IC卡接口芯片TDA8007的讀寫器設計

時間：2024-09-17 14:08:44 理工畢業論文

摘要：闡述T=0傳輸協議，給出IC卡讀寫器中使用的IC卡APDU指令流程和原理框圖；重點介紹其中的IC卡接口芯片Philips的TDA8007，給出通過TDA8007對CPU IC卡上下電過程、具體程序及TDA8007使用中應注意的問題。

IC卡（Integrated Circuit card）即集成電路卡，是將一個集成電路芯片鑲嵌于朔料基片中，封裝成卡的形式，外形與常用的覆蓋磁條的磁卡相似。IC卡芯片具有寫入和存儲數據的能力。IC卡存儲器中的內容根據需要可以有條件地供外部讀取，或供內部信息處理和判定。根據卡中所鑲嵌的集成電路的不同，可以分成存儲器卡、邏輯加密卡、CPU卡三類。其中CPU卡即為由中央處理器CPU、EEPROM、隨機存儲器RAM以及固化在只讀存儲器ROM中的片內操作系統COS（Chip Operation System）組成的IC卡。IC卡按與外界數據傳送的形式來分，有接觸式和非接觸式兩種。

圖1 T=0的CPU卡APDU指令實現流程

1 CPU IC卡T=0的協議介紹

目前大多數CPU IC卡采用T=0模式。所謂T=0，即CPU IC卡與接口設備（即讀寫器）中數據傳輸方式為異步半雙工字符傳輸模式。

從T=0協議的功能出發，該協議的實現可以分為物理層、數據鏈路層、終端傳輸層和應用層。其中物理層和數據鏈路層可以具體參看ISO7816標準。在T=0協議應用，終端傳輸層和應用層實際上是不易分割來說明的，下面簡單說明。

終端傳輸層根據卡片返回的過程字符和狀態字節執行相應的操作，使讀寫器對數據的處理過程明朗清晰。卡片返回的過程字節和狀態字節跟應用層發送給卡的APDU（Application Protocol Data Unit，應用協議數據單元）和VPP使用等有關。表1為VPP未用時的終端傳輸層中返回的過程字節。

表1

字節值

結果

ACKINSVPP空閑，所有其余的數據字節相繼續被傳送INS 'FF'VPP空閑，下一個數據字節隨后被傳送SW1SW2VPP空閑，接口設備等待SW2字節

應用層即為由CLA、INS、P1、P2、P3作為命令頭組成的命令消息體的APDU響應和應答處理層。其中CLA為指令類別，INS為指令碼，P1、P2為參數，P3為根據APDU的不同格式為發送給卡的數據長度或期望響應的數據長度。APDU的幾種情況如表2所列。

表2

命令頭發送數據長度發送的數據期望應答的數據長度通用APDUCLA INS P1 PLCDataLE情況一CLA INS P1 P　　　情況二CLA INS P1 P　　LE情況三CLA INS P1 PLCData　情況四CLA INS P1 P2LCDataLE

CPU卡對接口設備（即讀寫器）的應答APDU情況如表3所列。

表3

體尾數據DataSW1 SW2

其中體中的數據字節數由命令APDU中的LE指出；SW1、SW2是必備的，可以指明命令APDU執行正確或執行出錯的錯誤類型。

2 基于T=0傳輸協議的CPU IC的APDU指令流程

根據目前CPU卡的常用T=0協議、自帶編程升壓電路的應用情況，以及本讀寫器接收IC卡數據報文直接發送PC機處理的特點，本讀寫器可行的APDU命令和響應的處理流程如圖1所示。

3 讀寫器的硬件組成

讀寫器的硬件部分主要由IC接口管理芯片TDA8007、MCUAT89C52、外部數據存儲器W24257S、串口電平轉換芯片MAX3226、安全IC卡座（即SAM卡座）、應用IC卡座、鍵盤口供電的串口通信線及其它相關元器件組成。

圖2所示為通過PC機控制管理的外置于PC機的接觸式CPU IC卡讀寫器。通過定制的數據線，該讀寫器的5V直流電源可直接由鍵盤口提供，同時數據線還負責PC機與讀寫器的串行數據交換。在大部分IC卡讀寫應用中，都涉及到IC卡的認證和數據讀寫的國解密問題，所以本讀寫器除了提供一個供用戶使用的IC卡接口卡座外，還內置了一個SAM卡，即安全IC卡卡座，以方便安裝SAM卡，保證應用IC卡讀寫時的數據安全，保護用戶的利益。

硬件的其它組成部分，如處理器，目前采用Atmel的89C52。其4KB的Flash程序存儲器可以滿足讀寫器的程序空間需要。由于PC機與89C52、89C52與TDA8007的數據交換要求的暫存數據空間比較大，89C52提供的256字節不夠，需外加一片數據存儲器。本讀寫器中使用的是華邦的W24257S。其有32KB存儲容量，IC接口部分的主要芯片為Philips的TDA8007。

4 IC卡接口芯片應用

下面介紹一下TDA8007及其應用。TDA8007的原理結構如圖3所示。

TDA8007芯片能夠提供兩個能同時滿足ISO7816標準及EMV和GSM11-11標準的IC卡讀寫接口。在本讀寫器中，一個用于與應用IC通信，另一個用于與安全IC卡通信。與上文CPU卡的觸點圖相對應，CLKi、RSTi、VCCi、I/Oi、GNDCi、PRESi、C4i、C8i（其中i=1,2；C4i、C8i未用；PRESi可用于檢測IC卡是否插入。具體應用可參看TDA8007的技術文檔）都直接由TDA8007提供給IC卡接口相連，MCU只需通過其接口控制并行通信來管理TDA8007，便可實現對IC卡的上電、下電及讀寫數據處理。其中，微處理器既

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