 接口電路和 EEPROM 設(shè)計(jì)思想 1. 鍵盤(pán)電路 鍵盤(pán)采用中斷方式的編碼鍵盤(pán)，僅當(dāng)有惟一一個(gè)鍵按下時(shí)，向單片機(jī)發(fā)送中斷信號(hào)并提供所按的鍵的編碼（ 4個(gè)二進(jìn)制 位）。該電路由一片可編程邏輯芯片 GAL22V10D控制。對(duì)按鍵的監(jiān)控由經(jīng)過(guò)作者編程的可編程邏輯芯片GAL22V10D完成。當(dāng)沒(méi)有鍵按下或有不只一個(gè)鍵按下時(shí)，該芯片的輸出中斷信號(hào)為高，不引起單片機(jī)中斷；當(dāng)有唯一一個(gè)鍵按下時(shí)，該芯片的輸出中斷信號(hào)為低，以引起單片機(jī)中斷并通過(guò) 4位數(shù)據(jù)線(xiàn)提供按鍵的編碼信號(hào)，直到該鍵彈起或同時(shí)有其它鍵按下。其電路圖如 215所示。 2. RS232接口電路 由 MAX232芯片實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與 PC機(jī)的通信，以便射頻卡讀寫(xiě)器實(shí)時(shí)向 PC機(jī)傳送信息。 MAX232是一種雙組驅(qū)動(dòng)器 /接收器，片內(nèi)含 有一個(gè)電容性電壓發(fā)生器以便在單 5V電源供電時(shí)提供 EIA/TIA232E電平。每個(gè)接收器將 EIA/TIA232E電平輸入轉(zhuǎn)換為 5V TTL/CMOS電平。這些接收器具有 的典型遲滯，而且可以接收 土 30V的輸入。每個(gè)驅(qū)動(dòng)器將 TTL/CMOS輸入電平轉(zhuǎn)換為 EIA/TIA232E電平。所有的驅(qū)動(dòng)器、接收器及電壓發(fā)生器都可以在德州儀器公司的 Lin ASICTM元件庫(kù)中得到標(biāo)準(zhǔn)單元。 MAX232的工作溫度范圍為 0℃至 700℃ ， MAX2321的工作溫度范圍為 40℃ 至 85℃ 。 MAX232的特點(diǎn)：?jiǎn)?5V電源工作； Lin BiCMOS； TM工藝技術(shù)；兩個(gè)驅(qū)動(dòng)器及兩個(gè)接收器； 士 30V輸入電平；低電源電流：典型值是 8mA；符合甚至優(yōu)于 ANSI標(biāo)準(zhǔn) EIA/TIA232E及 ITU 29 推薦標(biāo)準(zhǔn) ；可與 Maxim公司的 MAX232互換； ESD保護(hù)大于 MILSTD883標(biāo)準(zhǔn)的 20xxV。 圖 215 鍵盤(pán)電路圖 3. EEPROM 采用 AT24C16。 AT24C16的電路接口情況及各引腳圖見(jiàn)圖 216單片機(jī)系統(tǒng)電路圖。該芯片為采用 I2C總線(xiàn)的串行 EEPROM，容量為 2K字節(jié)。 I2C總線(xiàn) 是由數(shù)據(jù)線(xiàn) SDA和時(shí)鐘 SCL構(gòu)成的串行總線(xiàn)，可發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。在 CPU與被控 IC之間、IC與 IC之間進(jìn)行雙向傳送，最高傳送速率 100kbps。各種被控制電路均并聯(lián)在這條總線(xiàn)上，但就像電話(huà)機(jī)一樣只有撥通各自的號(hào)碼才能工作，所以每個(gè)電路和模塊都有唯一的地址，在信息的傳輸過(guò)程中， I2C總線(xiàn)上并接的每一模塊電路既是主控器（或被控器），又是發(fā)送器（或接收器），這取決于它所要完成的功能。 CPU發(fā)出的控制信號(hào)分為地址碼和控制量?jī)刹糠?，地址碼用來(lái)選址，即接通需要控制的電路，確定控制的種類(lèi)；控制量決定該調(diào)整的類(lèi)別（如對(duì)比度、 亮度等）及需要調(diào)整的量。這樣，各控制電路雖然掛在同一條總線(xiàn)I N P U T 11I N P U T 22I N P U T 33I N P U T 44I N P U T 55I N P U T 66I N P U T 77I N P U T 88I N P U T 99I N P U T 1010I N P U T 1111I N P U T 1212I N P U T 1313I N P U T 1414I N P U T 1515I N P U T 161617171818191920202121U4G A L 22 V 10 DR 331KR 481KR 471KK 16S W P BK 15S W P BK1S W P BV C C V C C V C C............ 30 上，卻彼此獨(dú)立，互不相關(guān)。 I2C總線(xiàn)在傳送數(shù)據(jù)過(guò)程中共有三種類(lèi)型信號(hào)，它們分別是：開(kāi)始信號(hào)、結(jié)束信號(hào)和應(yīng)答信號(hào)。開(kāi)始信號(hào)： SCL為高電平時(shí)，SDA由高電平向低電平跳變，開(kāi)始傳送數(shù)據(jù)。結(jié)束信號(hào)： SCL為低電平時(shí)， SDA由低電平向高電平跳變，結(jié)束傳送數(shù)據(jù)。應(yīng)答信號(hào)：接收數(shù)據(jù)的 IC在接收到8bit數(shù)據(jù)后，向發(fā)送數(shù)據(jù)的 IC發(fā)出特定的低電平脈沖，表示已收到數(shù)據(jù)。 CPU向受控單元發(fā)出一個(gè)信號(hào)后，等待受控單元發(fā)出一個(gè)應(yīng)答信號(hào)， CPU接收到應(yīng)答信號(hào)后，根據(jù)實(shí)際清況作 出是否繼續(xù)傳遞信號(hào)的判斷。若未收到應(yīng)答信號(hào)，由判斷為受控單元出現(xiàn)故障。目前有很多半導(dǎo)體集成電路上都集成了 I2C接口。很多外圍器件如存儲(chǔ)器、監(jiān)控芯片等也提供 I2C接口。 31 第 三 章 無(wú)線(xiàn)射頻識(shí)別 系統(tǒng)讀寫(xiě)器的軟件設(shè)計(jì) 無(wú)線(xiàn)射頻識(shí)別 系統(tǒng) 的軟件設(shè)計(jì)分為三部分，分別為 RFM001射頻模塊應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)、讀寫(xiě)器其它電路的應(yīng)用程序設(shè)計(jì)和 PC終端主程序設(shè)計(jì)。對(duì)RFM001的應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)也就是對(duì) RFM001操作指令的程序設(shè)計(jì)；對(duì)讀寫(xiě)器的其它電路的應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)包括 LED狀態(tài)顯示程序設(shè)計(jì)、 LCD設(shè)計(jì)、鍵 盤(pán)設(shè)計(jì)、蜂鳴器程序設(shè)計(jì)和 RS232通信程序設(shè)計(jì)等。 讀寫(xiě)器軟件總體設(shè)計(jì) 讀寫(xiě)器對(duì) RITRPW4FF卡片的操作流程如圖 31所示。 31 讀寫(xiě)器對(duì) RITRPW4FF卡片的操作流程圖 復(fù)位應(yīng)答操作將通知 RFM001射頻模塊在天線(xiàn)的有效工作范圍（距離）內(nèi)尋找卡片。如果有卡片存在，這一操作將分別與每一張 RITRPW4FF卡片進(jìn)行通信，讀取卡片上的卡片類(lèi)型號(hào) TAGTYPE（兩個(gè)字節(jié)），由 RFM001傳遞給 MCU，進(jìn)行識(shí)別處理。 如果有 多余一張的 RITRPW4FF卡片在讀寫(xiě)器天線(xiàn)的有效工作范圍（距離）內(nèi)，必須執(zhí)行防沖突操作，返回一張卡片的序列號(hào)，作為本次操作的對(duì)復(fù)位應(yīng)答 防重復(fù)操作 選擇卡片 認(rèn)證操作 讀塊 寫(xiě)塊 重儲(chǔ) 傳送 重新輸入商品價(jià)格 付費(fèi)后商品價(jià)格清零 32 象。而其它卡片處于等待狀態(tài)。在成功執(zhí)行防沖突操作之后，或在任何時(shí)候當(dāng)程序員想實(shí)際地與已知序列號(hào)的卡片進(jìn)行通信時(shí)，必須執(zhí)行選擇卡片操作，以建立與所選卡片的通信，同時(shí)返回該卡片的 size字節(jié)。 為了保證對(duì)卡片操作的合法性，在對(duì)卡片進(jìn)行操作之前必須在卡片和讀寫(xiě)器之間進(jìn)行認(rèn)證操作。讀寫(xiě)器對(duì)任何一張 RITRPW4FF卡片進(jìn)行任何操作都要經(jīng)過(guò)上述幾個(gè)步驟，之后就可以具體地對(duì)卡片進(jìn)行相應(yīng) 的讀、寫(xiě)、增值、減值、重儲(chǔ)和傳送等操作。 單片機(jī)主程序設(shè)計(jì) 對(duì)單片機(jī)主程序的功能要求為：能實(shí)時(shí)讀卡；對(duì)射頻模塊的輸出數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行正確的解碼；對(duì)卡內(nèi)數(shù)據(jù)操作正確無(wú)誤，計(jì)算準(zhǔn)確；能實(shí)時(shí)響應(yīng)中斷。本設(shè)計(jì)已達(dá)到上述要求，單片機(jī)主程序流程圖如圖 32所示。 鍵盤(pán)功能處理程序設(shè)計(jì) 鍵盤(pán)功能設(shè)置 33 本設(shè)計(jì)采用有 16按鍵的編碼鍵盤(pán)，鍵盤(pán)設(shè)有 0到 9共十個(gè)數(shù)字鍵，一個(gè)小數(shù)點(diǎn)鍵，設(shè)置初始金額、增加金額、設(shè)定計(jì)費(fèi)單位等三個(gè)功能鍵，以及確認(rèn)和取消兩個(gè)操作鍵。鍵盤(pán)布局如圖 33所示 圖 32 單片機(jī)主程序 流程圖 34 圖 33 鍵盤(pán)功能圖 鍵盤(pán)功能處理主程序 鍵盤(pán)功能處理的要求為：若先按下的鍵為數(shù)字鍵、小數(shù)點(diǎn)鍵、確認(rèn)鍵或取消鍵，視為無(wú)效操作，直接返回主程序 。若為三個(gè)功能鍵之一，則進(jìn)入相應(yīng)的功能子程序。鍵盤(pán)功能處理主程序的流程圖見(jiàn)圖 34所示。 圖 34 鍵盤(pán)功能處理主程序流程圖 0 1 2 3 4 5 6 7 8 設(shè)置初 始金額 小數(shù)點(diǎn) 9 改動(dòng)商品價(jià)格 付費(fèi)后價(jià) 格清零 確認(rèn) 取消 35 設(shè)置初始金額功能子程序 設(shè)置初始金額功能字程序模擬實(shí)際應(yīng)用中的售卡應(yīng)用而設(shè)計(jì)，要求電路能進(jìn)入設(shè)置初始金額狀態(tài)，在該狀態(tài)下能不斷地設(shè)置各卡內(nèi)地初始金額且不 改變卡內(nèi)的其它數(shù)據(jù)，以實(shí)現(xiàn)將大量的卡的金額設(shè)置為一個(gè)初始值。實(shí)現(xiàn)該功能的子程序的流程圖見(jiàn)圖 35所示 。 圖 35 設(shè)置初始金額功能子程序流程圖 改動(dòng)商品價(jià)格功能子程序 改動(dòng)商品價(jià)格 功能，即商品價(jià)格浮動(dòng)則對(duì)商品價(jià)位重新定價(jià)。 36 實(shí)現(xiàn)該功能的子程序的流程圖見(jiàn)圖 36所示。 圖 36 增加金額功能子程序流程圖 Y Y 鍵值等于 12 顯示初始金額 讀卡 讀到卡 卡內(nèi)金額清零 延時(shí) 重新設(shè)定商品價(jià)格 寫(xiě)卡 成功則短鳴提示 確認(rèn)或取消鍵是否按下 退出 N N 37 設(shè)定計(jì)費(fèi)單位功能子程序 設(shè)定計(jì)費(fèi)單位，要求能通過(guò)鍵盤(pán)動(dòng)態(tài)改變計(jì)費(fèi)單位，精確到小數(shù)點(diǎn)后一位。實(shí)現(xiàn)該功能的子程序的流程圖見(jiàn)圖 37所示。 圖 37 設(shè)定計(jì)費(fèi)單位功能子程序流程圖 38 第四章 射頻卡系統(tǒng)的安全性分析 射頻卡是信息化的體現(xiàn)，信息化進(jìn)程中最重要的就是安全問(wèn)題。射頻卡系統(tǒng)由硬件和軟件兩部分組成，兩個(gè)部分的相應(yīng)安全機(jī)制共同作用，才能最大限度的保證系統(tǒng)的信息安全。 硬件安全性分析 硬件安全性方面，我們主要需要重視的是射頻卡片 的安全。本論文中使用的RITRPW4FF射頻卡采用先進(jìn)的芯片制造工藝制作，內(nèi)建有高速的 CMOS EEPROM和 MCU，卡片上除了 IC微晶片及一副高效率天線(xiàn)外，無(wú)任何其它元件。 RITRPW4FF射頻卡內(nèi)部硬件結(jié)構(gòu)由微處理器（ CPU）及加密邏輯、內(nèi)存（ RAM）、程序區(qū)（ ROM）、數(shù)據(jù)區(qū)（ EEPROM）及通訊端口（ I/O）五部分組成，是一個(gè)相當(dāng)完整的微機(jī)安全體系。用戶(hù)數(shù)據(jù)放在被加密邏輯保護(hù)的 EEPROM中， COS掩膜在 ROM中，以保證代碼安全。在操作卡片過(guò)程中，過(guò)程密鑰被生成后放在 RAM空間中，并且一些臨 時(shí)數(shù)據(jù)也將保存在 RAM中，掉電后自動(dòng)丟失，保證其安全性。 RITRPW4FF卡用的 IC是一種集成電路芯片，但決不是一般意義上的集成電路芯片。它的安全性是射頻卡安全性的基礎(chǔ)，在芯片的設(shè)計(jì)階段就提供了完善的安全保護(hù)措施。這些保護(hù)措施是基于對(duì)射頻卡用芯片可能進(jìn)行的物理攻擊（探測(cè)）進(jìn)行全面的分析后采取的有效防御方法。 典型的探測(cè)方法有：通過(guò)掃描電子顯微鏡對(duì)存儲(chǔ)器或芯片內(nèi)部其它邏輯，直接進(jìn)行分析讀?。煌ㄟ^(guò)測(cè)試探頭讀取存儲(chǔ)器內(nèi)容；通過(guò)從外部無(wú)法獲取的接口（例如廠家測(cè)試點(diǎn)）直接對(duì)存儲(chǔ)器或處理器進(jìn)行直接數(shù)據(jù)存?。涸偌せ?射頻卡用芯片測(cè)試功能，等等。 基于以上典型探測(cè)方法的分析，射頻卡用芯片的安全技術(shù)就要從物理上防止以上攻擊，使其受攻擊的可能性減至最小。物理保護(hù)的實(shí)施強(qiáng)度以實(shí)施物理攻擊者所耗費(fèi)的時(shí)間、精力、經(jīng)費(fèi)等無(wú)法與其獲得的效益相比作為標(biāo)準(zhǔn)。具體實(shí)施反物理攻擊的典型方法有以下幾種： 第一種方法是通過(guò)燒斷熔絲，使測(cè)試功能不可再激活（測(cè)試功能是射頻卡用芯片制造商提供的對(duì)射頻卡用芯片進(jìn)行全面檢測(cè)的功能，這一功能對(duì)射頻卡用芯片具有較大的操作性，不能激活測(cè)試功能將大大提高射頻卡用芯片的安全性）； 39 第二種方法是通過(guò)高或低電壓對(duì)射頻卡進(jìn)行 檢測(cè)；第三種方法是用低時(shí)鐘工作頻率的檢測(cè)；第四種方法是對(duì)防止地址和數(shù)據(jù)總線(xiàn)的截??；第五種方法是用邏輯實(shí)施對(duì)物理存儲(chǔ)器的保護(hù)；第六種方法是對(duì)總線(xiàn)和存儲(chǔ)器的物理保護(hù)層。 總之，不同種類(lèi)、不同應(yīng)用的射頻卡用芯片所采用的安全技術(shù)也不同。主要從兩方面來(lái)決定射頻卡用芯片所采用安全技術(shù)的級(jí)別：一是性能價(jià)格比，二是相對(duì)安全性。 與卡片相比，射頻卡系統(tǒng)的其它方面硬件的安全性比較容易保證。其原因是除卡片以外的設(shè)備不會(huì)長(zhǎng)時(shí)間處于無(wú)人監(jiān)視的狀態(tài)，只要做好封裝和受損報(bào)警裝置，就可以在很大程度上確保其不受攻擊。但設(shè)計(jì)各硬件設(shè)備時(shí)，還需 要注意的是核心器件的防攻擊能力要高，密鑰等重要數(shù)據(jù)不在本地讀卡終端設(shè)備上存儲(chǔ)，應(yīng)該以密文的形式存儲(chǔ)于卡片上。 軟件安全性分析 1. 射頻卡操作系統(tǒng)的安全性 COS控制著射頻卡內(nèi)部各硬件。它有一套安全體系，確保對(duì)卡片的操作是合法、安全的。從功能上看， COS可以分為四個(gè)模塊：通訊管理，命令解釋?zhuān)募芾砗桶踩芾?。安全管理模塊沒(méi)有單獨(dú)的程序代碼塊，而是滲透到其它模塊之中，主要完成保密通訊、階段化管理、外部認(rèn)證、狀態(tài)機(jī)制、密鑰管理等功能。