兼容M1的CPU卡嵌入式软件系统的研究与实现

发布时间：2017-10-19 11:09

  本文关键词：兼容M1的CPU卡嵌入式软件系统的研究与实现

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【摘要】：IC卡作为处理器和信息存储技术在微缩化方向发展取得的结晶，广泛应用于社会的各行各业。其中CPU卡以其安全性高的特点在金融支付领域得到迅速发展，M1卡以其交易速度快，通信稳定而在低端RFID市场需求旺盛。为了适应不同市场需求，北京市嵌入式系统重点实验室自主研发设计了一款兼容M1的CPU卡芯片。 本论文参与设计了北京市嵌入式实验室研发的BES2416V10芯片，该芯片可以工作在M1卡状态或CPU卡状态。根据硬件特点，实现了可以进行模式切换和程序下载的CPU卡固件系统。同时针对M1模式应用开发了兼容M1的COS系统，针对CPU卡模式开发了电子油票应用，其中电子油票应用已经进入商业试用阶段。 论文根据嵌入式系统设计思想，以M1卡规范和CPU卡相关协议为理论基础，包括ISO/IEC7816、ISO/IEC14443等国际标准和中国金融集成电路（IC）卡规范2.0、中国石化加油集成电路（IC）卡应用规范等国内标准，结合BES2416V10芯片硬件平台，采用C51和A51开发语言，使用KEIL集成开发环境，对系统进行优化设计与实现。并利用实验室开发的读卡器设备和第三方专业测试平台对系统进行测试。 在固件系统的实现中，主要增加了参数配置设计，实现了以软件方式对模拟电路运行参数、数字电路运行模式和软件运行状态的选择配置；增加了下载安全认证设计，为COS提供安全保障，避免了对程序的未授权篡改；完善了补丁机制设计，为固件代码的修改和升级提供了基础。 在COS系统的实现上，创新性的以软件的方式实现了M1卡应用指令的解析处理。并在eflash存储上设计了高效的乒乓备份机制，实现了标准M1卡针对EEPROM所设计的文件组织结构。针对CPU卡模式，主要设计了一种循环擦写备份机制，减少写数据时擦除次数，缩短交易时间，同时保证数据存储的可靠性。 系统实现后在实验室进行了功能性的交易流程正常异常测试，性能上的防掉电稳定性测试等，并通过了第三方机构北京握奇、深圳明华的应用测试，，其中电子油票应用与深圳明华进行合作已经交付用户进行小量试用。 本文提出的CPU卡嵌入式软件系统的设计是在实际工程项目中提出的，并得到实际应用的验证。其中很多设计理念和实现思路对嵌入式软件系统设计具有一定的参考价值和借鉴意义。
【关键词】：M1卡 CPU卡 固件 COS
【学位授予单位】：北京工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TP332
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-16
• 1.1 智能卡简介10
• 1.1.1 智能卡的概念10
• 1.1.2 智能卡的历史10
• 1.2 国内外研究现状10-12
• 1.3 课题来源与研究意义12-13
• 1.4 主要研究内容及论文结构13-16
• 第2章 M1 卡和 CPU 卡基础研究16-32
• 2.1 M1 卡简介16
• 2.2 M1 卡的基础研究16-23
• 2.2.1 概述16-17
• 2.2.2 存储器组织17-19
• 2.2.3 交易命令19-23
• 2.3 CPU 卡简介23
• 2.4 CPU 卡技术规范23-25
• 2.5 CPU 卡的基础研究25-30
• 2.5.1 生命周期25
• 2.5.2 传输协议25-27
• 2.5.3 文件结构27
• 2.5.4 电子油票应用27-29
• 2.5.5 操作系统29-30
• 2.6 本章小结30-32
• 第3章 软件系统架构设计32-40
• 3.1 系统需求分析32
• 3.2 软硬件系统的分工32-34
• 3.3 软件系统结构分析34-38
• 3.3.1 软件系统的分工34-36
• 3.3.2 固件系统设计36-37
• 3.3.3 COS 系统设计37-38
• 3.4 本章小结38-40
• 第4章 固件系统的实现40-54
• 4.1 固件模块实现40-45
• 4.1.1 初始化模块40
• 4.1.2 参数配置模块40-41
• 4.1.3 M1 卡初始化模块41-42
• 4.1.4 安全认证模块42-43
• 4.1.5 下载调试模块43-44
• 4.1.6 硬件驱动模块44-45
• 4.2 固件补丁机制45-48
• 4.2.1 补丁机制在固件中的作用45
• 4.2.2 补丁机制的设计实现45-48
• 4.3 固件系统流程48-51
• 4.4 测试51-53
• 4.4.1 测试环境51-52
• 4.4.2 测试结果52-53
• 4.5 本章小结53-54
• 第5章 COS 系统的实现54-76
• 5.1 COS 系统流程54-56
• 5.1.1 M1 卡模式54-55
• 5.1.2 CPU 模式55-56
• 5.2 初始化及通信管理56-58
• 5.3 命令解释58-65
• 5.3.1 M1 卡应用58-60
• 5.3.2 CPU 卡模式的电子油票应用60-65
• 5.4 安全管理65
• 5.5 文件系统65-71
• 5.5.1 M1 的文件系统实现66-69
• 5.5.2 CPU 卡的文件系统实现69-71
• 5.6 测试71-75
• 5.6.1 测试环境71-72
• 5.6.2 掉电测试72-73
• 5.6.3 其他测试结果73-75
• 5.6.4 客户测试反馈75
• 5.7 本章小结75-76
• 结论76-78
• 参考文献78-80
• 攻读硕士期间所发表的学术论文80-82
• 致谢82

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前6条

1 甘志伟,利坚;对Mifare 1非接触式IC智能射频卡的技术探讨[J];华南金融电脑;2001年10期

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3 马秀丽;MIFARE 1非接触式IC卡的技术特点及应用浅析[J];金卡工程;2005年02期

4 唐业;张申生;;多应用智能卡的空间和时间优化[J];计算机应用与软件;2007年07期

5 吴永祥;;射频识别(RFID)技术研究现状及发展展望[J];微计算机信息;2006年32期

6 张李静;张秋燕;;智能卡COS芯片层模块设计与测试方案研究[J];现代电子技术;2009年04期

本文编号：1060746