《《IC卡接口芯片TDA8007的读写器设计》.pdf

IC 卡接口芯片 TDA8007 的读写器设计 作者： 罗勇进 路林吉 2004-5-20 摘要： 阐述 T=0 传输协议，给出 IC 卡读写器中使用的 IC 卡 APDU 指令流程和原理框图；重点介绍其中的 IC 卡接口芯片 Philips 的TDA8007，给出通过 TDA8007 对 CPU IC 卡上下电过程、具体程序及 TDA8007 使用 中应注意的问题。 IC 卡（Integrated Circuit card ）即集成电路卡，是将一个集成电路芯片镶嵌于朔料基片中，封装成卡的 形式，外形与常用的覆盖磁条的磁卡相似。IC 卡芯片具有写入和存储数据的能力。IC 卡存储器中的内容根 据需要可以有条件地供外部读取，或供内部信息处理和判定。根据卡中所镶嵌的集成电路的不同，可以分 成存储器卡、逻辑加密卡、CPU 卡三类。其中 CPU 卡即为由中央处理器 CPU、EEPROM 、随机存储器RAM 以及固化在只读存储器ROM 中的片内操作系统COS （Chip Operation System ）组成的IC 卡。IC 卡按与外 界数据传送的形式来分，有接触式和非接触式两种。 图 1 T=0 的CPU 卡 APDU 指令实现流程 1 CPU IC 卡 T=0 的协议介绍 目前大多数CPU IC 卡采用 T=0 模式。所谓T=0，即 CPU IC 卡与接口设备（即读写器）中数据传输方式为 异步半双工字符传输模式。 从 T=0 协议的功能出发，该协议的实现可以分为物理层、数据链路层、终端传输层和应用层。其中物 理层和数据链路层可以具体参看 ISO7816 标准。在 T=0 协议应用，终端传输层和应用层实际上是不易分割 来说明的，下面简单说明。 终端传输层根据卡片返回的过程字符和状态字节执行相应的操作，使读写器对数据的处理过程明朗清 晰。卡片返回的过程字节和状态字节跟应用层发送给卡的 APDU （Application Protocol Data Unit ，应用协议 数据单元）和 VPP 使用等有关。表 1 为 VPP 未用时的终端传输层中返回的过程字节。 Table1 应用层即为由 CLA、INS、P1 、P2 、P3 作为命令头组成的命令消息体的 APDU 响应和应答处理层。其中 CLA 为指令类别，INS 为指令码，P1 、P2 为参数，P3 为根据 APDU 的不同格式为发送给卡的数据长度或 期望响应的数据长度。APDU 的几种情况如表2 所列。 表 2 CPU 卡对接口设备（即读写器）的应答 APDU 情况如表 3 所列。 表 3 其中体中的数据字节数由命令 APDU 中的LE 指出；SW1、SW2 是必备的，可以指明命令 APDU 执行正确 或执行出错的错误类型。 2 基于 T=0 传输协议的 CPU IC 的APDU 指令流程 根据目前 CPU 卡的常用 T=0 协议、自带编程升压电路的应用情况，以及本读写器接收 IC 卡数据报文 直接发送 PC 机处理的特点，本读写器可行的 APDU 命令和响应的处理流程如图 1 所示。 3 读写器的硬件组成 读写器的硬件部分主要由 IC 接口管理芯片 TDA8007 、MCUAT89C52 、外部数据存储器W24257S 、串 口电平转换芯片MAX3226 、安全 IC 卡座（即 SAM 卡座）、应用 IC 卡座、键盘口供电的串口通信线及其 它相关元器件组成。 图 2 所示为通过 PC 机控制管理的外置于 PC 机的接触式 CPU IC 卡读写器。通过定制的数据线，该读 写器的 5V 直流电源可直接由键盘口提供，同时数据线还负责 PC 机与读写器的串行数据交换。在大部分 IC 卡读写应用中，都涉及到 IC 卡的认证和数据读写的国解密问题，所以本读写器除了提供一个供用户使用的 IC 卡接口卡座外，还内置了一个 SAM 卡，即安全 IC 卡卡座，以方便安装 SAM 卡，保证应用 IC 卡读写时 的数据安全，保护用户的利益。 硬件的其它组成部分，如处理器，目前采用 Atmel 的 89C52。其4KB 的 Flash 程序存储器可以满足读写器 的程序空间需要。由于PC 机与 89C52、89C52 与 TDA8007 的数据交换要求的暂存数据空间比较大，89C52 提供的 25