【正文】 的讀寫操作。l A0、AA2：器件地址輸入端。l SDA：串行數(shù)據(jù)/地址線。圖35 AT24C02管腳圖l SCL：串行時(shí)鐘輸入線。當(dāng)IC卡插入系統(tǒng)時(shí)，卡內(nèi)的關(guān)鍵數(shù)據(jù)將存儲在AT24C02芯片中，從而實(shí)現(xiàn)了重要數(shù)據(jù)的備份，提高了讀寫器的可靠性與穩(wěn)定性。因此，本系統(tǒng)選用美國Microchip公司生產(chǎn)的AT24C02芯片，不但能最大限度地利用其容量，且不用地址譯碼，不占用外存空間。工程上常用的E178。 存儲芯片的選擇在此讀寫系統(tǒng)中，單片機(jī)必須擴(kuò)展片外E178。如果數(shù)據(jù)比較結(jié)果不一致，則保護(hù)字位的寫操作將被禁止。在確認(rèn)一致的情況下，保護(hù)字位被寫0。該命令的執(zhí)行時(shí)間和所需的時(shí)鐘脈沖與修改主存儲器的情況相同。在處理模式期間，可能有幾種情況：——擦除和寫入至少需要5ms——只寫入不擦除，——只擦除不寫入，l 修改加密存儲器:該命令是根據(jù)所傳送的字節(jié)數(shù)和要修改的數(shù)據(jù)，將加密存儲器中相應(yīng)字節(jié)的內(nèi)容進(jìn)行修改。l 修改主存儲器:該命令就是根據(jù)所傳送地址字節(jié)數(shù)據(jù)，尋址主存儲器的EEPROM字節(jié)，然后修改字節(jié)內(nèi)容。其后再附加一個(gè)時(shí)鐘脈沖將I/O線置成高狀態(tài)。l 讀加密存儲器:該命令類似于讀保護(hù)存儲器那樣，可以讀出4個(gè)字節(jié)的加密存儲器的內(nèi)容。最后一個(gè)附加時(shí)鐘將I/O線置為H狀態(tài)。對主存儲器做讀操作不受限制。在該命令輸入以后，接口設(shè)備IFD必須提供足夠的時(shí)鐘脈沖。對于每個(gè)字節(jié)來說總是從最低位開始讀出。SLE4442芯片具有七種命令，其格式和功能見下表32表32命令格式及功能字節(jié)1（控制）字節(jié)2（地址）字節(jié)3（數(shù)據(jù)）功能命令模式30H38 H34 H3B H31 H39 H33 H地址數(shù)地址數(shù)無效地址數(shù)無效地址數(shù)地址數(shù)無效輸入數(shù)據(jù)無效輸入數(shù)據(jù)無效輸入數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)讀存儲器修改存儲器讀保護(hù)存儲器寫保護(hù)存儲器讀加密存儲器修改加密存儲器比較校驗(yàn)數(shù)據(jù)輸出數(shù)據(jù)模式處理模式輸出數(shù)據(jù)模式處理模式輸出數(shù)據(jù)模式處理模式處理模式2)有關(guān)命令的說明:l 讀主存儲器:該命令是指讀出主存儲器的內(nèi)容?？刂谱止?jié)傳送完畢以后，依次傳送地址字節(jié)和數(shù)據(jù)字節(jié)，傳送順序均從各字節(jié)最低位開始。圖34處理數(shù)據(jù)模式的時(shí)序關(guān)系 芯片的操作命令 1)命令的格式:每條命令包含三個(gè)字節(jié)，其順序如下:MSB控制字 LSBMSB地址字 LSBMSB數(shù)據(jù)字 LSBB7 B6 B5 B4 B3 B2 B1 B0A7 A6A5 A4 A3 A2 A1 A0D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1D0命令的傳送總是從控制字節(jié)開始。此后芯片在內(nèi)部連續(xù)計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)，直到第N個(gè)時(shí)鐘脈沖之后的附加時(shí)鐘脈沖的下降沿I/O線被再次置高，完成芯片的處理過程。圖34為處理數(shù)據(jù)模式的時(shí)序關(guān)系。在輸出數(shù)據(jù)期間，任何“啟動(dòng)狀態(tài)”和“停止?fàn)顟B(tài)”均被屏蔽掉。其輸出的順序是從每個(gè)字節(jié)的最低位開始。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АD32命令模式的時(shí)序關(guān)系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)傳送給外部接口設(shè)備的一種操作。停止?fàn)顟B(tài):在CLK為H狀態(tài)期間，I/O線的上升沿為停止?fàn)顟B(tài)。圖32為命令模式時(shí)序關(guān)系。整個(gè)命令包括三個(gè)字節(jié)(命令含義后面解釋)。圖31芯片復(fù)位及復(fù)位響應(yīng)的時(shí)序關(guān)系2)命令模式:復(fù)位響應(yīng)之后，芯片等待著命令。圖31為芯片復(fù)位即復(fù)位響應(yīng)的時(shí)序關(guān)系。若連續(xù)輸入32個(gè)時(shí)鐘脈沖，主存儲器中的前4個(gè)字節(jié)地址單元中的內(nèi)容被讀出。在操作期間的任何時(shí)候都可以復(fù)位。I/O線上數(shù)據(jù)變化只在CLK信號的下降沿才有效。只有當(dāng)“比較”成功，加密存儲器各字節(jié)內(nèi)容才可以進(jìn)行讀出、寫入和擦除。值得注意的是:這3個(gè)字節(jié)的內(nèi)容在PSC比較成功前是不可讀的，只能進(jìn)行比較操作。加密存儲器的第1,2,3字節(jié)為“參照字”存儲區(qū)。只要計(jì)數(shù)器的內(nèi)容不全為0，則芯片的比較“校驗(yàn)字”操作還允許進(jìn)行。如果比較結(jié)果一致，密碼錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器將允許進(jìn)行擦除操作(芯片不能自動(dòng)進(jìn)行擦除操作)，同時(shí)打開主存儲器、保護(hù)存儲器和加密存儲器，并允許進(jìn)行擦除和寫入操作。每次比較密碼時(shí)，先判斷計(jì)數(shù)器中是否還有“1”。在芯片初始化時(shí)，計(jì)數(shù)器設(shè)置成111。在這個(gè)存儲器中，第0字節(jié)為“密碼輸入錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器”(EC)。如果比較不成功，則控制邏輯將閉鎖保護(hù)存儲器。但對其寫入操作仍然受到加密存儲器比較校驗(yàn)操作結(jié)果的控制。從使用方面來講，如果需要防止一些固定的標(biāo)識參數(shù)被改動(dòng)，可以將這類參數(shù)先寫入主存儲器的保護(hù)存儲區(qū)，然后將對應(yīng)單元的保護(hù)存儲器的字位寫位“0”，從而使這一部分單元中的參數(shù)內(nèi)容永遠(yuǎn)不可更改。從控制方面來說，保護(hù)存儲器的內(nèi)容只能從“1寫成“0”而不能從“0”擦除成“1”。因此可以理解為每個(gè)字節(jié)單元的控制熔絲。它是按字位方式尋址和寫入。芯片中各存儲器的內(nèi)容不能再改變。如果在連續(xù)三次比較失敗之后，芯片的錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)到“0”，并將鎖死主存儲器，禁止隨后的任何比較操作和寫入擦除操作。只有當(dāng)兩者完全一致時(shí)，芯片的加密控制邏輯才打開芯片的主存儲器，允許后面的擦除和寫入操作。當(dāng)需要修改應(yīng)用數(shù)據(jù)區(qū)的內(nèi)容時(shí)，必須首先輸入一個(gè)3字節(jié)長的“校驗(yàn)字”。應(yīng)用數(shù)據(jù)區(qū)為主存儲器后224個(gè)字節(jié)。當(dāng)保護(hù)存儲器中第N位為0時(shí)，則對應(yīng)主存儲器中第N個(gè)字節(jié)就不允許進(jìn)行擦除和寫入操作。但主存儲器可分為兩個(gè)數(shù)據(jù)區(qū):保護(hù)數(shù)據(jù)區(qū)和應(yīng)用數(shù)據(jù)區(qū)，保護(hù)數(shù)據(jù)區(qū)是主存儲器前32個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)區(qū)。反之亦然，在被尋址的字節(jié)中，如果沒有一個(gè)字節(jié)需要從1變?yōu)?，則可以不做寫入處理。通常，要改變一個(gè)數(shù)據(jù)需要先進(jìn)行擦除再進(jìn)行寫入兩項(xiàng)操作。在擦除時(shí)，一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)的所有8位被全部置“1”。1)主存儲器:主存儲器為可重復(fù)擦除使用的EEPROM型存儲器。 芯片特點(diǎn)l 面向字節(jié)尋址；l 采用多存儲器結(jié)構(gòu)：主存儲器、保護(hù)型存儲器、加密存儲器；l 線連接協(xié)議，觸點(diǎn)和串行接口滿足ISO7816同步傳送協(xié)議；l 芯片采用NMOS工藝技術(shù)，每字節(jié)的擦除/；l 復(fù)位響應(yīng)（ATR）符合ISO/IEC78163協(xié)議；l 存儲器采用至少10 000次的擦除/寫入周期，數(shù)據(jù)保持時(shí)間至少為10年；l 額外特性：數(shù)據(jù)僅能在正確輸入24位可編程安全碼（安全存儲器）之后才能改變。內(nèi)部電壓提升電路保證了芯片能夠以單5V電壓供電，較大的存儲器容量能夠滿足應(yīng)用領(lǐng)域的各種要求。SLE4442是由德國西門子公司設(shè)計(jì)的邏輯加密存儲卡。本節(jié)介紹IC卡的一些基本知識，使讀者對IC卡有一個(gè)大概的了解。 IC卡芯片選擇IC卡是集成電路卡(IntegratedC ircuit Card)的簡稱，有些國家和地區(qū)稱之為微芯片卡(Microchip card)或微電路卡(Microcircuit Card)。正常操作狀態(tài)下Vpp的電特性如表24所示:表24正常操作條件狀態(tài)下Vpp的電特性符號條件最小值最大值單位VPPIPP空閑狀態(tài)VCCVCC20VmAVPPIPP編程狀態(tài)PP1VMa卡向接口設(shè)備提供P和I值（默認(rèn)值：P=5，I=50）電壓上升或下降時(shí)間:200us(最大值)，Vpp變化速率不超過2V/。一般IC卡不從Vpp取得電壓，而由卡內(nèi)升壓電路提供編程和擦除所需電壓。Vpp有兩種狀態(tài)，空閑狀態(tài)和激活狀態(tài)。COUT=30pF0VCC1VuS以上測試 I/~VCC+，接口設(shè)備工作時(shí)，流入卡的電流不應(yīng)超過500uA。在操作期間，卡與接口設(shè)備不能同時(shí)處于發(fā)送方式。當(dāng)卡和接收設(shè)備均處在接收方式時(shí)，I/O處于Z狀態(tài)，也可被發(fā)送方規(guī)定為Z狀態(tài):A狀態(tài)可由發(fā)送方規(guī)定。表22正常操作條件下VCC的電特性符號條件最小值最大值單位VCCA類VB類ICCA類，在最大允許頻率60mAB類，在最大允許頻率50時(shí)鐘停止2) I/O觸點(diǎn): I/O觸點(diǎn)用于數(shù)據(jù)交換的輸入(接收方式)或輸出(發(fā)送方式)。 B類卡VCC上電壓值為3V，一般情況下的我們多使用A類卡。當(dāng)滿足下列條件時(shí)，定義電路為不工作狀態(tài):觸點(diǎn)相對于GND的電壓保持在OV0AV之間，且流向接口設(shè)備的電流小于1mA。測量的環(huán)境溫度在0攝氏度~50攝氏度范圍內(nèi)。每個(gè)觸點(diǎn)的功能見表21：表21 IC卡觸點(diǎn)的功能觸點(diǎn)編號功能觸點(diǎn)編號功能C1VＣＣ（電源電壓）C5GND(地)C2RST(復(fù)位信號)C6VPP(編程電壓)C3CLK(時(shí)鐘信號)C7I/O(輸入/輸出端)C4ISO/IEC JTC1/SC17保留使用C8ISO/IEC JTC1/SC17保留使用 ISO78163中規(guī)定的各觸點(diǎn)電壓和電流值先介紹ISO78163中規(guī)定的觸點(diǎn)電壓和電流值。圖21引腳配置圖22 觸點(diǎn)位置。IC卡有8個(gè)觸點(diǎn)，從C1到C8，觸點(diǎn)可安排在卡的正面和反面。 ISO78162，接觸式集成電路卡的觸點(diǎn)尺寸和位置該協(xié)議規(guī)定了ID1型集成電路卡各觸點(diǎn)的尺寸、位置和功能。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了上述各項(xiàng)測試的指標(biāo)，并要求測試后的IC卡不應(yīng)損壞或喪失功能。X光照射的劑量；觸點(diǎn)的表面輪廓；卡和觸點(diǎn)的機(jī)械強(qiáng)度；觸點(diǎn)電阻；磁條與集成電路之間的電磁干擾。 ISO7810(識別卡的物理特性)中為各種識別卡定義的物理特性適用于IC卡， ISO7813(作為金融交易卡的磁卡的格式即內(nèi)容)中對金融交易卡定義的阻燃性和外形尺寸也適用于IC卡。包括以下部分:第一部分:ISO7 8161，物理特性第二部分:ISO7 8162，觸點(diǎn)尺寸和位置第三部分:ISO7 8163，電信號和傳輸協(xié)議第四部分:ISO7 8164，行業(yè)間交換用命令第五部分:ISO7 8165，應(yīng)用標(biāo)識符的編碼系統(tǒng)和注冊系統(tǒng)第六部分:ISO7 8166，行業(yè)間數(shù)據(jù)元第七部分:ISO7 8167，關(guān)于結(jié)構(gòu)化卡詢問語言的行業(yè)間命令第八部分:ISO7 8168，與安全有關(guān)的行業(yè)fal命令第九部分:ISO7 8169，附加的行業(yè)間命令和復(fù)位應(yīng)答第十部分:ISO7 81610，用于同步卡的電信號和復(fù)位應(yīng)答由于在本課題相關(guān)的接觸型邏輯加密卡SLE4442的設(shè)計(jì)中，只涉及到ISO78162, ISO78163,所以只對這幾個(gè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行介紹，其中后兩個(gè)協(xié)議直接與讀寫器設(shè)計(jì)的細(xì)節(jié)相關(guān)，所以進(jìn)行了比較詳細(xì)的介紹。接觸式IC卡國際標(biāo)準(zhǔn)的總稱為:識別卡接觸式集成電路卡。在IC卡應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，讀寫設(shè)備對IC卡的讀寫控制的每一個(gè)環(huán)節(jié)都應(yīng)當(dāng)遵照相應(yīng)的國際標(biāo)準(zhǔn)，才能保證數(shù)據(jù)的正確讀取。預(yù)期目標(biāo)：l 實(shí)現(xiàn)用戶信息的存儲l 通過鍵盤顯示電路實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互l 實(shí)現(xiàn)卡的插入與退出識別l 實(shí)現(xiàn)偽卡的識別 擴(kuò)展目標(biāo)：l 實(shí)現(xiàn)自動(dòng)計(jì)數(shù)或計(jì)費(fèi)l 具有密碼識別功能，密碼3次錯(cuò)誤，實(shí)現(xiàn)鎖卡功能第二章 IC卡國際標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)要求由于 IC卡使用具有流動(dòng)性與全球性，建立相應(yīng)的國際標(biāo)準(zhǔn)和國家標(biāo)準(zhǔn)就顯得特別重要。設(shè)計(jì)選擇讀寫器是建立IC卡應(yīng)用系統(tǒng)的關(guān)鍵。 課題中IC卡讀寫器的設(shè)計(jì)目標(biāo)讀寫器是IC卡應(yīng)用系統(tǒng)的終端設(shè)備，只有通過讀寫設(shè)備才能和IC卡建立聯(lián)系，讀寫IC卡中的數(shù)據(jù)。如蘇博泰克的F4350/4360指紋IC卡讀寫器，具有指紋采集與IC卡讀寫的全部功能，支持多卡應(yīng)用，內(nèi)置PSAM卡接口，支持二次開發(fā)，提供多平臺驅(qū)動(dòng)程序，可將指紋信息寫入符合IS07816標(biāo)準(zhǔn)的存儲卡、CPU卡、符合ISO14443A的非接觸卡中?？蓮V泛應(yīng)用于各類消費(fèi)場所。聯(lián)網(wǎng)型采用RS485網(wǎng)或以太網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)在線式工作。2) IC卡讀寫器中使用的最新技術(shù)l 網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程控制技術(shù)使用嵌入式系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)接口，IC卡讀寫器能夠直接和Internet相連，用戶只要通過互聯(lián)網(wǎng)就可以遠(yuǎn)程控制讀寫器，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制。如珠海YD2001車載收費(fèi)機(jī)是專門為公交車收費(fèi)設(shè)計(jì)的非接觸式IC卡讀寫終端，提供乘客用卡、掛失和非法卡（黑名單卡）報(bào)警、用戶界面、程序下載等功能，很適合公交車收費(fèi)系統(tǒng)使用。l 專用型IC卡讀寫器這類讀寫器是根據(jù)特定應(yīng)用要求設(shè)計(jì)的，它只能在某一個(gè)專用領(lǐng)域使用。上海澤宇，蘇博泰克等等公司都提供這類產(chǎn)品。一般的解決辦法是采用性能更高的單片機(jī)或者使用雙CPU來組成系統(tǒng)，不同的生產(chǎn)廠家選用不同方法設(shè)計(jì)了多款脫機(jī)型通用讀寫器。脫機(jī)型通用讀寫器需要脫離上位機(jī)獨(dú)立工作，所以除了提供聯(lián)機(jī)型讀寫器的功能外，還需要提供鍵盤和顯示功能作為用戶界面，為了用戶界面的美觀，現(xiàn)在讀寫器的顯示很多都采用高分辨率的液晶顯示器。由于功能和結(jié)構(gòu)都比較簡單，一般采用單個(gè)8位通用的單片機(jī)就能實(shí)現(xiàn)，蘇博泰克的S4650型微型讀寫器，上海澤宇的ZEYU923全功能IC卡讀寫機(jī)都是這類產(chǎn)品。聯(lián)機(jī)型通用讀寫器一般只提供基本的IC卡讀寫功能，還帶有RS232串口向上位機(jī)傳輸數(shù)據(jù)以及接收上位機(jī)的控制命令，有些機(jī)型還帶有USB口。我們知道IC卡分為非接觸式和接觸式的，與其對應(yīng)的讀寫器也分為非接觸式讀寫器和接觸式讀寫器，雖然這兩種讀寫器的IC卡讀寫適配接口不同，但其他的接口和功能部件完全相同，所以在以下介紹讀寫器產(chǎn)品時(shí)，不再區(qū)別對待這兩類讀寫器。l IC卡還可集各種服務(wù)功能于一身，如企業(yè)的員工卡、校園“一卡通”等即屬此類，持卡人可以用卡進(jìn)行考勤、開門、就餐、借閱圖書等。l IC卡電話卡，又