（通信与信息系统专业论文）基于校园网的ic卡应用系统研究.pdf

略粼滨工监丈举_ 上学硬上学垃论文 摘要 醚着社会进步和大学静发浸，巅棱原有静消费和管理模式融不能适应新 的发展要求，“校园一卡遄”应运而生。“校园佟潲”系统，可以把院校教 职员工和学生肫各种证件、学生学籍档察管理、教职员工考勤、食堂管理、 梳痨管理、秘婆领疆管褒、学生缴费警功藏综合鳓一起，簌两实骚学蓑管理 豹现代纯、德息化。 本论文猩充分考虑了释种现有i c 卡应用系统、校园“一卡通”系统特 点酌基础上，广泛参考彳l c 卡在备方霹鲍应用磁，提出了系统总体方案。 力鬻裁蹲套隈静经费舞决站卡建弼秘罨，掌莛“梭露一卡通”方嚣耱关羚 必键技术，形成其有自主知识产权的应用技术，为今后进一步究善及实施本 校“一卡通”建设奠定熬础。 本论文髓先提出了“校园一卡邋”的总体方案，然后详缨介绥了系统的 鹾薛帮较释设诗。矮季事设计主要是读器嚣龟籍竣诗，渡龟黯是纂予菲接簸卡 读写模块设计的；软件设计包括底层软件和高层软件两部分，底层软件即读 卡器的驱动糨序，用m c s 5 l 汇编语肖编写；高麒软件是系统错理软件，用 窿鲠语言v b 缀写。 在竞藏较硬辞爱诗瓣基稿主，实蕊了菲蔹簸繁读写器与圭诗算魏翡逶 信，通过调动计算机的各种资源使i c 卡发挥应有的作用。以网络数据库技 术为基础，建立支撑i c 卡工作的后台中央数据库，使校园中的各种信息资 料爆裂煮效酶熬合帮合理鹣捷爱，建立了校霆综合僮怠管理软锌平台，羹备 静巍蘑提貘软件支撵爱人搬赛蚕。 美捷谲筱疆丽；琢案；读写模块 哈尔演工业大学1 = 举硕士学位论史 1 id l qq ! l l i i i i i i _ _ _ - _ = = e ! ! 黜 a b s t r a c t w i 搬t h ed e v e l o p m e n to ft h e s o c i e t ya n dt h eu n i v e r s i t y ，t h et r a d i t i o n a l c o n s u m p t i o na n dm a n a g e m e n tm o d eh a y ef e ib e h i n d t h e 撞t h e r ec o m e st h e i c a l l i n c l u s i v e ”i tc a nc o m p l e t et h ef u n c t i o n so ft h et e a c h e r s a n dt h es t u d e n t s c e r t i f i c a t e ，m a n a g e m e n to fs t u d e n t s d o s s i e r , c h e c k i n go nw o r ka t t e n d a n c eo ft h e p e r s o n n e l m a n a g e m e n t o f r e f e c t o r y , c o m p u t e rr o o m , m a t e r i a lr e c e i p ta n dt u i t i o n p a y m e n t e t et o g e t h e r , t h em o d e r n i z a t i o na n di n f ot i m e sc o m et r u e t h i sd i s s e r t a t i o n a d e q u a t e l yc o n s i d e r st h et r a i t o ft h ei cc a r da p p l i c a t i o n s y s t e mi ne x i s t e n c ea n dt h ec a m p u s “i ca l l - i n c l u s i v ec a r d ”s y s t e m ，a n dw i d e l y c o n s u l t st h ei ca p p l i c a t i o nf o ra l t w a y 。f o c u s e s0 nt h ea p p l i c a t i o n so fa l l - i n c l u s i v es t u d e n tc a r d sa n db r i n gf o r t hh i so w np r o p o s a l 。t h e s ep r o p o s a l s s u p p o s e st ou s el i m i t e dr e s o u r c e st os o l v et h ek e y t e c h n i c a li s s u e sa r i s i n gt h e r e o f a n df o r ma p r a c t i c a ls k i l lo f h i so w n p r o p e r t yr i g l l ts oa s t ol a yas o l i df o u n d a t i o n f o rt h ef u r t h e ri m p r o v e m e n to f t h ea l l i n c l u s i v ec a r d si nc o l l e g e so rm a r k e t ， a tf i r s t ，t h ep a p e rp u t sf o r w a r dac o l l e c t i v i t yb l u ep r i n to f t h e “o n c a m p u s a l l i n c l u s i v es t u d e n tc a r d s ”，a n dt h e ni n t r o d u c e st h es y s t e m sh a r d w a r ea n dt h e m a i nm o d u l eo ft h es o f t w a r e t h eh a r d w a r ed e s i g nm o s t l yi st h er e a dc a r d c i r c u i t s ；t h ec i r c u i ti sb a s eo n t h er a d i of r e q u e n c yr e a d - w r i t ec a r d t 鳃s o f t w a r e d e s i g ni n c l u d e st w op a r t s ，t h eb o t t o m s o f t w a r ea n dt h et o ps o f t w a r e t h eb o t t o m s o f t w a r ei st h ed r i v ep r o c e s so ft h er e a dc a r d ；a n dt h ep r o c e s si sc o m p i l i n gw i t h m c s 51a s s e m b l el a n g u a g e 。弧et o ps o f t w a r ei st h em a n a g e m e n ts o f t w a r eo ft h e s y s t e m ，w h i c h i sc o m p i l i n gw i t hv b l a n g u a g e 。 b a s eo nt h eh a r d w a r ea n dt h es o f t w a r e ，a l la p p l i c a t i o nf o rr a d i o f r e q u e n c y r e a d w r i t ec a r dc a ns o l v et h ek e yi s s u eo ft h ei cc a r ds y s t e m b yo p t i m i z i n gt h e c o m p u t e rp e r f o r m a n c ec a nf i n a l l ym a k et h ef u i l u s eo ft cc a r d s a ni cc a r d s u p p o r t i v eb a c k g r o u n dd a t a b a s e c a nb ec r e a t e db a s e d8 珏n e t w o r kd a t a b a s e t e c h n i q u e ，t h u si n t e g r a t i n ga n du t i l i z i n ge f f i c i e n t l ya l l k i n d so fi n f o r m a t i o nf o r s c h o o lm a n a g e m e n t 。a c a m p u sc o m p r e h e n s i v e i n f o r m a t i o nm a n a g e m e n tp l a t f o r m c a n p r o v i d e s o f t w a r es u p p o r tf o ra l im a n - c o m p u t e ri n t e r f a c e s ， k e y w o r d s ：o n - c a m p u s n e t w o r k ，i cc a r d ，r e a d - w r i t em o d u l e i 一 哈尔演工业人学工学硕士学位论文 1 1 课题背景 第1 章绪论 智能卡的名称来源于英文“s m a r tc a r d ”，又称为集成电路卡( i c ， i n t e g r a t e dc i r c u i tc a r d ) ，它将一个集成电路芯片镶嵌于塑料基片中，封装成卡 的形状，其外形与覆盖磁条的磁卡相似。第一片i c 卡产品是由法国b u l l 公 司于1 9 7 6 年制造的，并将这项技术应用到金融、交通、医疗、身份验证等行 业，它将微电子技术和计算机技术结合在一起，提高了人们生活和工作的现代 化程度【l _ 2 】。 随着余融行业的不断发展，社会经济的日新月异，在公共交通行业、无线 通信领域、卫生保健行业、封闭式场所管理、身份识别、电话通信、大楼保安 系统等等，人们已愈来愈多地开始接受和使用i c 卡f 3 5 】。特别是银行服务系 统，i c 卡替代古老的磁卡服务的时机也业已成熟。i c 卡自动电表抄表系统、 煤气、自来水抄表系统、公交地铁自动售票系统、移动通信手机中s i m 卡等 等，i c 卡已愈来愈贴近我们的生活，“刷卡”己成为人们日常生活中不可或缺的 部分。 特别是近几年来，i c 卡技术与网络技术相结合，真正成为高效的多功能信 息处理系统，是当今社会发展的必然趋势。一卡通”、“一卡多用”，给我们的 生活质量带来了很大的提高。 在校园里，师生和员工的各种证件、档案、食堂售饭卡、图书借阅等管理 都是相互独立的，各个系统之间没有相互联络的接口和媒介，造成系统设备的 重复投资和人力财力的浪费，而且工作效率低下。随着社会的进步和大学的发 展，各学校原有的消费和管理模式已不能适应新的发展要求，基于现状“校园 一卡通”应运而生i b 4 j 。 “校园一卡通”系统，可以把高等院校教职员工和学生的证件( 包括教职员工 证、学生证、图书借阅证、出入证等) 、学生学籍档案管理、教职员工考勤、 食堂管理、机房管理、物资领用管理、学生缴费等功能综合到一张卡上，使院 校摆脱繁琐、低效的管理模式。促进学校各单位、各部门的电脑化管理，依赖 学校的校园信息网，实现全院各类数据的统一性和规范性，真正把学校的管理 现代化、信息化【9 _ j 。 器嚣t c 专应薅系绞麴器灏痰熟为“浚鑫一卡蘧”累统赘建立撼餐了技泰擦 障，校园内突现“一卡通”臀理已成为校阐管理发展的必然趋势。从考勤、膳食 到机房，图粥馆到学籍、考试全部实现网上管理，出“卡”连接，分布管理。 实现“一卡走遮校霾”，“卡遥瘸、一卡多震”，姨蕊经学校管理密教蘸无穿 瓷褥严谨、褥廖、安全、灵活，使蔽霸鞠管理曼黧离簸、方霞弱豪全，夫大褥 升学校管理的档次和质量1 2 j 。 1 2 禽舟外研究褒状 目前，垒球i c 卡市场撼本上被法、裳、臼等国麓断。就i c 卡的发展模式 瓣，法国是政府主导型，圈本是官民合办型，美国怒民间导向型。据d a t a q u 绞诗，1 9 8 9 年全笸器l e 销蕊遥5 0 0 0 万张，1 9 9 0 年趱至7 0 0 0 万张，t 9 9 t 年突 蔽】亿张，1 9 9 3 年这1 44 z , 张，t 9 9 4 年增至于 ，7 钇张，1 9 9 5 年突破2 程张， 1 9 9 7 年超过3 亿张“”j 。 法国是撤蹦i c 卡最早的国家，使用i c 卡最多、最好，也魁生产厂商最 多、挂零隶平领先酶鬣家，程金融领域使霭斡l e 卡为全球之冠，仅t 9 8 9 年裁 这5 0 0 0 万张，占全球l c 卡馨数豹1 1 0 。生产弼卡麓厂商邈摄多，畜名秘肖 g e m p l u s 、s a g e m 、b u l l 、c k d 、e s d 、c l s 等。其中以g e m p l u s 公司嗽 产的s 1 m 卡激为有名。占奄球s i m 卡生产约4 8 的市场份额。2 0 0 1 年全球使 麓了夫约2 l 纭焱餐能卡，毽据萤稻”、现金卡、电落卡、公司遇行专、鞋及 鬻照撕l 。到2 0 0 4 年，智熊卡数量将逡3 6 亿张。麓禚蜜验室至西缀开发出其霄 小型显示、键擞和电池的芯片卡，使i e 卡更象一个小型电脑，假该技术市场 化还需要一段相当的时间【1 ”7 1 4 器蓉鸯多 对跫素已有多年豁臻究，餐囊正瑟疑鞠绩矮c p u 卡、饕接缝 式l c 射颓卡方面的研究邈只有1 - - 2 年的成熟籁。；# 接触式i c 碧乎凝卡代表了懿 个i c 卡领域的发展方向，前景光明。 当今世界上 # 接触式l c 射频卡中的主流为p h i l i p s 公司蛉m i f a p , e 搜 寒，已经被露l 建为鋈零褥礁，嚣i s o i e c1 4 4 4 3t y p ea 簿雍；欧灌一些较大 的i c 卡片制造商、i c 卡片读写器制髓商以及i c 卡片软件设计讼司大都戳 m i f a r e 技术为标准1 ”“州。 在国内，l e 卡使堵鞠鬟要标志是埝卡工程”，波工程是1 9 始宰赢汪泽艟 蕊书逶亲鑫撬逮懿，是驭瞧子簧委瘦聪为重点露盛臻笛务类卡鏊废是系统王 稷。它涉及众多部门，憝一项跨部门、跨地区、跨1 鼓纪的庞大的社会系统工 程。“金卡王糕”覆震总簿鏊褥秘毒至秀楚用丈镑 嚣每蹲潮，痨多建盛现我托瀚 寓用电子货币系统。发穰规划分三个阶段实施，1 9 9 4 年1 9 9 6 年为试点阶 段，主要在1 2 个重点城市餍开，估计缴卡量达到3 0 0 0 万张以上。1 9 9 7 年 9 9 9 年为搀广酚袋，在3 0 5 0 个城市避行柽广，髓诗发卡量在国万张。 2 0 0 0 年2 0 0 3 年为普及除段，在全圆约4 0 0 令壤帝宠矮辩专支付遭务静庭 用，发卡量选列3 亿张姒上，最后形成一个全国性电子货币服努体系【2 0 1 。“愈 卡工程”已推行十多年时间，其效果是十分明显的，实际i c 卡的使用量远远越 过了覆寒戆镳诗母k 。 禽雨玲卡翡生产差簧是弓i 避国努辩蓐道封装测片生产线翔l c 模凌空产 线。目前，引进后道封装生产线有5 0 多条，生产能力达每年2 0 亿片以上。i e 卡模块生产线l o 多条，德颦可生产横块l 亿块以上。i c 卡后邋掰渡生产线主 嚣是赡买霉矫游模块毒l 卡。p v c 卡基幽蓬瘫磁专生产厂家窥莓豁厂巍燕赞，葶i 撩模块基本上难德国s 臻懈n s 公司、p h i l i p s 公霹静荚鼙4 韵憾l 公霹蓰供 的产品，型母和品种基本上以逻辑加密卡的和存储卡为主。】9 9 5 举我国i c 卡 产攮占全世界憨产量的0 3 o 4 ，在l c 卡市场占商率上，我潮比日本、美 鼹差两令数量缀。近年寒，嚣为善家蠢关帮门藜囊魔熬篾，卡静占毒量鸯了 太幅度的稳商，提升了避l o 个百分点- 2 4 1 。 关于i c 卡在校园中的使用，与i e 卡的技术发腿赢接相关，法、美、目三 匿在全世爨仍处于领先水平。“校园一卡运”在三个领先国家已十分渣及，世界 其谴发这蓬窳与三拿跫卡技寒魏强蘑辍：较毒较大题离。骚喜发震串霪家与中 阐的情况褶藤不大。目前程中国配卡使厢的技术开舷十分活跃，i c 卡数量尉 增长速度也十分惊人，但蒙族正普及依赖网络工程的“一卡通”系统，还有十分 漫长的路要是m o “。 1 3 本论文主要研究内容 本论文主骚磅究的咚容包括系统总体方案设计。硬件开发和软件开发兰个 方嚣：1 总俸方寨主要涉及系统翁缀藏模块楚分，蒜模夔浆砖熬投模袭越辩 相互关系。2 + 硬件开发主薅是读卡嚣的电路设计，该电路是鏊予非接触卡瀵 霸模块设计的，模块提供标准的r s 2 3 2 端口可方便地实现与外鄙电路或计算机 的连接。3 。牧 孛设计包措底层软件鞠黼层软件鼹个部分，底层软件即读卡器 艴囊葫程澎，餍m c s 5 l 汇壤语言藕写。襄蘑较枣 怒系统鲢营瑗较传；努蠹燕 模块和各功髓模块，是鞠v b 编写的。 ：奎鋈i ：兰銮：三主篓占兰兰鲨兰 2 1 系统总体方案 第2 章系统方案设计 系统的总体设计示意图如图2 1 所示。整个系统是由支撑其工作的中央数 据库、校园网和多个读卡器组成的。在中央数据库中以数据表形式组织存储了 学生的多种有用信息，如学生个人档案、家庭情况、住宿信息、联系方式、缴 费情况、成绩档案等。 图2 - 1 系统总体框图 在i c 卡上记录着学生的姓名和学号等信息。用这样一张卡，可在校园网 的任意一个节点上实现对学生个人信息的查询或网络资源的访问，从而实现高 效的管理。如果在校园i c 卡的使用中有小额消费项目，或个别设备没有与校 园网互联，如电话收费等，可在i c 卡上划分出专门的区域存储这些个别信 息。为解决本地无p c 机的情况( 如食堂售饭系统终端) ，建立底层4 8 5 总线网 络来解决问题 2 7 - 2 9 1 。 2 。2 校西嗣拓扑图 国际甄联鼹 畚统防火墙 读卡艚 读管器 图 2 校燃瞰辐扑示意匿 强2 0 鞭示为菝嚣翻鹩辐羚霭裁鼹。鹜孛较截掰势蔗毒线鬻弱瓣鍪鳝褥， 姆个房间的计算机连接刘本楼层的集线器，通过集线器再连接到梭园局域网服 哈匀 滨工业大学丁学硕卜学位论文 务器，最后经过防火墙连接到国际互联网【3 0 3 1 l 。 i c 卡读卡器以两种方式挂接在局域网中每个应用的终端机上，种方式是 在应用系统有p c 机平台情况下，读卡器直接与p c 机通过r s 2 3 2 串行口进行 连接；如果应用系统没有p c 机平台，则通过总线转换器，将以太网转换为 4 8 5 总线网，才能与读卡器相连接。 师生员工的各种有用信息经过规范化处理，存储在主服务器和备份机中， 为系统的各种应用做支持。这是因为虽然好多数据库有很高的稳定性，但是计 算机有可能遇到不可抗拒的破坏，资料的备份是十分重要的，重要资料不能有 任何损坏，所以一个好的备份策略对于校园网的安全相当必要1 3 2 1 。 系统的运行模式一般有实时通讯和非实时通讯两种方式。一个稳定、安全 的“校园一卡通”系统必须是两种运行模式紧密结合使用的系统，即不仅可以 联网使用，也可以脱网使用。联网时，系统以联机通讯方式进行，各种数据自 动进行交换。一旦网络出现故障，支付识别介质的卡片及终端设备仍然可以脱 网正常使用，终端设备具有联网脱网使用自适应功能【3 3 _ 3 4 l 。 2 2 1i c 卡选型 整个系统的工作依赖于i c 卡，借助i c 卡传递各种有用信息，首要问题是 i c 卡选型。表2 1 列出了几种常见卡的性能比较。因为在系统所有应用中，是 用一张卡完成多种功能的，因此m i f a r e 卡是较为理想的选择。该卡有如下一 些优点： ( 1 ) 防伪。交易数据的读写都由密钥算法加密，通过非接触式感应，在卡 片与读写器间传送，不易空中拦截和解密【3 ”。 ( 2 ) 可靠。每次交易成功，健全的数据经判别后写入读写区域。如果交易 数据残缺或不健全，逻辑电路会取消交易p “。 表2 - 1 几种常见卡性能比较表 卡类型磁置m i f a r e 卡g i g a 卡t e m i c 蚩a t m e l 卡 保密性 差最好好好好 抗弯曲好好最差一般好 寿命1 年1 0 年以上1 0 年以上1 0 年以上5 芷 防静电及污染 差最好较好 较好一般 成本较低较高一般一般一般 存储薰l o 字节1 0 2 4 字节1 4 位3 2 字节2 5 6 字节 可扩展性无一卡通不可扩展不可扩展一般 譬玺鎏三些尘塞玉兰堡三兰竺苎耋 3 藤挚攘功襞。数羰m i f a r e 霹骧逐袋读写，一超工 乍不受予撬，逐磁 以与其它卡放在一起读写。在当今信息社会，每个人都有好多张卡，如信用 卡、磁卡、i d 卡等，如果一张张地先撩别，再读写就很麻烦。m i f a r e 卡可以 和各种不同的卡放在一越，在读写嚣藏一放，就能正确地读取该读卡的柜关僚 惑，煮镶强麓撬于撬能力。在l c 卡流行瓣售惠纯时伐，这一俊患显褥竞爻漾 硬，防冲撞功能是m i f a r e 卡所独有的p “。 ( 4 ) 一卡多用，综合管理好。一张卡有1 6 个单独设置密码的区域，可以存 取1 6 种相互独立、互不糠于的信息炎攀毒，能满足1 6 耪不同使用功能的款项交 荔霸管淫，魄其它卡有不爵眈擞戆往麓缝。 ( 5 ) 使用寿命长。在嗣前状态下，m i f a r e 卡阕防水、防油污、防灰尘， 在多尘、潮濑等恶劣环境仍可适用，使用寿命上亿次。而接触式i c 卡，一张 卡可以使用数千次，读驾卡座也只能读数千次，在一个大的i e 书系统罩往攘 有鼗子张卡，如采每张卡使焉一次，读写卡痤就蔼舔着清洗、缭轳甚至更换。 非接触式m i f a r e 卡克服了这些不足，能进行自由地读写，没有损耗和使用上 的顾虑1 3 8 l 。 2 2 2 读卡器电路设计 因为i c 卡与读卡器总是配套使用的，所以i c 卡的型号一缀确定后，读卡 器电路的设计也就基本上确定了。系绕中选用与m i f a r e 卡相配套的读写模块 邃辛亍了矮馋孩心电路豹设诗。毫爨豹缀残疆鬻絮圈2 - 3 嚣示。 篷2 - 3 读卡器硬件电路框黼 因为读卡模块中的嵌入式微处理瓣为m c s 5 1 系列，为实现与读卡模块的 良好配合，框图中的微处理器也选用m c s 5 1 系列单片机8 9 c 5 1 。该机型具材 较为丰富的软硬件资源，可实现与读卡模块的友好连接，同时也可与上位机邋 遘辜 亍菝蠢逡厅逶售。 读卡梭辘选用北京完美公司提供的m i f a r e 誊读写模块t i t 6 ，依照模块 哈尔滨工业大学t 学硕十学位论文 的通信诱议和命令捂式，通过编程胃戳方便邋实现对读卡模块静控巅。 选频网络与天线是读卡器可靠工作的关键，读卡模块与卡片的任何数据交 换都必须依赖它，为使读卡器可靠地工作，系统在设计中选用与读卡模块同一 璧三产厂家数残燕电路。 键盘鸟显示电路是谈卡器的入税接口，系统中选用8 1 5 5 作为显示与键焱 电路与微处理器的接口，以循环扫描方式进行工作。 2 3 系统软件设计方案 2 3 1 系统管理软件设计 系统蛰壤较箨设诗主簧铮对上袋裰与读卡器其润夔逶信、越卡片懿管理及 数据库中信想的组织和管理等内容。系统数据库的熬体框架如图2 - 4 所示。在 框图中，系统管理软件管理着多个数据库的信息，根据用户身份可以访问数据 库中不同的信息。 校园智能卡应用系统 发 卡 授 权 管 理 个 人 冁 户 管 理 学 娥 罄 疆 选 课 每 成 绩 管 理 实 验 爨 管 理 图 书 键 管 理 食 擞 繁 壤 圈2 - 4 校园卡臀理系统数据库框架 医 务 室 管 理 财 务 娃 管 理 2 。3 2 读专爨软件设计 因为i c 卡的读写必须按照其规定的协议进行，所以软件的编写也一定臻 哈尔滨t 业大学工学硕上学位论文 遵守协议，蔟秘议由l s 0 1 4 4 4 3 标准镧定4 0 l ，裱据m i f a r e 卡的读写秘议， 其读写程序流程图如图2 - 5 所示。 2 4 本耄司、绩 图2 - 5 卡片读写流程图 本章主鼹介绍了i c 卡应用系统的总体设计方案，系统由硬件和软件两部 分组成，另外还介绍了读卡器与校园嘲的连接方式，阐明了系统软硬件之间的 相互关系。 晴尔滨工业人学 ：学硕 ：学位论文 第3 章系统硬件设计 3 1 读卡器硬件设计 系统硬件主要是读卡器电路设计，电路框图如图3 - 1 所示。因为读卡器工 作的核一t l , 是其中的读卡模块，该模块中使用了p h l i p s 公司的核心芯片( 模 块) m c m 5 0 0 ，所以下文分别介绍m i f a r e 卡、读卡模块、模块中核心芯片及 相关硬件，为使文字简练，下文中m c m 5 0 0 简写为m c m 。 另外，读卡器与卡片间是通过无线电波交换信息的，所以天线是其工作的 重要保证，为使电路工作可靠，天线选用北京完美公司提供的成品。 3 2 卡片硬件电路 3 - 1 读# 器电路框图 3 2 1 非接触式i c 卡性能指标 ( 1 ) 容量为8 k 位或1 k 字节e e p r o m 。 ( 2 ) 分为1 6 个扇区，每个扇区4 块，每块1 6 个字节，以块为存取单位。 ( 3 ) 具有防冲突机制，支持多卡操作。 ( 4 ) 无电源，自带天线，内含加密控制逻辑和通讯逻辑控制电路。 ( 5 ) 数据保存期为1 0 年，可改写1 0 万次，读无限次。 ( 6 ) 每个扇区有独立的一组密码及访问条件。 哈尔滨工业大学1 学坝 一学位论文 ( 7 ) 每张卡有唯一+ 的3 2 位序列号。 ( 8 ) 通信速率：1 0 6 k b p s 。 ( 9 ) 读写距离：l o m m 以内。 ( 1 0 ) 工作温度：一2 0 c 5 0 c 。 ( 1 1 ) 工作频率：1 3 5 6 m h z 。 3 , 2 2m i f a r e 卡内存储器 f i ) m i f a r e 卡分为1 6 个扇区，每个扇区由4 块组成，将1 6 个扇区的6 4 个块按绝对地址0 6 3 编号，存储结构如表3 - 1 所示f 4 1 4 2 1 。 ( 2 ) 第0 扇区的块0 ( 即绝对地址0 块) ，用于存放厂商代码，已经固化， 不能更改。 ( 3 1 每个扇区的块0 、块1 、块2 为数据块，可用于存储数据资料。存储在 读写区中的数据可进行正常的读、写操作，i c 卡的大多数应用都是以信息存储 为基础的。在存储区存入数据，可以进行初始化值、加值、减值、读值、改写 值等操作。 f 4 1 每个扇区的块3 为控制块，其中包括密码a 、存取控制、密码b 。结构 如图3 2 所示。 密码a ( 6 字节)存取控制( 4 字节) 密码b ( 6 字节) 图3 - 2 块3 的结构 ( 5 ) 每个扇区的密码和存取控制都是独立的，可以根据实际需要设定各自的 密码及存取控制条件。存取单位为4 个字节，扇区中的每个块( 包括数据块和 控制块) 的存取条件是由密码和存取控制条件共同决定的，在存取控制中每个 块都有相应的三个控制位。 三个控制位的定义如下： 块0 块1 块2 块3 c 1 0 c 1 1 c 1 2 c 1 3 c 2 0 c 2 1 c 2 2 c 2 3 c 3 0 c 3 l c 3 2 c 3 3 。一 譬至鎏：；些尘茎孟耋堡兰堡鎏耋 衷3 - lm l 飘瓤! 专存镳器结韬 揍。隧翥薹薹蒸i 。麓。辩爹， 数据块o 扁医0块一黼糕鬻黢藿麓溪 数据块l 块2麟藜滋霾羹鋈粪錾嚣j j 数据块2 块3 鹱煎歪瑟蠹七。囊甄磋 控毒8 块3 块0数据块4 块1 数据块s 扇区l 块2数据映6 块3密码a襻嗷控翻密鹳辩控制块7 0数据块6 0 1数据块6 l 扇区 2数据辏6 2 1 5 3密码a存墩控制密码h控制块6 3 三个控制位以蔗鼹和反码存能予存取控制字节中，决定该块的访问权 疆。三个整镄位在存敬控番l 字节孛戆位置， 美浚0 为餐，笼袭3 - 2 。 表3 - 2 块0 的控制 位 7654321o 字节6c 2 0bc 1 0b 字节7 e l ec 3 0b 字蔷8 c 3 0e 2 e 字节9 整个存取控制( 4 字节，其中字节9 为备用字节) 结构如表3 - 3 所示。 表3 - 3 存彀控毒 能 765432lo 字节6 c 2 3bc 2 2bc 2 1bc 2 0bc 1 3bc 1 2bc l lbc 1 0b 字节7 c 1 3c 1 2c l lc 1 0c 3 3bc 3 2bc 3 lbc 3 0b 字节8 c 3 3c 3 2c 3 lc 3 0c 2 3c 2 2e 2 lc 2 0 字节9 ( 6 ) 数据块( 块0 、块1 、块2 ) 的存取控制功能如表3 - 4 。 暗尔滨工业大学t 学硕士学位论立 袭3 - 4 数据块存玫控潮象纷 控制位( x = 0 1 2 )访问条件( 对数獬块0 、1 、2 ) c 1 xc 2 xc 3 x读霹加值减值、传送 oo0k e y a bk e y a i bk e y a bk e y a i b 00k e y a i bn e v e r n e v e rn e v e r lo0 k e y a i bk e y b n e v e rn e v e r 11ok e y a l bk e y bk e y bk e y a 旧 001 k e y a i b n e v e rn e v e rk e y a i b ol1k e y bk e y b n e v e rn e v e r l0lk e y b n e v e rn e v e rn e v e r lln e v e r n e v e rn e v e r n e v e r 说明：k e y a i b 表示密码a 或密粥b ，n e v e r 液示在任何条件下均不能实 观，例如：当块0 的存取控制位c 1 0c 2 0c 3 0 = 0 0 1 时，验证密码a 或密码b 矛确蜃霹读；验涯密码a 或b 正礁戆霹送幸亍减蘧揉l 睾，不能逡孬霉操捧帮麓 值操作。 控制块的存取控制与数据块不同，具体控制如袭3 - 5 。 例女畦：当块3 的存取控审4 能c 1 3 c 2 3 c 3 3 = 001 时，表示：密码a 不可读，验 涯k e y a 躐k e y b 委稳器，霹更改。存取控裁：骏涯k e y a 竣k e y b 薹三臻 后，可读、可写。密码b ：验证k e y a 或k e y b 正确后，可读、研写。 表3 - 5 控制块存取控制 控制缘 密筠a存取控铡 密鹨b e 3e 2 3c 3 3 r e a dw r i t er e a d w f 耙r e a d w r i t e oo 0n e v e rk e y a i bk e y a i b n e v e r k e y a i b k e y a i b o10n e v e r n e v e rk e y a l b n e v e rk e y a i b n e v e r 10o n e v e r k e y b k e y a i b n e v e rn e v e rk e y b ll on e v e r n e v e rk e y a i b n e v e r n e v e rn e v e r 00ln e v e rk e y a t b k e y a i bk e y a i b k e y a i b k e y a i b ol 1n e v e r k e y b k e y a i bk e y b n e v e r k e y b 1o 1n e v e r n e v e rk e y a i bk e y b n e v e rn e v e l 1 1l n e v e rn e v e rk e y a 旧 n e v e rn e v e r n e v e r 3 2 3i c 专羚蠹蛰电路 卡片的电气部分由一个天线和a s i c 组成。卡片的天线是只有几匝线圈的 绕组，很适于封装到m i f a r e $ 5 0 卡片中。卡片的a s i c 由一个黼速( 1 0 雹攀 波特率) 的r f 接墨，一个控制单元和一个8 k 位e e p r o m 组成a 电蹯组成如 夔3 - 3 辑示。 喻尔滨工业人学工学硕卜学位论文 翻3 - 3m t f a r e 卡麓缝梅糕溺 在卡片t 的微晶片外谕封装了保护屡。保护层可以防止微晶片被折叠、扭曲 嚣众多对卡片实旋非正常的物理性损坏。同时也随止微晶片爨到紫外线的辐 辩，保证卡片能长久逮经璃郴4 5 l ， 反毫强靛麓蕉凌来饕，斑予热入了保护层，搜 e 与卡冀上的天线蕴藏煞羰 游回路的频率将发生变化。因为，保护艨给1 c 卡微晶片增加了个输入回路电 容。尽管这个电容只有几个p f 至几十个匝但对于疆求频率精艘、稳定度等都 缀蓠静 接触式 c 翦额卡张浚，遣将楚棂重要静。 3 3 读卡横块l i t 6 下瑟介缓射频读写横块1 1 t 6 的主要性链彀葛| 辫特性。l i t 6 是最蓊懿 m t f a r e 技零敲型焱入式# 接皴式玲“长读写模块。两鼗i s 0 1 4 4 4 3t y p ea 秘议 解释器，并飙有射频驱动溆接收功能，可以实现对m 1 f a r e 卡片的读写操作， 滨写距离最大可达1 0 0 m m 。 凌搂羧撼供拣准舅步枣每逢瀑接毯，赫遗翻工惫乎。野发磐不必了鲜菲 接簸l c 卡读写模块秘褥议标磋及疯藤驱动，哭黉遁逮事行通稿发送稳关攒 令，即可实现对卡片的所肖操作1 4 ”。 3 3 1 基本参数 工作电愿； 工作电流： 通添接l ： 适用卡烈： 5 v d c 。 1 0 0 m a 。 r s 2 3 2 接强t 强毫乎， 9 6 0 0 b p sn ，8 ， ( 楚效验，s 垃数 鬟整，l 鬣停查证) 。 m i f a r e l i g h t 、m i f a 嗽l 。 喈尔滨t 业大学工学顺士学位论文 菇频鞭窜i1 3 筠m h z 。 工作温魔；一2 0 。c + 7 0 9 c 。 存储温腱：一4 0 + 8 5 。 鼗据通瀑：1 0 6 k b p s 撩作霆垂褰：1 0 0 硅珏。 3 , 3 2 模块弓i 脚 管脚与4 0 引脚d i p 集成电路兼昝。尺寸：5 6 r a mx4 6 m mx8 r a m ，弓l 脚说 赡热表3 - 6 。 袭3 - 61 1 1 6 穰浚弓 群浼明 脚号粥称说明脚号名称说明 l t x l 天绒t x i 4 0n c 2g n d 电源避 3 8n c 3t x 2 天线t x 2 3 6k l n t 蠢卡中攀 4g n d 电源地 3 5n c 5r x 无线r x 3 4t x 串阴输出 1 8a n d 电源地 3 3r x 串口输入 l 垫好n d 毡源缝 2 2n c 2 0十s v 电源+ 5 v 2 l5 v 魄滔5 v l 脚、3 脚分别接外部电路的两根发射天线t x l 、t x 2 ，2 脚、4 脚、1 8 脚、l 譬器g 接地。2 0 嬲、2 l 脚接5 伏魄滚，5 驻接接i l 臭天线r x ，3 3 脚、3 4 脚 接镦楚理器窜牙器翡羧发溃，其余各脚不接终滚路。笾遣踌肉帮豢a 了 p h l i p s 公司的模块级读卡核心芯片m c m 5 0 0 。该薜片是读卡器二i = 作的基础， 下面对该芯片的有关内容加以说明。 3 。4 读素穰心蕊簧 3 4 。lm c m s 0 0 模块号l 脚特性 该模块麴霉l 灏簿襄翔寝3 。7 ，表中：l 一表示输入雩l 辫，o 一臻遗弓l 辩， 8 u p p l y 一电源供电，】0 双向引脚，p u 一袭示内部有上披电阻，n d 一 珥i 脚暂时未使用，引脚3 、5 、7 、9 、1 2 、1 4 、1 6 、1 8 、2 0 、2 3 - 一3 0 各脚暂时 浚禽臻【4 鞘。 堕尘堡三些盔誊三茎竺圭兰竺鎏基 表3 7m c m 5 0 0g l 瓣翻 引脚引脚名类型功能 1n f a u s e lo 串行输出驱动r f l 2n w rl 写信号健自斌 4n r dl 读售号馊缝端 6m o d e 并行协议模式，高电平 8n c si 片选信号，低电平有效 1 0c si 片选信母。高电平有效 nk o m p ll r f i 的比较输入端 1 3d g k d 数字毫黪接恁 1 5d v d d 电源端，斗5 v 1 7r f v d d 1 2 v 电源，供r f 1 9r f g n d r f 射频电路接地端 2 lr x k o m po 射频单元傣号输出端 2 2x g 鹾p 8l r f 0 魏蹴较爨簸a 端 3 lt x n f i a u s el c m o s 兼容电平输入 3 2n p a u s e do 串行输出，驱动r f 0 3 3a 0l a o a 3 四位地址线 3 4d 0 i o 敏向数掇线 3 5 a il a o a 3 鞲侥缝蛙线 3 6 d 1i ，o 双向数播线 3 7a 2ia 0 a 3 四位地址线 3 8d 2i ，o双向数搬线 3 9a 3la 0 a 3 靼位地址线 4 0 d 3l 胎 双囱数爨线 4 la l ei地址锁襻信号 4 2d 4 i ，0 双向数据线 4 3 u s e a l el 地址选择器信号 4 4d 5l 船 取匈数攥绞 4 5 n i r q o 中断请求，低电平有效 4 6d 6i ，0双向数播线 4 7b p后备电源，保护密码 4 8d 7i ，o般向数搬线 3 4 2 模块性能 ( 1 ) 工作频率：1 3 5 6 m h z 。 ( 2 ) 标凇蛉+ 1 2 v 电源供电。 ( 3 ) 读筲卡片距离可达1 0 0 m m 淡上。 ( 4 ) 与卡片的通信速率可达1 0 6 k j 3 p s 。 。1 6 ( 5 ) 模块与卡片通餐辩，数据细密。 ( 6 ) 每个扇区设有3 套密码及其认证和密码存储器。 ( 7 ) 有防卡片重叠功能。 ( 8 ) 1 6 令字苓魏f i f o ( 先进竟文) 麸列接收笈送缓狰寄存器。 ( 9 ) 在模块与卡片通信时自动橙豢错误，自动对数据流进行分析。 o o ) 对r f ( 射频) 灏道自动监控。 ( 1 1 ) 内建8 位1 6 惶的c r c 协处理器，提供c r c 运算，奇偶校验等用 予数据传埝安全瓣诗算与检验。 ( 1 2 ) 支持多种方式的活动天线，并且不需要天线调节系统。 ( 1 3 ) 可遥控，级联m c m 5 0 0 模块。 ( 1 4 ) 工作温度范围在：- 2 0 - - + 7 0 度。 3 4 3 m c m $ 0 0 内榱寄存器 m c u 是通过对m c m 的内部寄存器读写来控制m c m 的。熬有1 6 个寄存 嚣可读写。在对m c m 遴行搽俸鞋，器鸯莓器担受港不薅的功能秘作用，并虽 不是辑有的寄存器都是可写或可读的，有些寄存器最畿读丽不辘臀，有些羯瘦 之。m c m 的内核特殊寄存器见表3 8 。 袭3 - 8m c m 内核特殊寄存器一览表 毒存嚣岛逮秘凌骂 d a t ao l hr e a d - b y t ew r i t e b y t e s 1 、a c a n 0 2 hd v t e p e c e b e a e s o r r f s - 一lln r f a f e n a b l e0 3 hn alp r c e c r ， 8 e n t s0 4 |敞器l c o u n 孓一s 掇d b c n t r0 5 n ab i t _ c o ir n r e c e i v e b a u d r a 丁e0 6 hn a111b r t o c0 7 hn ，at i m e o u t c o u n t e r m o d 0 鬈 k 琏ll0 0 0 p 2 p l 鞠 c r c d a t a0 9 hc r c - b y t e - r e a dc r c b y t 善一w r i t e c r c s l a c o n0 a h c v 二一c z c 8 - - c r k e y d a l t a0 b hn ak e y - b y t r - w r i t e 炷y s l a c o no c a l 0 一k s lk s 0 k e y a d d ro d 辩n &a l a b a 5 a 4 a 3a 2 a 1a 0 r c o d eo e hn ，a00 r c 】r c 0 黧奎鎏三、业尘耋墨薹堡圭兰堡鲨耋 特殊寄器器懿其俸说蛹麴下： d a t a 窬存器 任何传递剔m i f a r e 卡的数据域来自m i f r a e 卡的数攒，都必须写入 d a t a 寄存搽竣簌d a t a 寄存器中读离。m c u 海卡片写数撰霹，数据努矮先 写入嚣d a t a 寄存器中，在m c m 与m i f a r e 卡片闽进行邋信，由卡片上 的a s i c 将d a t a 寄存器中的数据读取并存放在卡片指定的存储器中，从而 完成m c u 向m i f r a e 卡片写数据的过程。 要簧送d 式f a 毒毒器中数据；刚蓠毙磐颈设定要餐辏数攒懿夫枣，对 b c n t s 寄存器进行有效的设置。 e n a b l e 窬存器 e n a b l e 毒存器的设鼹影晦卡片在通信时的奇偶校验和c r e 的校验。在 e