资源描述
单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第十八章非接触式,IC,卡及其读写设备,主要内容,智能卡基本知识概要,非接触式,IC,卡,非接触式,IC,卡读写设备设计,嵌入式应用技术基础教程课件,18.1,智能卡基本知识概要,18.1.1,关于智能卡,智能卡,（“,smart card”,），也称作集成电路卡（,integrated circuit card,），即,IC,卡。它一般指将集成电路芯片嵌装于塑料等基片上制成的卡片，外形与磁卡相似，芯片具有存储、加密及数据处理等功能。,IC,卡可以分为以下三类,:,（,1,）存储卡：,内部封装了为电可擦除可编程只读存储器,EEPROM,。,（,2,）逻辑加密卡：,封装了上述,EEPROM,存储器外，还专设有逻辑加密电路，提供了硬件加密手段。,（,3,）,CPU,卡：,卡片内集成了中央处理器,CPU,，程序存储器,ROM,，数据存储器,EEPROM,和,RAM,。,嵌入式应用技术基础教程课件,18.1 智能卡基本知识概要,18.1.1,关于智能卡,根据读写方法把,IC,卡分为：接触式,IC,卡和非接触式,IC,卡。两种卡的集成电路均密封在塑料卡基片内部，可防水，防尘，防磁。,接触式,IC,卡：表面可以看到一个方型镀金接口，共有八个或六个镀金触点，用于与读写器接触，通过电流信号完成读写。,非接触式,IC,卡：卡内除包含前述三种,IC,卡电路，还有射频收发电路及相关电路。,IC,卡在一定距离内即可收发读写器的信号，实现非接触读写。因而称这种,IC,卡为非接触式，或者感应式,IC,卡，或者射频识别,(Radio Frequency Identification,简称,RFID),卡。,嵌入式应用技术基础教程课件,18.1 智能卡基本知识概要,18.1.2,智能卡的接口设备,智能卡接口设备,IFD(inter face device),，通常也称作,IC,卡读写设备,/,读写器。读写设备按运行方式可分为单机型和联机型两大类。,单机型读写设备：可独立存储和工作，无需和主机相连就可完成数据读写，可与应用设备结合或单独工作。有着系统规模小、适应范围广、不需要联接微机、输出直接控制终端执行机构,(,例如电控锁、闸门等,),以及安装简单、使用方便等诸多优点。典型应用有,IC,卡电表、水表，公交车票刷卡机等。,联机型读写设备：通过并行或串行口与,PC,机或应用系统网络连接，组成不同的应用系统。联机型读写设备一般应用于金融和商品交易部门，适合大型系统或金融支付系统使用。,嵌入式应用技术基础教程课件,18.1 智能卡基本知识概要,18.1.3,智能卡的国际标准,（,1,）接触式,IC,卡的国际标准,ISO/IEC 7816,是,IC,卡遵循的主要国际标准，对,IC,卡的物理特性、触点的尺寸和位置、电信号和传输协议、交换用行业命令、生物个人认证方法、密码信息应用等做出了详细规定。,（,2,）非接触式,IC,卡的国际标准,嵌入式应用技术基础教程课件,标准,卡类型,作用距离（约）,ISO 10536,密耦合,0,1cm,ISO 14443,近耦合,0,10cm,ISO 15693,疏耦合,0,1m,（,3,）测试标准,对各种卡进行测试的国际标准是,ISO/IEC 10373,。,返回,18.1 智能卡基本知识概要,18.2,非接触式,IC,卡,18.2.1,非接触式,IC,卡,非接触式,IC,卡,Contactless Smart Card,（,CSS,），也称作感应卡、射频卡，由,IC,芯片、感应天线组成，并完全密封在一个标准,PVC,卡片中，无外露部分，其结构示意图如下。,嵌入式应用技术基础教程课件,外壳,芯片,天线,18.2 非接触式IC卡,非接触,IC,卡工作原理图,嵌入式应用技术基础教程课件,PC,读写器,（内置芯片、天线）,天线,非接触,IC,卡,能 量,数 据,时 序,18.2 非接触式IC卡,非接触,IC,卡的优点：,（,1,）高可靠性,：无触点，避免了由接触读写产生的各种故障。提高了抗静电和环境污染能力，因此提高了可靠性及使用寿命。,（,2,）易用性,：操作方便、快捷，无需插拔卡，完成,次操作只需,0.1,0.3,秒。,（,3,）高安全性,：序列号全球唯一。卡与读写设备之间采用双向互认验证机制。所有数据都加密，不同分区的数据用不同的密码和访问条件进行保护。,（,4,）高抗干扰性,：对有防冲突电路的非接触卡，在多卡同时进入读写范围内时，读写设备可一一对卡进行处理。,（,5,）一卡多用,：卡片上的数据分区管理，实现一卡多用、一卡通。,（,6,）多种工作距离,：作用距离从几厘米到几米，适应不同场合。,嵌入式应用技术基础教程课件,18.2 非接触式IC卡,18.2.2,非接触卡的应用,（,1,）公共交通,（,2,）身份识别,（,3,）门禁控制,另外，高速公路收费，停车场收费，加油站收费，智能卡水表、电表、煤气表等应用。,嵌入式应用技术基础教程课件,18.2 非接触式IC卡,18.2.3,非接触式,IC,卡,Mifare,Philips,是世界上最早研制非接触式,IC,卡的公司，其,Mifare,技术已经被制定为,IS0,IEC14443 TYPE A,国际标准。,（,1,）,Mifare 1,卡特点,采用,CMOS,工艺，内建,E,2,PROM,存储器、,MCU,智能控制器等。,卡片电路不用任何电池供电。,标准操作距离高达,10cm,，通信速率高达,106kbit,s,。,具有先进的数据通信加密和双向密码验证功能。,具有防冲突功能。,其芯片在制造时具有全球唯一的序列号。,内建,8K,的,E,2,PROM,存储器，分,16,个扇区。,芯片设计有增减值运算电路，其运算时间最长不超过,100ms,。,擦写能力超过,10,万次，数据保存期大于,10,年。,嵌入式应用技术基础教程课件,18.2 非接触式IC卡,（,2,）,MF1,卡主要参数,工作频率,：,13.56MHZ,；,数据保存期,：,10,年；,操作时间,：,96ms,；,读写距离,：,2.5,10cm,；,存储容量,：,8Kbit,；,尺寸,：,85.6mm54mm0.76mm,；,存储器类型,：,E2PROM,；,操作环境温度,：,20,50,；,多重应用区,：,16,个分区；,厂商序列号,：,32,位，全球唯一；,相对湿度,：,90%,；,写卡次数,：,10,万次以上；,材料,：,PVC,。,嵌入式应用技术基础教程课件,18.2 非接触式IC卡,（,3,）,MFl,芯片逻辑结构,嵌入式应用技术基础教程课件,数 字 控 制 单 元,射频接口,E,2,PROM,认证,控制和算术运算单元,防冲突,E,2,PROM,接口,加密单元,天线,18.2 非接触式IC卡,（,4,）,MFl,卡片的存储结构,Mifare 1,卡片采用,EEPROM,作为存储介质，容量为,1K 8,位，分为,16,个扇区,(015),，每个扇区有,4,个块,(03),，每块有,16,字节。一个扇区共,16 Byte 4=64 Byte,。扇区的第四块称作尾块，包含了该扇区的密码,A(6,个字节,),、存取控制,(4,个字节,),、密码,B(6,个字节,),，是控制块。其余三块是数据块。,扇区,0,的块,0,固化了厂商代码信息，不可改写。其中：第,04,字节为卡片的序列号；第,5,字节为序列号的校验码；第,6,字节为卡片的容量“,SIZE”,；第,7,，,8,字节为卡片的类型号,(Tagtype),；其他字节由厂商另加定义。如下图所示。,嵌入式应用技术基础教程课件,扇区,块,0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,A,B,C,D,E,F,描述,0,3,密码,A,权限位,密码,B,第,0,扇区尾块,2,数据块,1,数据块,0,厂商标志块,18.2 非接触式IC卡,18.2.4,非接触式,IC,卡标准,ISO/IEC 14443,ISO/IEC 14443,是近耦合,IC,卡的国际标准，包括四个部分：,第一部分,ISO/IEC 14443-1,制定了有关非接触卡的物理特性；,第二部分,ISO/IEC 14443-2,制定了有关射频功率及信号界面的特性；第三部分,ISO/IEC 14443-3,则为非接触卡的初始化及防冲突机制；,第四部分,ISO/IEC 14443-4,为有关的交易协定。,嵌入式应用技术基础教程课件,18.2 非接触式IC卡,Type A,与,Type B,的比较,非接触式,IC,卡的分为,Type A,和,Type B,两种。,Philips,公司的,MF1,卡就是,A,型卡。下表中,PCD,（,Proximity Coupling Device,）指阅读器，,PICC,（,Proximity Integrated Circuit Card,）指近耦合非接触式,IC,卡。,嵌入式应用技术基础教程课件,A,型,B,型,PCD,到,PICC,调制,ASK 100%,ASK 10%,位编码,改进的,Miller,编码,NRZ,编码,波特率,106kdB,106kdB,同步,位级同步,(,帧起始，帧结束标记,),每个字节有,1,个起始位和,1,个结束位,PICC,到,PCD,调制,用振幅键控调制,847kHz,的,负载调制的副载波,用相位键控调制,847kHz,的,负载调制的副载波,位编码,曼彻斯特编码,NRZ,编码,波特率,106kdB,106kdB,同步,1,位“帧同步”,(,帧起始，帧结束标记,),每个字节有,1,个起始位和,1,个结束位,返回,18.2 非接触式IC卡,18.3,非接触式,IC,卡读写设备设计,18.3.1,概述,（,1,）非接触,IC,卡读写设备基本功能,非接触,IC,卡进,/,出射频区的识别和控制。,向非接触,IC,卡提供其所需要的稳定的电源。,实现与卡的数据交换，并提供相应的控制信号。,提供相应的加密解密处理及密钥管理机制。,提供相应的外部控制信息及与其他设备的信息交换。,嵌入式应用技术基础教程课件,18.3 非接触式IC卡读写设备设计,（,2,）非接触,IC,卡读写设备工作过程,读写设备终端不断向周围发送一组固定频率的电磁波。当频率相同的卡片进入其工作领域时，卡片内的,LC,串联谐振电路在电磁激励下产生共振，为卡内的电容充电。,在电容的另一端，接有一个单向导通的电子泵，将电容内的电荷送到另一个电容内存储，当所积累的电荷达到,2v,时，此电容了可源为集成电路提供工作电压。,卡片集成电路中的有关控制逻辑电路对接收到的信号进行解码。根据解码信息判断读写设备终端发来的命令要求，若是读取信息则控制逻辑电路从存储器中读取有关信息；若是修改信息则有关控制逻辑启动电压泵将,2V,工作电压提升到,15V,以便对存储器,E,2,PROM,中内容进行重新写入编程。,当电容放电时，非接触卡内的发射电路就将从存储器中读取的数据信息及相关信息发送给读写设备终端。,读写设备终端对接收到的信息进行处理。,嵌入式应用技术基础教程课件,18.3 非接触式IC卡读写设备设计,（,3,）非接触,IC,卡读写设备系统组成,嵌入式应用技术基础教程课件,与主机的通信接口,LED/,LCD,显示,键盘,其它,MCU,天线,射频处理模块,18.3 非接触式IC卡读写设备设计,18.3.2,硬件设计,（,1,）非接触,IC,卡读写芯片,MF RC500,1,）,MFRC500,功能结构,嵌入式应用技术基础教程课件,控制线,MF RC500,并行微控制器接口,（带输入输出缓冲）,Crypto1,安全算法及 密码验证,状态及控制,数据处理,并行,/,串行转换,CRC/,奇偶生成及校验,帧封装生成及校验,位编码及译码,模拟电路,集成解码器,位译码器,输出驱动,数据线,Mifare1,S50,ISO14443A,地址线,18.3 非接触式IC卡读写设备设计,2,）,MF RC500,引脚,嵌入式应用技术基础教程课件,OSCIN,IRQ,MFIN,M
展开阅读全文