接觸式CPU卡中T=0異步半雙工字符傳輸協(xié)議的硬件實現(xiàn)
摘 要：T=0異步半雙工字符傳輸協(xié)議是接觸式IC卡國際標(biāo)準(zhǔn)ISO/IEC7816中規(guī)定的一種通信協(xié)議。本文首先分析了ISO/IEC 7816－3中對于電信號和傳輸協(xié)議的規(guī)定,在此基礎(chǔ)上介紹了T＝0異步半雙工字符傳輸協(xié)議的硬件實現(xiàn)方法。
關(guān)鍵詞：ISO/IEC 7816;異步半雙工字符傳輸協(xié)議;CPU卡
引言
CPU卡作為IC卡家族中功能最強、安全性最高的成員,已經(jīng)逐漸在各種應(yīng)用中占據(jù)主導(dǎo)地位。在ISO/IEC 7816－3中介紹了兩種通信協(xié)議：T=0和T=1通信協(xié)議。T=0是異步半雙工字符傳輸協(xié)議,T=1是異步半雙工塊傳輸協(xié)議。目前大多數(shù)接口設(shè)備都支持T=0通信協(xié)議,因此該協(xié)議應(yīng)用較為廣泛。
T=0通信協(xié)議可以通過軟件編程來實現(xiàn)。但在軟件實現(xiàn)過程中,需要通過軟件編程來控制數(shù)據(jù)收發(fā),對于實時性很強的通信處理,CPU的處理能力常常滿足不了要求,而且通信的可靠性和穩(wěn)定性也不是很理想,而硬件電路實現(xiàn)不存在上述問題。
傳輸協(xié)議描述
ISO/IEC 7816-3規(guī)定了IC卡的電氣特性和傳輸協(xié)議。包括該類卡和接口設(shè)備間的電源、電氣信號協(xié)議和信息交換協(xié)議。通信過程中,由接口設(shè)備給IC卡提供電源(Vcc),復(fù)位信號(RST)和時鐘(CLK),卡和接口設(shè)備間通過I/O端口進行串行通信。
定義I/O端口有兩種可能狀態(tài)：
傳號或高電平(狀態(tài)Z)：當(dāng)卡和接口設(shè)備均處于接收狀態(tài)時,I/O端口處于狀態(tài)Z。也可由發(fā)送方強制定義為狀態(tài)Z。
空號或低電平(狀態(tài)A)：可由發(fā)送方強制定義為狀態(tài)A。
根據(jù)T=0異步半雙工字符傳輸協(xié)議,IC卡和接口設(shè)備之間以字符為單位(簡稱字符幀)進行傳輸,采用偶校驗,每個字符由10bit組成,如圖1所示。傳輸字符幀之前,I/O線處于狀態(tài)Z,第1bit為起始位(狀態(tài)A);后面8bit為數(shù)據(jù)位D1~D8;第10bit為偶校驗位,即8位數(shù)據(jù)和奇偶校驗位中1的個數(shù)為偶數(shù)。
串行通信是按位傳送的,每位信息寬度(持續(xù)時間)定義為基本時間單位etu(elementary time unit)。在復(fù)位應(yīng)答期間的信息寬度稱為“初始etu”,它等于372個時鐘周期,即1etu = 372/f 。復(fù)位應(yīng)答后的信息寬度稱為“當(dāng)前etu”,其計算公式為：
當(dāng)前etu
其中：F是時鐘頻率變換因數(shù);D是比特率調(diào)整因數(shù);f是時鐘頻率。
硬件實現(xiàn)方案
按照上述標(biāo)準(zhǔn)實現(xiàn)的可編程串行接口系統(tǒng)如圖2所示。
可編程串行接口內(nèi)部的特殊功能寄存器有：
1. 串行接口控制/狀態(tài)寄存器SCON(復(fù)位后為00H)。
寄存器各位定義如下：
SCON[0]：接收中斷標(biāo)志位;
SCON[1]：發(fā)送中斷標(biāo)志位;
SCON[2]：發(fā)送出錯標(biāo)志位;
SCON[3]：接收出錯標(biāo)志位;
SCON[4]：允許發(fā)送標(biāo)志位;
SCON[5]：允許接收標(biāo)志位;
SCON[6]：保留;
SCON[7]：可編程串行接口允許標(biāo)志位。
SCON[4]、SCON[5]不能同時為1,否則I/O接口將處于邏輯混亂狀態(tài)。
2.串行接口數(shù)據(jù)緩沖器SBUF(復(fù)位后為00H) 。發(fā)送時,SBUF作為發(fā)送數(shù)據(jù)緩沖器,用于緩存待發(fā)的數(shù)據(jù)。接收時,SBUF作為接收數(shù)據(jù)緩沖器,用于緩存收到的數(shù)據(jù)。
3. 波特率寄存器MR、BR (復(fù)位后MR=0BH,BR=13H,串行接口工作于基本速率)。為了簡化硬件電路設(shè)計,將復(fù)位應(yīng)答信號中TA1包含的F1和D1對應(yīng)的波特率譯碼工作交由軟件完成,由軟件設(shè)置通信波特率。內(nèi)部13bit定時器根據(jù)波特率寄存器MR、BR 值( &)對CLK信號 進行分頻,以確定信息寬度。因為1etu,所以MR,BR寄存器設(shè)定為MR[7?]&BR[4?]= -1,例如,基本速率時,F＝372,D＝1,可得,設(shè)置MR＝0BH,BR=13H,即“00001011,10011”=
