非接触智能卡的研究和设计

发布时间：2020-08-26 15:32

【摘要】：随着我国市场经济的发展和金融现代化,现金及各种证件被各种卡片所取代。其中智能卡是最晚出现也是最有前途的一种卡。它将取代现在广泛使用的光电卡、条码卡、磁卡的地位而成为主流。智能卡由硬件资源与芯片操作系统COS(Chip Operating System)组成,COS是智能卡的核心。因此我们有必要对硬件资源及COS系统进行研究。本文研究内容源于交通运输部科技项目:交通运输行业射频识别应用安全测试关键技术及编码体系研究。非接触智能卡(CPU卡)是IC卡的一个分支,广泛应用于交通、医疗、金融和身份识别,但CPU的一些核心技术却大量依靠国外的成熟技术,影响了CPU卡的成本控制。本文主要内容是采用苏州国芯公司开发的高性能低功耗32位微处理器ET100芯片作为主控芯片,与载波为13.56MHz的射频芯片相连接,按照国际标准IS014443和IS07816来设计CPU卡开发板和COS系统。其中CPU卡开发板由ET100芯片、射频芯片、天线、电源组成,可以满足ISO 14443中TypeA标准来和读卡器进行通信。COS系统的开发主要包括数据传输、命令解析、文件系统、安全验证四个模块,其中文件系统是COS的主要部分,文件系统的开发包括文件的初始化、文件的创建、文件的删除、文件数据获取、文件的查询、文件数据写入。命令格式遵循IS07816协议的规定。本文搭建了由CPU卡开发板、读卡器和上位机构成的测试平台。设计了 FLASH读写功能和建立不同类型结构文件模型的测试。上位机软件可以通过读卡器自由控制发送命令,并且得到CPU卡开发板的回应,方便CPU卡开发板与读卡器的通信测试。ET100芯片的软件开发环境是CodeWarrior集成开发环境,可以方便地进行COS系统的程序开发;CPU卡开发板完全遵循IS014443中TypeA协议,可以和市面上所有遵循此协议的读写设备相互通信,通过上位机软件方便地进行命令调试;.COS系统移植性高。COS系统除了部分底层硬件驱动要修改,主要的文件系统可以方便的移植。
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TN409
【图文】：

基于ＥＴ１００芯片设计且完全遵照国际标准，方便移植应用。其中微处理器核Ｃ０具有完逡逑全的自主知识产权，方便以后用Ｓ０Ｃ的设计方式来设计ＣＰＵ卡芯片。逡逑在ＣＰＵ卡的发展中，以下的功能模块渐渐成为卡的必须的组成部分，如图２－１所示。逡逑非接触ＣＰＵ卡具有加密协处理单元，能满足高安全的需求，拥有的射频模块增强了逡逑使用的灵活性，避免了物理的接触。其独立的微处理器模块可以有效地控制各个模块，逡逑使其功能更加强大。［３］逡逑「通＾ｆｉＪＩ邋｜逦加密＾ｔ理＿｜逡逑￣邋—邋ｉ邋３ＤＥＳ邋ＡＥＳ邋ＲＳＡ逦0ｔｈｅｒＳ逡逑ＩＳ０１４４４３逦逦７＼逦邋＿逡逑／逦逦邋＼邋—邋ｃ＿邋—逡逑逦ＯＣＢ邋（人ＨｌＢ，邋ＷｉｓＫＳｏｎｅ等）逦〉（ＡＲＭ，逡逑逦邋＼逦，肋５１，Ｃ０等）逡逑ＩＳ0７Ｓ１６逦ＲＡＭ邋ＲＯＭ逦ＥＥＰＲＯＭ逡逑ｉ逦：逦｜邋１１邋Ｉ邋１逦Ｉ逡逑：逦逦［逦存储器逡逑图２－１邋ＣＰＵ卡硬件模块逡逑（１）微处理器模块（ＣＰＵ核）：非接触式ＣＰＵ卡的微处理器模块，是ＣＰＵ卡芯片的逡逑核心，完成对芯片各个功能模块的控制。由于非接触ＣＰＵ卡不是依靠稳定的电源供电的，逡逑１逡逑

读卡器发出一个命令，ＣＰＵ卡发出一个应答。其中ＲＦ的能量是读卡器产生耦合到逡逑ＣＰＵ卡的射频天线的电磁场，ＲＦ场的频率为规定为１３．邋５６ＭＨＺ。逡逑协议规定了两种通讯接口，ＴｙｐｅＡ和ＴｙｐｅＢ，是两种类型的表示如图２－２所示。逡逑Ｔｙｐｅ邋Ａ逦ＴｙｐｅＢ逡逑ＡＳＫ邋１００％逦ＡＳＫ邋１０％逡逑Ｍｏｄｉｆｉｅｄ邋Ｍｉｌｉｅｒ，邋１０６ｋｂｉｔｓ逦ＮＲＺ－Ｌ邋１０５ｋｂｉｔ／ｓ逡逑ＰＣＤｔｏＰＩＣＣ逡逑０逦１逦０邋０逦１逦０逦１邋０逦０逦１逡逑．邋、：逡逑１逡逑Ｌｏａｄ邋Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ逦Ｌｏａｄ邋Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ逡逑Ｓｕｂ邋ｃａｒｒｉｅｒ邋ｆｏｌ邋６逦Ｓｕｂｃａｒｒｉｅｒ邋ｆｃ／１６逡逑００Ｋ逦ＢＰＳＫ逡逑ＰＩＣＣ邋ｔｏ邋ＰＣＤ邋Ｍａｎｃｈｅｓｔｅｒ，邋１０６ｋｂｉｔ／＇ｓ逦ＮＲＺ－Ｌ＇１０６ｋｂｉｌ／ｓ逡逑０逦１逦０逦｜邋０逦１逦０逦１０逦０逦１逡逑．．逦．逦逦邋：逦＇■邋ｒ－？逦．．．逦．逦．逦．．逦？邋■逦＞ｉ．逡逑？逦、＇七…Ｗ／？NB、邋Ｖ＇，：、＇邋：逡逑图邋２－２邋ＴｙｐｅＡ邋和邋ＴｙｐｅＢ邋类型逡逑图２－１中所举例的是二进制０１００１信息。逡逑读卡器（ＰＣＤ）到卡（ＰＩＣＣ）数据传输，如表２－２所示。逡逑表２－２读卡器到ＣＰＵ卡的传输逡逑—ＰＣＤ—＞ＰＩＣＣ邋｜邋Ａ邋型逦｜邋Ｂ邋型逡逑￣邋调制邋＾邋ＡＳＫ邋１００％逦＾邋ＡＳＫ邋１０％（健控度邋８％￣１２％）逡逑———邋位编码逦改进的Ｍｉｌｌｅｒ编码邋￣￣￣邋ＮＲＺ编码逡逑ｎａＫ逦位级同步Ｗ贞起始

面向比特的防冲突帧。逡逑短帧用于初始化通信由“通信开始（Ｓ）、ＬＳＢ传输的７个数据位、通信结束（Ｅ）邋”逡逑三部分组成，如图２－３所示。逡逑｜ＬＳＢ逦ＭＳＢ］逡逑Ｓ邋Ｉ邋ｂ１邋ｂ２邋ｂ３邋ｂ４邋ｂ５邋ｂ６邋ｂ７！邋Ｅ逡逑图２＿３短帧结构逡逑标准帧用于数据交换，由“通信开始（Ｓ）、数据部分、通信结束（Ｅ）邋”构成，逡逑其中数据部分是由ｎ多个８位数据位加上１位奇偶校验位组成，如图２－４所示，其中“Ｐ”逡逑表示奇偶校验位。逡逑ＬＳＢ逦邋ｎ＊（８邋ｄａｔａ邋ｂｉｔｓ＋ｏｄｄ邋ｐａｒｉｔｙ邋ｂｉｔ）逡逑Ｓ邋］ｂ１邋ｂ２邋ｂ３邋ｂ４邋￣ｂ５邋ｂ６邋ｂ７邋ｂ８邋ＩＰ邋ｌ邋ｂ１邋ｂ２邋ｉ）３邋ｂ６邋ｂ７邋ｂ８１邋ｐ［邋ｂ１￣邋ｂ８１ＰＩ邋Ｅ逡逑Ｊ逦１ｓｔ邋ｂｙｔｅ逦２ｎｄ邋ｂｙｔｅ逦ｎｔｈ邋ｂｙｔｅ邋ｈ逡逑１ｓｔ邋ｂｉ邋ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｄ逦ｐａｒｉｔｙ逦Ｅｎｄ邋ｏｆ邋ａｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ逡逑图２－４标准帧结构逡逑１０逡逑

【参考文献】

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本文编号：2805356