基于單片機(jī)的IC卡讀寫方法研究

南京鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院王嘯東

基于單片機(jī)的IC卡讀寫方法研究

南京鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院王嘯東

在日常生活中，IC卡有著越來越廣泛的應(yīng)用，如小區(qū)的安保系統(tǒng)、食堂的管理系統(tǒng)等。IC卡的安全性是使用者最為關(guān)心的問題之一。本文中，筆者介紹的西門子公司生產(chǎn)IC卡為帶有保護(hù)功能和可編程密碼（PSC）的256個字節(jié)EEPROM的存儲卡SLE4442。SLE4442具有256X8位的EEPROM用戶內(nèi)存；32X1位寫保護(hù)內(nèi)存；2線制通信協(xié)議，可以按字節(jié)尋址；串行接口、觸點(diǎn)配置、復(fù)位響應(yīng)符合ISO標(biāo)準(zhǔn)7816-3；擦除和寫入的編程時間各為2.5MS等特性，滿足了IC卡應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計要求。

一、（IC）SEL4442的功能

SLE4442主存儲器的容量為256個字節(jié)，每個字節(jié)為8位。主存儲器可分為保護(hù)區(qū)和應(yīng)用區(qū)，地址單元為00H～1FH的32個字節(jié)是保護(hù)區(qū)，帶位保護(hù)功能，一旦實(shí)行保護(hù)后，被保護(hù)的單元不可擦除和改寫。保護(hù)區(qū)中沒有設(shè)置為保護(hù)狀態(tài)的字節(jié)，其使用與應(yīng)用區(qū)完全相同。

SLE4442保護(hù)區(qū)已固化的信息如下：00H～03H復(fù)位應(yīng)答信息；04H～07H芯片生產(chǎn)廠家代碼和卡型編碼；15H～1AH應(yīng)用標(biāo)識。在應(yīng)用系統(tǒng)中，根據(jù)需要，保護(hù)區(qū)既可用作存放固定信息，如發(fā)行單位編號、卡編號、批次號、發(fā)行時間、持卡人姓名、證件號碼等，也可像應(yīng)用區(qū)一樣，存放可變信息。

二、IC卡接口電路

1.復(fù)位電路。在電路上，IC卡與接口設(shè)備的連接采用I2C總線形式，支持ISO/7816-3同步傳輸協(xié)議，除去密碼區(qū)操作外，其他類似與對一般串行EEPROM的操作。對SLE4442的操作僅需3根線，即串行時鐘線CLK、復(fù)位線RST和雙向資料線I/O。3根線各自都需要通過一個上拉電阻連到電源線上。復(fù)位和復(fù)位應(yīng)答的時序如圖1所示。

上電以后，隨著CLK上的1個時鐘脈沖，當(dāng)RST由高電平到低電平時，即進(jìn)行了一次復(fù)位操作。這個操作將得到卡的應(yīng)答。隨著以后32個時鐘脈沖的輸入，I/O線上將得到相應(yīng)的32位資料，這就是從卡發(fā)送到CPU的復(fù)位應(yīng)答標(biāo)頭。

2.密碼存儲器操作。對密碼內(nèi)存的操作有三個命令：讀密碼、寫密碼和校驗(yàn)密碼。其中最主要的是校驗(yàn)密碼，密碼校驗(yàn)正確，讀/寫密碼的情況就類似與讀/寫主存儲器的操作。校驗(yàn)密碼必須嚴(yán)格按圖的程序框圖進(jìn)行，任何改變都會導(dǎo)致失敗，達(dá)不到改寫卡中資料的目的，還可能引起EC位從“1”變?yōu)椤?”。在程序返回前，如校驗(yàn)不成功，芯片內(nèi)部將相當(dāng)于使EC的三位右移一次，高位用0填充。

3.密碼存儲器操作記憶體操作。對主存儲器的操作有4個命令，包括了讀/寫保護(hù)區(qū)的命令。如果保護(hù)區(qū)里有被保護(hù)位，被保護(hù)的信息就不能改寫。伴隨著32個時鐘脈沖的輸入，使用讀保護(hù)區(qū)的命令可以知道32個字節(jié)中那些有被保護(hù)的位，也就能夠讀出保護(hù)區(qū)的內(nèi)容。保護(hù)區(qū)中沒帶保護(hù)位單元的操作如同對應(yīng)用區(qū)的操作一樣。

三、IC卡系統(tǒng)硬件電路

IC卡系統(tǒng)硬件電路介紹了單片機(jī)、（IC）SEL4442等硬件電路的設(shè)計（圖2）。在IC卡控制系統(tǒng)中，在對卡操作前，一般要進(jìn)行復(fù)位和復(fù)位應(yīng)答操作，有時要連續(xù)進(jìn)行兩次這樣的操作，才能得到正確的復(fù)位應(yīng)答信息。復(fù)位應(yīng)答以后，芯片等待輸入操作命令。每個命令必須由三部分組成：一個開始狀態(tài)，接著是寫入三個字節(jié)（命令字、地址、資料），再接著是一個停止?fàn)顟B(tài)。CLK在高電平時，I/O線由高到低為開始狀態(tài)；CLK在高電平時，I/O線由高到低為停止?fàn)顟B(tài)。

西門子公司的IC卡SLE4442，有著眾多的保護(hù)、密碼功能，提高了IC卡系統(tǒng)的安全性，推進(jìn)了IC卡應(yīng)用系統(tǒng)的普及速度。本文中，筆者介紹的基于單片機(jī)的IC卡讀寫方法在實(shí)際應(yīng)用中有著良好的工作效果，系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、可靠。