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1、设备管理非接触式智 能卡读写设备内核技 术的研究和应用开发 设备管理非接触式智 能卡读写设备内核技 术的研究和应用开发 更多企业学院：更多企业学院： 中小企业管理全能版183 套讲座+89700 份资料 总经理、高层管理49 套讲座+16388 份资料 中层管理学院46 套讲座+6020 份资料 国学智慧、易经46 套讲座 人力资源学院56 套讲座+27123 份资料 各阶段员工培训学院77 套讲座+324 份资料 员工管理企业学院67 套讲座+8720 份资料 工厂生产管理学院52 套讲座+13920 份资料 财务管理学院53 套讲座+17945 份资料 销售经理学院56 套讲座+14350
2、 份资料 销售人员培训学院72 套讲座+4879 份资料 关于非接触式 IC 智能(射频)卡关于非接触式 IC 智能(射频)卡 及其读写设备内核技术的研究与应用开发及其读写设备内核技术的研究与应用开发 上海华东磁记录电子公司张敏张敏 前言前言 当今世界上非接触式 IC 智能射频卡（内建 MCU，ASIC 等）中的主流主要为 PHILIPS 公司的 MIFARE 技术，已经被制定为国际标准：ISO/IEC14443TYPEA 标准ISO/IEC14443TYPEA 标准。欧洲一些较大的 IC 卡片 制造商以及 IC 卡片读写器制造商以及 IC 卡片软件设计公司等（例如法国的 GEMPLUS 公司
3、） 大都以 MIFARE 技术为标准，而发展和推进 IC 卡行业。 通过阅读本文，相信有一定 IC 卡经验，技术及具有一定的计算机软/硬件技术（尤其是微处 理单片机 MCU 技术）的同行定能将本文消化之后而能设计出诸多应用场合的产品，例如，门 禁控制系统（DoorAccessSystem）,高速公路不停车收费系统，停车场收费管理系统，地铁 非接触式 IC 智能射频卡的“刷卡”读写器，机关/企业内部考勤管理系统，医疗保险管理系 统，公共交通收费管理系统，出租车收费管理系统，银行服务“一卡通”等等。 第一章 Mifare1 非接触式 IC 智能(射频)卡第一章 Mifare1 非接触式 IC 智能
4、(射频)卡 一Mifare1 非接触式 IC 智能射频卡特点一Mifare1 非接触式 IC 智能射频卡特点 Mifare1IC 智能(射频)卡的核心是 Philips 公司的 Mifare1ICS50（-01，-02，-03，-04）系 列微模块（微晶片） 。它确定了卡片的特性以及卡片读写器的诸多性能。 Mifare1IC 智能(射频)卡采用先进的芯片制造工艺制作。内建有高速的 CMOSEEPROM，MCU 等。 卡片上除了 IC 微晶片及一副高效率天线外，无任何其他元件。 卡片上无源（无任何电池） ，工作时的电源能量由卡片读写器天线发送无线电载波信号耦合 到卡片上天线而产生电能，一般可达
5、2V 以上，供卡片上 IC 工作。工作频率 13.56MHZ。 Mifare1 射频卡所具有的独特的 MIFARERF（射频）非接触式接口标准已被制定为国际标准： ISO/IEC14443TYPEA 标准。 Mifare1 射频卡所具有的独特的 MIFARERF（射频）非接触式接口标准已被制定为国际标准： ISO/IEC14443TYPEA 标准。 射频卡标准操作距离为 100mm（由 MCM500 作为读写器核心模块）和 25mm（由 MCM200 作为读 写器核心模块） 。与卡片读写器的通信速率高达 106Kbit/s。 Mifare1IC 智能(射频)卡上具有先进的数据通信加密并双向验证
6、密码系统；且具有防重叠功 能：能在同一时间处理重叠在卡片读写器天线的有效工作距离内的多张重叠的卡片。 Mifare1IC 智能(射频)卡与读写器通信使用握手式半双工通信协议；卡片上有高速的 CRC 协 处理器，符合 CCITT 标准。 卡片制造时具有唯一的卡片系列号，没有重复的相同的两张 MIFARE 卡片。 卡片上内建 8K（bit）EEPROM 存储容量并划分为 16 个扇区，每个扇区划分为 4 个数据存储 块，每个扇区可由多种方式的密码管理。 卡片上还内建有增值/减值的专项的数学运算电路，非常适合公交/地铁等行业的检票/收费 系统。典型的检票交易时间最长不超过 100ms(0.1 秒)（
7、包括卡片的认证，6 个扇区的读 （768bit,2 个扇区的认证） ，2 个扇区的写操作（256bit） ） 。 卡片上的数据读写可超过 10 万次以上；数据保存期可达 10 年以上，且卡片抗静电保护能力 达 2KV 以上。 二Mifare1 非接触式 IC 智能射频卡功能组成Mifare1 非接触式 IC 智能射频卡功能组成 如图所示为 MIFARE1S50 非接触式 IC 智能射频卡的功能组成图。 整个卡片包含了两个部分，RF 射频接口电路和数字电路部分。 （一）.RF 射频接口电路（一）.RF 射频接口电路 在 RF 射频接口电路中，主要包括有波形转换模块波形转换模块。它可将卡片读写器上
8、的 13.56MHZ 的无线 电调制频率接收，一方面送调制/解调模块调制/解调模块，另一方面进行波形转换，将正弦波转换为方波， 然后对其整流滤波，由电压调节模块电压调节模块对电压进行进一步的处理，包括稳压等，最 终输出供给卡片上的各电路。 POR 模块POR 模块主要是对卡片上的各个电路进行 POWER-ON-RESET（上电复位） ，使各电路同步启动 工作。 （二） 。在数字电路部分模块中：（二） 。在数字电路部分模块中： 1ATR 模块：AnswertoRequest(“请求之应答“)1ATR 模块：AnswertoRequest(“请求之应答“) 当一张 Mifare1 卡片处在卡片读写
9、器的天线的工作范围之内时，程序员控制读写器向卡片发 出 REQUESTall(或 REQUESTstd)命令后，卡片的 ATR 将启动，将卡片 Block0 中的卡片类型 （TagType）号共 2 个字节传送给读写器，建立卡片与读写器的第一步通信联络。 如果不进行第一步的 ATR 工作，读写器对卡片的其他操作（Read/Write 等）将不会进行。 卡片的类型（TagType）号共 2 个字节，可能为：0004H 2AntiCollision 模块：防止（卡片）重叠功能2AntiCollision 模块：防止（卡片）重叠功能 如果有多张 Mifare1 卡片处在卡片读写器的天线的工作范围之内
10、时，AntiCollision 模块的 防重叠功能将被启动工作。在程序员控制下的卡片读写器将会首先与每一张卡片进行通信， 取得每一张卡片的系列号。由于 Mifare1 卡片每一张都具有其唯一的系列号，决不会相同， 因此卡片读写器根据卡片的序列号来识别，区分已选的卡片，卡片读写器中的 MCM 中的 AntiCollision 防重叠功能配合卡片上的防重叠功能模块，由程序员来控制读写器，根据卡 片的序列号来选定一张卡片。被选中的卡片将直接与读写器进行数据交换，未被选择的卡片 处于等待状态，随时准备与卡片读写器进行通信。 AntiCollision 模块（防重叠功能）启动工作时，卡片读写器将得到卡片
11、的序列号 SerialNumber。序列号 SerialNumber 存储在卡片的 Block0 中，共有 5 个字节，实际有用的 为 4 个字节，另一个字节为序列号 SerialNumber 的校验字节，这在以后章节中详细论述， 包括对序列号 SerialNumber 的校验方法等。 序列号 SerialNumber 中实际有用的 4 个字节，可能为：007e0a42h。 3SelectApplication 模块：主要用于卡片的选择。3SelectApplication 模块：主要用于卡片的选择。 整 流 AntiCollision Authentication 仅当 FIFO 是空 时,
12、DVDV 标志将被写周期清除。 有时侯 MCMMCM 接收少于 8bits(例如在接收 ACKACK 或 NACKNACK 时)时，MCMMCM 将不影响 PEPE，CECE，及 AEAE 标 志。 在 MCUMCU 与 MCMMCM,MCMMCM 与 Mifare1Mifare1 卡片进行数据通信时,经常会出现各种错误。例如,卡片没能认 证(Authentication)通过,则会使 AE 出错位置位,等等。 以下是在检查 DVDV 位之后，相关的出错出错情况，列为下表： CommandName(命令名)：CommandName(命令名)：RelevantErrorFlags(相关的出错标志
13、)：RelevantErrorFlags(相关的出错标志)： AnswertoRequest(Request 应答)AnswertoRequest(Request 应答)TE,BETE,BE AntiCollision(防重叠)AntiCollision(防重叠)TE,BETE,BE SelectCard(卡片选择)SelectCard(卡片选择)TE，BE,PE，CETE，BE,PE，CE Authentication(认证)Authentication(认证)TE，BE，PE，AETE，BE，PE，AE ReadCommand(读命令)ReadCommand(读命令)TE，BETE，BE
14、ReadDATA(读数据)ReadDATA(读数据)TE，BE，PE，CETE，BE，PE，CE WriteCommand(写命令)WriteCommand(写命令)TE，BETE，BE WriteDATA(写数据)WriteDATA(写数据)TE，BETE，BE InCR。/DeCR。/Rest。Command(增/减/复位 命令) InCR。/DeCR。/Rest。Command(增/减/复位 命令) TE,BETE,BE InCR。 /DeCR。 /Rest。 Value(增/减/复位值)InCR。 /DeCR。 /Rest。 Value(增/减/复位值)TE,BE Halt(停机)Ha
15、lt(停机)TE,BETE,BE 出错表出错表 注意,送到卡片上的所有的命令和数据都提供奇/偶校验(parity)parity)和 CRCCRC 检查（但“REQUESTREQUEST” 命令操作除外） 。这是由卡片上的 ASICASIC 负责检查。 3。ENABLE 寄存器3。ENABLE 寄存器，地址:02H02H ENABLEENABLE 寄存器的设置将影响卡片在通信时对 parityparity 和 CRCCRC 的校验。 在 ENABLE 寄存器ENABLE 寄存器中有针 对 parityparity 和 CRCCRC 校验的复位允许位（resetENABLEENABLEbits）
16、。 寄存器名寄存器名地址地址读（READ）读（READ）写（WRITE）写（WRITE） ENABLEENABLE02H2N/AN/A1PRECENCRE-1PRECENCRE- 对 ENABLE 寄存器ENABLE 寄存器进行写操作，将执行对 parity 和 CRC 块的控制。 BitName 位名 BitName 位名Name 名称Name 名称Function 功能Function 功能 PRPR ParityresetParityreset （Parity 复位）（Parity 复位） “0”-无效“0”-无效 “1”-复位 parity 块，自动清除“1”-复位 parity 块，自动清除 CECE CRCENABLECRCENABLE （CRC 使能）（CRC 使能） “0”-关闭 CRC 发生器及校验“0”-关闭 CRC 发生器及校验 “1”-打开 CRC 发生器及校验“1”-打开 CRC 发生器及校验 CRCR CRCResetCRCReset （CRC 复位）（CRC
