關(guān)于非接觸式IC智能(射頻)卡及其讀寫設(shè)備內(nèi)核技術(shù)的研究與應(yīng)用開發(fā)(連載6)

文章出處：http://www.xujuanpiju.com 作者：張敏   人氣： 發(fā)表時(shí)間：2011年11月01日

（二） RF模塊接口電路
　　MCM與RF模塊的接口一般有如下幾個(gè)引腳來實(shí)現(xiàn)：
　　通過KOMP0與NPAUSE0可與RF0模塊相連接；
　　通過KOMP1與NPAUSE1可與RF1模塊相連接；（僅有MCM500有RF1）
　　通過RXKOMP與TXNPAUSE可與其他的級聯(lián)MCM模塊相連接；

（三） 與天線射頻接口電路
　　有二個(gè)引腳ANT和GND接口可直接與正極性天線相聯(lián)接。其間用同軸電纜。阻抗歐娒。連接長度一般應(yīng)小于50CM。
　　MCM的外部金屬屏蔽盒（僅MCM500有）必須連接到同軸電纜的外屏蔽包裹線，以使信號不能擴(kuò)散，且免受外界電磁輻射信號等的影響。
如果天線工作不正常，可用“天線調(diào)諧器”來調(diào)諧，使之能將Mifare 1卡片的有效操作距離保持在10CM/2 .5CM以上。

（四） 與電源接口電路
　　與電源的接口包括這樣幾組信號：
　　DVDD—數(shù)字電路正電源端（+5V）；
　　DGND--數(shù)字電路接地端（0V）；
　　BP　---WOM緩沖器供電（通電工作時(shí)為+5V；不通電工作時(shí)為+3V ）；
　　RFVDD—RF電路正電源端（MCM500：+12V/MCM200： +5V）；
　　RFGND-- RF電路接地端（0V）；
　　注意，RFGND和DGND有條件的話應(yīng)該分開接地，否則應(yīng)接到系統(tǒng)的接地端，并且連接線應(yīng)該具有高導(dǎo)電特性，且應(yīng)愈短愈粗愈好。　
　　MCM供電電源端與GND端必須跨接100NF的電容，這些電容應(yīng)盡可能靠近MCM，以免引起接地環(huán)路。
　　整個(gè)系統(tǒng)應(yīng)有單一電源供電，且應(yīng)穩(wěn)壓，紋波電壓小于50mv。

第三章　 ＭＣＭ 軟件編程指令

（一)指令集

　　ＭＣＭ能執(zhí)行有限的一些指令，并將這些指令傳輸?shù)組IFARE　1卡片上。
　　每一個(gè)指令包含７個(gè)獨(dú)立的步驟，程序員在編程執(zhí)行這些指令時(shí)必須小心每一個(gè)正確的（步驟）時(shí)序，這些步驟在不同的MCM指令執(zhí)行中而不一樣。以下是MCM通信基本指令集。

　　　　　　　　　　指令代碼表

　　在與MIFARE卡片進(jìn)行任何通信之前，程序員必須按照下述方法預(yù)先設(shè)置MODE寄存器：
MODE　=　 “ 1　 1　 0　 0　 0　 1　 1　0 ”bin　 =　 C6 hex

　　注意，使用CM200(Philiphs產(chǎn)品)時(shí), MODE 寄存器的設(shè)置值應(yīng)為: “1100 0110b”,即C6H,但在使用SB201(UniVision Engineering Limited聯(lián)視工程有限公司的產(chǎn)品)時(shí), MODE 寄存器的設(shè)置值應(yīng)為: “1101 0110b”,即D6H。
出錯(cuò)處理：
　　DV標(biāo)志指明了MCM與MIFARE卡片之間的傳輸已經(jīng)完成，并且主處理機(jī)可能已經(jīng)從MCM中收到數(shù)據(jù)。DV標(biāo)志保持“1”的持續(xù)時(shí)間，出錯(cuò)標(biāo)志亦將保持有效。
　　在有效的數(shù)據(jù)被存儲進(jìn)FIFO寄存器時(shí)，DV標(biāo)志將持續(xù)保持。在向MCM寫數(shù)據(jù)時(shí)的寫指令周期內(nèi)，DV標(biāo)志將被清除。DV標(biāo)志也可能會(huì)被軟復(fù)位（soft-reset）清除。
有時(shí)，為了確認(rèn)有些操作的成功完成，必須使用定時(shí)溢出（TE）標(biāo)志。

1 .　“Answer to Request” (“Request”應(yīng)答)指令

　　Request 指令將通知MCM在天線有效的工作范圍（距離）內(nèi)尋找MIFARE 1卡片。如果有MIFARE 1卡片存在，這一指令將分別與MIFARE 1進(jìn)行通信，讀取MIFARE 1卡片上的卡片類型號TAGTYPE（2個(gè)字節(jié)），由MCM傳遞給MCU，進(jìn)行識別處理。
　　程序員可以根據(jù)TAGTYPE來區(qū)別卡片的不同類型。
　　對于MIFARE 1卡片來說，返回卡片的TAGTYPE（2個(gè)字節(jié)）可能為0004h。
　　從一個(gè)指定的卡片開始，后續(xù)的卡片可以根據(jù)TAGTYPE而被選擇。當(dāng)使用 “Request std“指令來尋卡時(shí)，只有那些卡片上沒有被設(shè)置成“HALT_MODE ”（停機(jī)模式）的卡片將響應(yīng)這一指令。
　　Request all指令的使用是很重要的，它可以防止MCM選擇同一卡片好幾次。當(dāng)某一張卡片在MCM之天線的有效的工作范圍（距離）內(nèi)，Request all指令在成功地讀取這一張卡片之后，將一直等待卡片的使用者拿走這一張卡片，直到有新一張的卡片進(jìn)入MCM之天線的有效的工作范圍（距離）內(nèi)。當(dāng)然，這里的“新一張的卡片”亦可以是剛剛拿開的那張卡片。
　　Request all指令是非連續(xù)性的讀卡指令。只讀一次。但有個(gè)例外，當(dāng)某一次Request all指令讀卡片失敗時(shí)，例如，卡片沒能通過密碼認(rèn)證或其他原因而出錯(cuò)時(shí)，Request all指令將連續(xù)地讀卡，直到讀卡成功才進(jìn)入非連續(xù)性的讀卡模式。
　　Request all指令適用于那些需要有人工干預(yù)的場合。
　　Request std指令的使用和Request all指令剛巧相反，Request std指令是連續(xù)性的讀卡指令。當(dāng)某一張卡片在MCM之天線的有效的工作范圍（距離）內(nèi)，Request std指令在成功地讀取這一張卡片之后，進(jìn)入MCM對卡片的其他操作。如果其他操作完成之后，程序員又將MCM進(jìn)入Request std指令操作，則Request std指令將連續(xù)性地再次進(jìn)行讀卡操作，而不管這張卡片是否被拿走。只要有一張卡片進(jìn)入MCM之天線的有效的工作范圍（距離）內(nèi)，Request std指令將始終連續(xù)性地再次進(jìn)行讀卡操作。
　　Request std指令是連續(xù)性的讀卡指令。
　　Request std指令適用于那些不需要有人工干預(yù)的場合，即全自動(dòng)的場合。例如，賓館，酒店，高級寫字樓等場所的門禁控制系統(tǒng)（Door Access Control），高速公路，停車場等的不停車收費(fèi)系統(tǒng)（Non-Stop Road Tolling），等等。

2.“AntiCollision”　防重疊

　　如果有多于一張的Mifare 1卡片在MCM之天線的有效的工作范圍（距離）內(nèi) ，必須使用AntiCollision指令，使MCM能夠在這一疊 Mifare 1卡片中選擇個(gè)別的一張卡片。
　　AntiCollision指令開始于一個(gè)“AntiCollision loop”(防重疊循環(huán))。結(jié)束時(shí)，AntiCollision指令將提供給用戶在這些卡片疊中選擇的那張個(gè)別的卡片的一個(gè)有效的40 bit長的序列號SN（serial number）。
　　一般地，AntiCollision指令將有序地讀所有的處在MCM之天線的有效的工作范圍（距離）內(nèi)的Mifare 1卡片。讀完第Xi張卡片后，MCM 及MCU對這Xi張卡片進(jìn)行處理，完畢之后，讀 第Xi+1張卡片，然后MCM 及MCU對這Xi+1張卡片進(jìn)行處理。循序漸進(jìn)，直至所有的卡片。
　　AntiCollision指令的啟動(dòng)必須是在程序員完成了對STACON寄存器中的AC位的成功的設(shè)置之后。
　　注意：AntiCollision指令事實(shí)上并不實(shí)際地選擇一張個(gè)別卡片，而僅僅是讀取Mifare1卡片上的序列號SN。MCM與卡片的真正聯(lián)絡(luò)，選擇某一張卡片，是由程序員向MCM發(fā)送“SELECT”命令來完成的。
　　AntiCollision指令讀取的Mifare 1卡片上的一個(gè)有效的40 bit長的序列號SN（serial number）被存儲在Mifare 1卡片上的第00H扇區(qū)中的第00h 塊（Block）中。共5個(gè)字節(jié)。
　　事實(shí)上，對于程序員來說，實(shí)際有意義的SN只有前4個(gè)字節(jié)，最后一個(gè)字節(jié)只是一個(gè)SN的校驗(yàn)碼。
　　程序員在控制MCM及MCU，發(fā)送AntiCollision指令，而獲得SN之后，一般地應(yīng)在程序中對所接收到的SN進(jìn)行校驗(yàn)，以確保數(shù)據(jù)的正確性。具體的方法是對所接收到的SN的bit位進(jìn)行異或校驗(yàn)，這在后面的具體程序編制中將會(huì)闡述。
　　對于MIFARE 1卡片來說，返回某一張卡片的有效序列號SN（4個(gè)字節(jié)）可能為：007e0a42h。

3．“Select Tag”　選擇卡片操作

　　在一個(gè)成功的AntiCollision指令之后，或在任何時(shí)候當(dāng)程序員想實(shí)際地與已知序列號的卡片進(jìn)行通信時(shí)，必須使用Select指令，以建立與所選卡的通信。
　　為了允許在Select指令以后對卡片能進(jìn)行Read/Write等指令的操作，Select指令是很重要的，必須首先被使用。被選擇的卡片將給出其自己的存儲器容量---已編碼的一個(gè)BYTE（字節(jié)）。
　　Select指令成功地完成后，MCU將得到MCM之DATA寄存器傳送來的一個(gè)字節(jié)長的卡片容量信息---SIZE字節(jié)。
　　SIZE字節(jié)被存儲在Mifare 1卡片上的第00H扇區(qū)中的第00h 塊（Block）中。共1個(gè)字節(jié)（8bits）。
　　對于MIFARE 1卡片來說，返回卡片的SIZE（個(gè)字節(jié)）可能為88h。

4．Authentication” 認(rèn)證操作

　　在MCU將運(yùn)算獲得的數(shù)據(jù)，準(zhǔn)備存儲到卡片上的存儲器之前，或MCU希望能讀取Mifare 1卡片上的數(shù)據(jù)之前，程序員必須證明他的讀/寫請求操作是被允許的。
　　這可以通過選擇秘密地存儲在MCM之RAM中的密碼集（KEYSET）中的一組密碼來進(jìn)行認(rèn)證而實(shí)現(xiàn)。如果這一組密碼匹配與Mifare 1卡片上的密碼，這一次的操作被允許進(jìn)行。
　　卡片上的存儲器的每一個(gè)block（塊）(128 bits ) 都分別地指定了該BlOCK（塊）的存取條件。這些存取條件是根據(jù)密碼A或B（它們對整個(gè)sectors (扇區(qū))始終有效）而定。這樣一來，不同的操作可能會(huì)被允許對一個(gè)sector中的4個(gè)不同blocks的每一個(gè)block進(jìn)行操作。
　　MCM能夠存儲3個(gè)密碼集KEYSET0，KEYSET1，KEYSET2。每一個(gè)KEYSET又包含了KEY A 及　KEYB 等，以存取最高達(dá)32Kbit內(nèi)存容量的MIFARE卡片。
　　用戶必須在KEYSTACON（0B H地址）寄存器中指定一套密碼，即設(shè)置KS0, KS1。

　　KEYADDR寄存器（0C H地址）中的AB位用于選擇KEYA（當(dāng)AB=“1”時(shí)）和KEYB（當(dāng)AB=“0”時(shí)）。

　　KEYADDR寄存器(地址0C H) 中的“AB”設(shè)置必須匹配”Authentication”命令（指令代碼60和 61 hex），這是很重要的。否則，”Authentication”命令將失敗。
　　即，在”Authentication”命令中，60h代碼用于認(rèn)證KEYA；61h代碼用于認(rèn)證KEYB。
　　當(dāng)用60h代碼時(shí)，在KEYADDR寄存器中只能設(shè)置AB=“1”，用于選擇KEYA；
　　當(dāng)用61h代碼時(shí)，在KEYADDR寄存器中只能設(shè)置AB=“0”，用于選擇KEYB；
　　當(dāng)用60h代碼時(shí)，在KEYADDR寄存器中不能設(shè)置AB=“0”，否則認(rèn)證命令將出錯(cuò)；
　　當(dāng)用61h代碼時(shí)，在KEYADDR寄存器中不能設(shè)置AB=“1”，否則認(rèn)證命令將出錯(cuò)；
　　KS1和KS0的設(shè)置選擇與上述的認(rèn)證命令的指令代碼60和 61 hex的選擇無關(guān)；
　　KS1和KS0的設(shè)置選擇與上述的KEYADDR寄存器中AB的設(shè)置無關(guān)。

　　在MCM中，KEY-RAM（密碼存儲器）的實(shí)際存儲器范圍是：

　　MCM中另外還包含了KEY-ROM （密碼只讀存儲器），用以存儲一套傳輸密碼(one set of transport keys) 和一個(gè)維護(hù)密碼（one service KEY）。 傳輸密碼對于用戶想在KEY-RAM（密碼存儲器）中自己定義密碼而編程序時(shí)，很有用。
KEY-ROM （密碼只讀存儲器）的存儲器容量為：

5．“Load KEY”　存取密碼

　　在MCM中，每一個(gè)認(rèn)證扇區(qū)（Authentication sector）中包含了一套傳輸密碼Tkey（one transport KEY）。這些密碼在制造產(chǎn)品時(shí)，可以編程。它們可以被傳輸?shù)较到y(tǒng)的集合器（例如，用戶開發(fā)的硬件系統(tǒng)）中，集合器負(fù)責(zé)存取新的用戶定義的密碼到MCM-WOM（密碼只讀存儲器）中。此時(shí)，可以通過“Load KEY”指令來完成任務(wù)。
　　對于一個(gè)單獨(dú)扇區(qū)（sector）中的密碼提取，則相應(yīng)的傳輸密碼必須被預(yù)先指定。
　　在用“Load KEY”指令來完成存取密碼過程中，KEYSTCON寄存器和KEYADDR寄存器的設(shè)置與“Authentication”的操作相似。但也有些區(qū)別。這將在后面的編程中具體介紹。

6．“Read” 讀指令操作

　　Read (讀)指令允許MCU通過MCM來讀取MIFARE 1卡片上完整的16 個(gè)Bytes的數(shù)據(jù)塊（Data blocks）。
　　只有在預(yù)先“Authentication” 認(rèn)證指令完成后，才允許進(jìn)行對Mifare 1卡片上的某一數(shù)據(jù)扇區(qū)進(jìn)行Read (讀)指令操作。
　　Read (讀)指令操作只能一個(gè)塊（Block）一個(gè)塊地讀，即只能16個(gè)字節(jié)一次性地讀取。如果只要求某Block中的幾個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)，也只能一個(gè)整塊16個(gè)字節(jié)一起讀取，由程序員選取指定的字節(jié)。
　　從卡片上讀到的數(shù)據(jù)必須由MCU進(jìn)行校驗(yàn)，以確保數(shù)據(jù)的有效性。
　　密碼數(shù)據(jù)不能被讀取。(待續(xù))