（机械设计及理论专业论文）大容量sim卡的移动应用研究.pdf

北京邮电大学硕士硕士学位论文 缩略语 a c k a p d u a p i a s c i i a s i c a t r b i t c a p d u c c r c h v c l a c l k c o s d b d e s d f e f f i d i m e i i m s i i n s i s d n i s o m a o s m e o s p 1 ，p 2 ，p 3 p c p i n p u k r a p d u r f u r n d s c s i m s m s s w l ，s w 2 u s b 确认 应用协议数据单元 应用编程接口 美国信息交换标准码 特定用途集成电路 复位应答 位，比特 命令a p d u i c 卡阅读器 持卡人认证 类 时钟 智能卡操作系统 数据库 数据加密标准 专用文件 基本文件 文件识别符 国际移动电话设备的一致性 国际移动电话用户的一致性 指令，命令 综合服务数字网 国际标准化组织 基于大容量s i m 卡的移动应用 移动设备 操作系统 参数1 ，2 和3 个人计算机 个人识别码( 号) 个人开锁密钥 响j 立a p d u 留作备用 随机数 智能卡 用户识别模块 短消息服务 状态字1 ，2 通用串行总线 4 北京邮电大学硕士硕士学位论文 独创性( 或创新性) 声明 本人声明所呈交的论文是本人在导师指导下迸行的研究工作及取得的研究 成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不 包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京邮电大学或其他 教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任 何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 申请学位论 本人签名： 处，本人承 日期： 关于论文使用授权的说明 学位论文作者完全了解北京邮电大学有关保留和使用学位论文的规定，即： 研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京邮电大学。学校有权保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许学位论文被查阅和借 阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它 复制手段保存、汇编学位论文。( 保密的学位论文在解密后遵守此规定) 保密论文注释：本学位论文属于保密在一年解密后适用本授权书。非保密论 文注释：本学位 本人签名： 导师签名： 适需! 羔堕生日期：p 歹- | 7 日期：越丝匕 北京邮电大学硕士硕士学位论文 基于大容量sim 卡的移动应用研究 摘要 随着智能卡技术的发展，新型的大容量高智能化智能卡已经使得s i m 卡成为 个人信息存储和增值业务承载平台，然而由于相关的规范和标准还没有随之更 新，使得该种新产品的诸多优越特性不能得到有效的应用。本课题已解决此类问 题为目的，通过扩展机卡通信的协议和建立应用从而在终端上能够充分运用新型 s i m 的各种新的业务。 本文就是从这个角度出发，首先从理论基础的角度出发，研究了现有的机卡 通信的标准和规范，调研了市场上的多种平台的移动通信终端对s i m 卡的操作 方式的异同点，继而从解决本课题的核心即机卡通信的数据通道出发，在现有的 规范和标准的框架内扩展通信协议，同时分别在s i m 卡内和终端上开发相应的 应用程序。最后在严密的理论分析和详细的技术研究本课题得到了实现为产品的 机会并且通过相关验证。 本文不仅从理论的角度论述了m a o s 系统的理论，而且从产品开发的角度 对m a o s 系统的应用与实现给与了简单的阐述。本文的第一章介绍了m a o s 系 统提出的背景和基本情况，第二章介绍了m a o s 系统相关的技术基础，第三章 和第四章分别从理论分析角度和实际设计实现的角度深入的论证了m a o s 系统 的核心即基于内存交换技术的数据通道的设计和实现，第五章通过对m a o s 系 统形成的产品验证来回顾m a o s 系统的作用和特点。 关键字：m a o s ，智能卡，a p d u ，数据通道 北京邮电大学硕士硕士学位论文 a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to ft e c h n o l o g yi nt h ef i e l do fs m a r tc a r d ，t h en e ws m a r t c a r d sw i t hl a r g es t o r a g ea n dl f i g hc o m p u t i n gc a p a c i t ya tt h ec h i pl e v e lb e c o m e p e r s o n a li n f o r m a t i o ns t o r a g ec e n t e ra n dn e wv a sl a u n c hp l a t f o r m h o w e v e r , s i n c e t h er e l e v a n ts p e c i f i c a t i o n sa n ds t a n d a r d sh a v e n tb e e nu p d a t e da c c o r d i n g l y , c u r r e n t l y t h ea d v a n c e df e a t u r e sp r o v i d e db yt h en e wt e c h n o l o g y o fs u c hn e wp r o d u c t sc a n n o tb e a p p l i e de f f e c t i v e l y n i sp a p e ra i m s a t s o l v i n gs u c hp r o b l e m sb ye x p a n d i n g c o m m u n i c a t i o np r o t o c o lo fm e s i mc a r di no r d e rt oe f f e c t i v e l yf a c i l i t a t et h e a p p l i c a t i o no ft h en e w b u s i n e s s e so ft h es i mc a r di nt h et e r m i n a l s t h i sp a p e rw i l la d d r e s st h er e l a t e da s p e c t si nt h i sa r e a i tw i l lf i r s ti n t r o d u c et h e t h e o r e t i c a lf u n d a m e n t a l s ，t h e nr e v i e wt h ec u r r e n ts p e c i f i c a t i o n sa n ds t a n d a r d so f m e s i mc o m m u n i c a t i o na n da n a l y z et h es i m i l a r i t i e sa n dd i f f e r e n c e so fs i mc a r d o p e r a t i o n sm e t h o d so fd i f f e r e n tm o b i l ec o m m u n i c a t i o nt e r m i n a l sp l a t f o r m s a i m i n g a t s o l v i n gt h e c o r ei s s u eo ft h i s s u b j e c t ，t h e d a t ac h a n n e lo ft h em e - s i m c o m m u n i c a t i o n ，t h ep a p e rw i l lf o c u so nh o wt oe x p a n dt h ec o m m u n i c a t i o np r o t o c o l b a s e do nt h ee x i s t e d s p e c i f i c a t i o n sa n ds t a n d a r d sa n dd e v e l o pt h ea p p l i c a t i o n p r o g r a m si n s i d eb o t ht h es i mc a r da n dt h et e r m i n a l sa tt h es a m et i m e b a s e do nt h e l o g i c a lt h e o r e t i c a la n a l y s i sa n dd e t a i l e dt e c h n o l o g yr e s e a r c h ，t h es u b j e c tw i l lc o n c l u d e a n dc o m eo u tt h es o l u t i o n sf o rp r o d u c t sr e a l i z a t i o na n dv e r i f i c a t i o ni nr e a l i t y ，n l i sp a p e rw i l ln o to n l ys p e c i f yt h em a o ss y s t e mf r o mt h e o r e t i c a lp e r s p e c t i v e b u ta l s oc o v e rt h ea p p l i c a t i o no fm a o ss y s t e mi nr e a l i t yf r o mp r o d u c td e v e l o p m e n t p e r s p e c t i v e t h e1 吼c h a p t e rw i l l i n t r o d u c et h eb a c k g r o u n da n db a s i ci n f o r m a t i o no f t h em a o ss y s t e m ；t h e2 “oc h a p t e rw i l la d d r e s st h er e l e v a n tt e c h n o l o g yf u n d a m e n t a l o ft h em a o ss y s t e m ；a n dt h e3 哪a n d4 mc h a p t e rw i l la n a l y z ei nd e t a i l st h ec o r ei s s u e o ft h em a o ss y s t e m ，t h ed e v e l o p m e n ta n dr e a l i z a t i o no ft h ed a t ac h a n n e lb a s e do n t h e e x c h a n g et e c h n o l o g y o fv i r t u a lm e m o r y , f r o mb o t ht h et h e o r e t i c a la n d d e v e l o p m e n tr e a l i z a t i o np e r s p e c t i v e s t h e f i n a l5 m c h a p t e r w i l lr e v i e wt h e c h a r a c t e r i s t i c sa n df u n c t i o n st h eo ft h em a o ss y s t e mb yp r o d u c tv e r i f i c a t i o no ft h e m a o ss y s t e m k e yw o r d s ：n 认0 s ，s a m r tc a r d ，a p d u ，d a t ac h a n n e l 2 北京邮电大学硕士硕士学位论文 第一章绪论 1 1m a o s 系统的概述和特点 m a o s 系统是“基于大容量s i m 卡的移动应用( m o b i l e a p p l i c a t i o n so ns i m ) 系统”的简称。m a o s 系统是对传统的移动通信终端与s i m 卡通信协议的补充 和扩展，其基本原理是在移动通信终端上利用扩展后的通信协议实现大容量s i m 卡提供的高性能、大容量、安全可靠和智能化程度高等移动信息存储的独特而优 越的功能。 s i m 卡作为智能卡的成员从问世到现在已经有4 0 年的历程，随着通信技术 的迅速发展和应用的普及，对其要求越来越高，主要集中在容量、性能和安全性 等方面。随着电信应用和服务的开展，大型的新型移动增值业务对数据计算和数 据吞吐量提出了新的挑战。把这些应用和服务整合到移动通信终端上既造成高昂 的成本又不利于运营商的统一控制。新型的大容量高智能化的s i m 卡应运而生， 然而由于一直应用的移动通信终端和s i m 卡的通信协议约束，在传统的通信协 议下仍然不能完全体现出新型的大容量高智能化的s i m 卡的特点。本课题就是 以应用大容量高智能化的s i m 卡为基础并在现有的机卡通信协议的基础上进行 扩展，以使得大容量高智能化s i m 卡的功能得到充分应用。 m a o s 系统的特点是把协助大容量高智能化的s i m 卡完成从单纯的移动通 信智能卡到智能移动存储终端的功能的转换；同时从移动通信中从属的角色转换 成移动通信的核心。 1 2 国内外的研究现状及发展趋势 随着无线通信技术的飞速发展和广泛应用，各种各样的移动增值业务应用 相继出现。其中比较典型的有两类：基于移动终端的应用和基于智能卡的应用。 前者虽得到了一定程度的发展，但由于很少受运营商的监管，因此得不到运营商 的大力支持；而基于智能卡的应用，由于其集成在智能卡内，完全受运营商的监 控，因此，比基于移动终端的应用更容易得到运营商的支持，从而得到大面积的 推广。 但是，由于受到包括智能卡的处理能力、通信手段和容量在内的诸多技术条 件的限制，导致目前基于智能卡的应用只能提供功能简单、模式单一的应用，典 型的如s i m 卡应用工具箱( s a t ，s i m a p p l i c a t i o nt o o l k i t ，或简称s t k ) 只能提 供纯文字菜单式的显示。这与基于移动终端的应用发展形成了很大反差，与整个 5 北京邮电大学硕二e 硕士学位论文 移动通信行业的飞速发展脱节。 针对这种情况，已经出现多种具有超大容量的智能卡，其容量通常以兆字节 为单位计，远大于目前市面上的普通智能卡( 最大容量为2 5 6 k 字节) 。从而使得 在智能卡上开发和部署大量新的应用成为可能。但由于目前移动终端与智能卡之 间仍然采用i s o i e c7 8 1 6 以及移动通信有关协议，导致其通信手段和模式仍然 单一，仍无法满足这些应用的通信要求。 目前，移动终端访问智能卡中数据的方法如图1 所示。 i s o 以e c7 8 1 6 a p d u a p i ：a p p l i c a t i o np r o g r a m m i n gi n t e r f a c e 。应用编程接口 s t k ：s i ma p p l i c a t i o nt o o l k i t ，智能卡应用工具箱 a p d u ；a p p l i c a t i o np r o t o c o ld a t au n i t ，应用协议数据单元 基于s i m 卡的应用 a p i 操作系统 驱动 c p u 内存输入输 i i 图1 ：传统移动终端应用访问智能卡数据的结构示意图 移动终端与智能卡问的通信完全通过移动终端的基带处理器来完成，其底 层物理传输通道遵循i s o i e c7 8 1 6 3 、4 标准。在实际操作中，移动终端上层应 用或其它终端( 如p c ) 将a t 命令发送给基带处理器，基带处理器再将其转换 成符合i s o i e c7 8 1 6 标准的a p d u ( a p p l i c a t i o np r o t o c o ld a t au n i t ，应用协议数 据单元) 命令将其发送给智能卡，来实现命令的执行和数据的传输。 3 g p p t s ( 第三代移动伙伴计划技术规范) 0 7 0 7 规范中定义了适用于移动 终端的a t 命令集。除了一些针对具体应用的专用命令外，如选择电话本存储空 问等，还有两条通用a t 命令可用于直接向s i m ( 用户识别模块) 卡发送a p d u 命令。这两条命令分别是：c s i m 和c r s m 。其中，c s i m 是通用s i m 访问( g e n e r i c s i ma c c e s s ) 命令，通过此命令移动终端可以向s i m 传输和返回所有符合g s m 1 1 1 1 规范中的a p d u 命令；而c r s m 是受限s i m 访问( r e s t r i c t e ds i ma c c e s s ) 命令，只可以传输g s m l l 1 1 规范中指定的六条命令，包括读更新二进制 ( r e a d 厂i7 p d a t eb i n a r y ) 、读更新记录( r b m 舢p d a t er e c o r d ) 、取响 应( g e tr e s p o n s e ) 、获取状态( s t a t u s ) 等。 由于直接向智能卡发送a p d u 的a t 命令都是可选命令，并非所有的基带处 理器都提供对它们的支持。即便提供，如果移动终端的操作系统或m m i ( 人机 接口) 不对上层应用软件提供相应的应用编程接口( a p i ，a p p l i c a t i o np r o g r a m m i n g 北京邮电大学硕士硕士学位论文 i n t e r f a c e ) ，移动终端的应用软件仍无法使用所述a t 命令来建立一种统一的、通 用的可以直接访问智能卡内数据的通道。目前的实际情况是这两种可能性均存 在，即有些基带处理器不支持直接向智能卡发送a p d u 的a t 命令，有些移动终 端操作系统不向上层应用软件开放所述命令的接口。基于此，从通用性和兼容性 的角度来看，移动终端的上层应用软件不能采用直接向智能卡发送a p d u 的a t 命令的方式来访问智能卡，只能借助移动终端当前提供的访问智能卡的功能或接 口来实现数据文件的传输，以便在移动终端上建立各种基于智能卡的移动增值 应用，如图示2 所示。 基于s i m 卡的应用 a p i 操作系统 驱动 c p u 内存输入输出 1 5 u ，j e o7 8 i o a p d u 图2 ：移动终端应用访问智能卡数据的访问模型示意图 此外，由于a p d u 命令格式本身的限制，智能卡文件的最大容量不超过6 4 k 字节，而a p d u 每次传送的字节数不超过2 5 6 个，如此小的文件容量和数据传 输量导致无法在智能卡实现复杂的应用，比如图形化的应用。因此，有必要扩展 智能卡可以容纳和传输的数据容量，尤其是要解决如何利用标准的i s o i e c7 8 1 6 接口来传输大容量数据。 1 3 课题的提出及其意义 为了实现协助大容量高智能化s i m 卡完成从单纯的移动通信智能卡到智能 移动存储终端、从移动通信的从属到移动存储的核心的转变，为了使运营商能够 更大程度的集中地控制业务的开发和服务的开展，本论文提出了把部分手机定制 业务和服务从移动通信终端转移到s i m 卡上并扩展机卡通信协议在移动通信终 端完全实现；本论文提出了把s i m 卡作为一个智能移动存储终端来应用，把个 人的移动通信相关信息更安全地存储在大容量高智能化s i m 卡上，安全可靠的 保护个人移动通信的相关记录和资料以及个人私密信息的有效保护。 本课题的实现无论对移动通信运营商还是移动通信用户来讲都具有重大的 意义。从移动运营商的角度出发，在成本方面用s i m 卡代替定制终端作为业务 和服务开展的载体不仅从成本上得到了有效的控制而且从执行力和执行效果方 7 北京邮电大学硕士硕士学位论文 面将能够取得更为有效的效果，同时还可以通过o t a 方式动态的更新业务和服 务。从移动通信用户的角度出发，个人的移动通信相关信息将存储在s i m 卡上， 同时利用s i m 的安全机制更为安全的保护个人的信息，真正做到个人信息的移 动存储，同时m a o s 系统还将提供用户有选择的接入机制和私密信息保护，使 得个人的移动通信行为真正做到定制化和个人化。 1 4 本课题的工作 本课题的工作主要分为三大部分： 第一部分是移动通信终端和s i m 卡的通信协议的扩充；第二部分为移动通 信终端的软件的设计和开发；第三部分为s i m 卡端操作系统修改和应用程序的 设计和开发。 本人主要负责本课题的第一部分即在移动通信终端和s i m 卡之间建立基于 i s 0 7 8 1 6 上的数据通道和机卡通信的协议的扩展和补充。 通过这三个部分过的整合将实现整个m a o s 系统的完整应用，达到本课题 所预期的功能，体现本课题所预期的意义。 8 北京邮电大学硕士硕士学位论文 第二章机卡通信协议及s i m 卡内文件系统分析 2 1 机卡通信协议分析 2 1 1s i m 卡通信协议描述 s i m 卡采取接触式通信接口，即通过金属管脚直接与读写设备相连，由此为 s i m 卡提供电源、复位信号、时钟信号以及数据输入输出。其管脚定义图和管脚 名称如图1 所示。 ( iv 铷t 5t j n i 】 ( 2r 譬l t v 绺 ( 。j( l kt 7t ；o l 0 4r f 。u t k “ i j 图3 ：s i m 卡管脚定义和名称 数据以异步半双工方式经i o 线在终端和卡间双向传送。由终端向卡提供时 钟信号，并以此来控制交互的时序。在现行的i s 0 7 8 1 6 标准中对信息交互的数 位和字符规定了t = 0 和t = i 两种传输协议。 t = 0 是异步半双工字符传输协议，t = i 是异步半双工块传输协议，这两种协 议的区别在于他们数据传输的单位和格式不一样：t = 0 协议一单字节的字符为基 本单位，t = i 协议则以有一定长度的数据块作为传输的基本单位。s i m 采用的是 t = 0 异步半双工字符传输协议。 i o 线上所用的数位宽度被确定为基本时间单位( e t u ) ，数据在f o 线上以 字符帧传送，一个字符帧包含1 0 个相连的数位，其结构图4 所示： 起始位奇偶位下一个起始位 z i 0 a i _ c n 。埘。t 。 图4 ：字符帧 9 北京邮电大学硕士硕士学位论文 一个字符帧包含一个状态为a 的起始位( 0 t 1 ) 、8 数位组成的数据字节( b 。_ u h b ) 和一位奇偶校验位( b i ) 。起始位由接收端周期性对i o 线采样检测，采样的时间 小于或等于0 2 e t u 。在一个字符帧内，从它的起始位的前沿起到第n 位后沿间的 时间为( n 0 2 ) e t u 。两个连续字符上升沿之间的延迟至少是1 2 e t u 起始位存在 的核实必须在0 7 个e t u 之内进行，相继的各位必须在( n + 0 5 + 0 2 ) e t u 区间内 被接收。 在一个字符帧内，从它的起始位前沿起到第n 位的后沿间的时间是( n 0 2 ) e t u 。 相连两个字符帧的起始位前沿之间的区间包括了字符宽度( 1 0 0 2 ) e t u ， 加上保护时间。在保护时间内，s i m 卡和m e 二者都处于接收方式( i o 线处于 状态z ) 。 在接触式的通信模式下，当卡片上电后需要终端发送复位信号，卡被复位后， 用一串称之为复位应答( a t r - a n s w e r t or e s e t ) 的字节应答。这些字节传达给终 端的信息规定了卡与终端之间要建立的通信的某种特性。在复位应答之后，卡和 终端采用a t r 里所约定的通信协议进行通信，比如传输率的大小、是t = 0 或者 t = 1 等其它。 在复位应答期间，卡发出的两个连续字符的上升沿问的延迟不超过9 6 0 0 e t u ， 这个最大值被称为“初始等待时间”。 在复位应答期问，下列字符的重发过程取决于协议类型，该过程对使用协议 类型t = 0 是强制性的，对于接口设备和其他卡来说是可以选择的。 当奇偶差错时，在( 1 0 5 0 2 ) e t u ( 接收方时间) 时，收方传送一个状态 为a ，最少为l e t u ，最大为2 e t u 的差错信号，然后收方将等待对有争议的字符 重发。 为了检测到一个差错信号，法方将检查i o 电路在( 1 1 0 2 ) e t u ( 发送方 时间) 时的状态，例如字符的上升沿之后： 如果i o 为状态z ，即假定为正确接收； 如果i o 为状态a ，即假定传输是不正确的。在检测到差错信号后的至 少2 个e t u 的延迟之后发送方重复该字符。 如果卡没有重发字符 卡忽略接口设备来的错误信号并不应受其破坏； 接口设备应能启动重复整个复位操作。 2 1 2 传输数据单元 在传输层，读写设备与s i m 卡的通信是通过命令响应对实现的，即读 写设备主动的给卡发送命令，卡被动的对命令做出响应。该传输协议所使用的应 用协议数据单元a p d u ( a p p l i c a t i o np r o t o c o ld a t au n i t ) 分为根据命令响应 对的模式分为命令a p d u 和响应a p d u 。 读写设备发送命令时，首先发送5 字节的命令头，接着在过程字节的控制下， 在卡和读写设备之间单向的传输可变长度的数据字节。读写设备和卡可以根据5 1 0 北京邮电大学硕士硕士学位论文 字节的命令头判断出具体的传输方向。 命令a p d u 的命令头由5 字节组成：c l a 、i n s 、p 1 、p 2 和p 3 ，其一般格 式如下： l c l a i i n s i p 1 i p 2 i p 3 i c l a ：是指令的类别，“a 0 ”用于g s m 应用 i n s ：是命令代码，不同的命令有不同的i n s ，i n s 的高四位不能使6 或者9 p 1 和p 2 ：是命令所包含的两个可能用到的参数 p 3 ：代表该命令需要传输的数据( 可能是输入给卡也可能是从卡中输出) 的 长度。 如果该命令是一条输出数据( 对卡而言) 的命令，p 3 = o 表示要求卡输出2 5 6 字节的响应数据； 响应a p d u 的一般格式如下： l 数据 ls w lls w 2i s w l 和s w 2 ：是指示命令结果成功与否的状态字 2 1 3a p d u 命令编码 下面的表1 给出了命令编码。s 和r 指出了数据的传输方向，这里s 表示数 据被终端发送，r 表示数据被终端接收。偏移量代码占用两个字节，这里p 1 为 高字节，p 2 为低字节。“0 0 0 0 ”表示没有偏移量并且读更新从第一个字节开始， 而“0 0 0 1 ”表示从第二个字节开始。 表1 ：g s m 命令编码表 c l ai n sp 1p 2p 3s r s e l e c ta 40 00 00 2s r s t a t u sf 20 00 0 长度 r r e a db i n a r yb 0 高偏移字节低偏移字节长度 r u p d a t eb i n a r y d 6 高偏移字节 低偏移字节 长度 s r e a dr e c o r db 2 记录号方式长度 r u p d a t er e c o r d d c 记录号方式 长度 s s e e ka 20 0 类型方式长度 s r i n c r e a s e3 20 00 00 3s 瓜 v e r i f yc h v 2 00 0 c h v 号码 0 8s c h a n g ec h v 2 4 0 0 c h v 号码 1 0s d i s a b l ec h v2 6 0 0 0 10 8s e n a b l ec h v2 80 00 10 8s u n l o c kc h v2 c0 0 0 0 ( c h v l ) 0 2 ( 1 0s c h v 2 ) i n v a l i d a t e0 4 0 00 00 0 r e h a b i l i t a t e4 40 00 00 0 r u ng s m8 80 00 01 0s r a l g o r i t h m 北京邮电大学硕士硕士学位论文 s l e e p f a0 00 00 0 g e tr e s p o n s ec o0 00 0 长度 r 2 1 4 卡返回状态条件 s i m 卡用命令的响应状态字s w l 、s w 2 通知移动设备命令执行的结果。 2 1 4 1 正确执行的命令的响应 s w ls w 2 描述 9 0 0 0 一指令正常结束 一指令正常结束，并通知移动设备有主动命令 9 1 x x 作为附 加信息，x x 为响应数据的长度 一s i m 卡数据下载出错，响应数据的长度为 9 e x x x x 9 f x x 一长度为x x 的响应数据 2 1 4 2 命令延时的响应 s w ls w 2 描述 一s i m 卡应用工具箱忙，当前命令不能执行， 9 3 0 0 稍候可以尝试正常的指令 2 1 4 3 存储器管理 s w ls w 2描述 一命令正确执行，但是经过x 次重写之后才 9 2 0 x 成功 9 2 4 0 一存储器问题 2 1 4 4 索引管理 s w ls w 2 描述 9 4 0 0 一没有e f 文件被选中 9 4 0 2 一地址超出范围( 无效地址) 一文件标识符没有找到 9 4 0 4 一匹配字符没有找到 9 4 0 8 一文件和命令矛盾 2 1 4 5 安全管理 s w ls w 2 描述 9 8 0 2 c h v 没有初始化 一访问条件不满足 一c h v 校验不成功，最少还有一次机会 9 8 0 4 一u n b l o c kc h v 校验不成功，最少还有一次 机会重试 一鉴权出错( 见备注) 9 8 0 8 一c h v 的状态矛盾 1 2 北京邮电大学硕士硕士学位论文 9 8 1 0 一与禁止状态矛盾 一c h v 验证不成功，没有机会重试 一u n b l o c kc h v 校验不成功，没有机会重试 9 8 4 0 一c h v 锁住 一u n b l o c k c h v 锁住 9 8 5 0 一i n c r e a s e 命令不能被执行，达到最大值 2 1 4 6 与应用无关的错误 s w ls w 2 描述 6 7 x x 一p 3 参数错，x x 代表应有的数值 6 b x x 一p 1 或p 2 参数错 6 d x x 一命令中有未知的指令代码 6 e x x 一命令中有错误的命令类型 6 f x x 一不能给出原因的技术问题 2 2s i m 卡内文件系统结构分析 s i m 卡内文件结构是遵循g s m l l 1 1 协议来组织的。 2 2 1 概述 图5 是s i m 卡内文件的逻辑结构图。可以看出，文件按分层结构组织，共有 三种类型，可能是管理文件或应用文件。操作系统可以处理和访问不同文件中的 数据。 图5 ：s i m 卡内文件的逻辑结构图 文件标识符通常用于寻址或者识别特定文件，文件标识符由两个1 6 进制字 节组成， 第一个字节代表文件的类型，在g s m 系统中： 3 f ：主文件； 1 3 北京邮电大学硕士硕士学位论文 7 f ：第一级专有文件； 5 f ：第二级专有文件； 2 f ：主文件下的基本文件； 6 f ：在第一级专有文件下的基本文件； 4 f ：在第二级专有文件下的基本文件。 文件标识符应该符合下列条件： 文件标识符应该在相关文件建立时分配； 同一个父目录下的两子文件不应该有相同的文件标识符； 子文件和任何父文件，或直接或问接，不能有相同的文件标识符。 按此规则标识的文件都具有唯一标识。 2 2 3 专有文件( d f ) 专有文件是一个具有许多文件的功能性分组，它由自身和所有在其上层结构 中含有该专有文件的文件组成( 即由d f 及其完整子树组成) 。专有文件只有文 件头，没有文件体。 本规范定义了两种第一层的专有文件： 幻d f g s m ：包含g s m 和d c s l 8 0 0 两种应用的专有文件； b ) d f t e l e c o m ：包含了电信服务的应用。 这两个专有文件都是主文件的直接子文件，并可共存于一个具有多功能应用 的s i m 卡中。( 若只有这两个一级d f ，则不会有“多功能应用卡”) 2 2 4 基本文件( e f ) 一个基本文件由文件头和文件体组成，下列三种结构的基本文件在g s m 系 统中有所应用。 2 241 透明基本文件 透明结构的基本文件由一系列的字节组成，如图5 所示。当需要对文件进行 读写操作时，需要给出偏移量和被读写字节的长度作为寻址的参考，偏移量表示 字节的起始位置。透明文件的第一个字节的相对地址为0 0 0 0 。透明文件的文 件体总长度要在文件头中定义。 文件头 文件体 字节序列 图6 ：透明的e f 文件 2 24 2 线性定长基本文件 线性定长基本文件由一系列具有相同( 固定) 长度的记录组成。第一个记录 的记录号为1 ，如图7 所示。一个线性定长基本文件的总长度等于每个记录的长 1 4 北京邮电大学硕士硕士学位论文 度与总记录数的乘积。 文件头 记录1 记录2 记录n 图7 ：线性定长的基本文件 访问线性定长基本文件的记录有下列4 种方法： a ) 根据记录号访问； b ) 当没有设置记录的指针时，则使用n e x t 或者p r e v i o u s 的访问模式对第 个或者最后一个记录进行操作； c )当记录指针已经设置好了，则对于这个记录，上一个记录( 除非记录指针设 置在第一个记录上) 和下一个记录( 除非记录指针设置在最后一个记录上) 均可进行操作； d ) 采用匹配字符查找一个记录： 1 ) 从文件的头部正向查找； 2 ) 从记录指针指向记录的下一个记录丌始正向查找( 除非记录指针设置在最 后的记录上) ； 3 1 从文件的尾部开始反向查找； 4 ) 从记录指针指向记录的上一个记录开始反向查找( 除非记录指针设置在第 一个记录上) 。 若选择记录的操作失败，则记录指针将保持原设置指针位置不变。此外还有 2 点需要注意的： 1 ) 线性定长的文件中，总记录数不能超过2 5 4 个，记录长度不能大于2 5 5 个 字节。 2 ) 这种结构的文件在g s m 系统中被视为“己格式化 文件。 2 2 4 3 循环结构基本文件 循环文件按照时间顺序存储记录，当所有记录空间都存储了记录，则新记录 将覆盖最旧的记录信息。 循环文件由具有相同( 固定) 长度的记录组成，如图8 组成。在最后一个记 录和第一个记录之间存在一种逻辑关系。当记录指针指向最后一个记录n 时，则 下一个记录的号码就成为记录1 ；反之当记录指针指向记录1 时，则上一个记录 为记录n 。包含有最新更新数据的记录设置为记录1 ，最旧记录设置为记录n 。 1 5 北京邮电大学硕士硕士学位论文 图8 ：循环结构的基本文件 对于循环文件的更新操作仅有p r e v i o u s 模式被支持，当选择了循环文件 之后，记录指针应该始终指向最新被u p d a t e 或i n c r e a s e 的记录处，若对循 环文件的操作失败，则记录指针将维持原位置不变。 此处应注意：循环文件中，总记录数不能超过2 5 5 个，记录长度不能大于 2 5 5 个字节。 1 6 北京邮电大学硕士硕士学位论文 第三章m a o s 系统数据通道理论分析及设计 3 1m a o s 系统数据通道理论分析 通过对机卡通信的研究和对终端平台的分析本系统的方案可以从以下3 个 方法开展。我们通过对每个方案的认真研究来甄选出一个最优的方案用于m a o s 系统。 3 1 1 直接扩展i s 0 7 8 1 6 命令 i s o7 8 1 6 协议基于命令响应的主被动模式，其现有的命令均为主动设备要 求卡执行某种操作。在现有的i s o7 8 1 6 现有的命令中，不能实现数据的直接传 输。因此，需要扩展i s o7 8 1 6 命令，移动通信终端使用扩展的命令将数据发送 至s i m 卡，并使用扩展的命令取回s i m 卡需要发送至终端的数据。以此实现在 i s o7 8 1 6 接口上的直接数据传输。该实现方式的特点有： 幻不受现有i s o7 8 1 6 命令的限制； b 1 可以在i s o7 8 1 6 接口上，以最高效率实现数据传输； c ) 因扩展了i s o7 8 1 6 协议中的命令，所以需要修改和扩充卡和手机端的 i s o7 8 1 6 协议层驱动程序； d ) 扩展的命令目前无法作为标准推出，因此难于获得大多数终端( g s m 模 块) 的支持。 3 1 2 采用虚拟文件的方式 首先在s i m 卡中实现三个虚拟文件以实现数据交换。文件类型为透明基本 文件，三个文件的作用分别是用于向s i m 卡内传输数据、从s i m 卡内传出数据 和记录错误状态。实际上，这几个文件都可以仅仅是一个虚拟文件，只有文件名， 没有实际为其分配存储空间。将其与常用的a p d u 命令绑定，就可以形成用于 传输大容量数据的专用a p d u 命令，由移动通信终端和s i m 卡负责对这些专用 a p d u 命令的具体含义与功能进行解释和执行。 由于本方案是在大容量高智能化的s i m 卡上建立应用，而该种类型的s i m 卡已经突破了传统s i m 卡的大小不得超过6 4 k 字节的限制，所以可以进行较大 数据吞吐量的交互。 手机终端与s i m 卡之间的数据交换可以是双向的，既可以由手机终端向s i m 卡传输数据，也可以由s i m 卡向手机终端传输数据。但由于a p d u 命令是主从 结构，通常是手机终端主动发送a p d u 命令，s i m 卡被动接收和执行a p d u 命 令，并返回执行结果。因此，在本发明中，为了扩大兼容性和适应性，仍然以手 机终端作为主动者，发送a p d u 命令；s i m 卡作为从动者，接收a p d u 。当手 机终端需要向s i m 卡传输数据时，手机终端主动发送a p d u 命令。当需要从s i m 卡中读取数据时，也是由手机终端主动发起读取数据的a p d u 命令。虽然多数 1 7 北京邮电大学硕士硕+ 学位论文 手机终端与s i m 都支持主动式命令，但考虑到手机上层应用对主动式命令支持 和开放的局限性，本发明不采用主动式命令来实现数据交换过程。 如果数据传输出错，则可以重发上次传输的数据；同时也需要在每次a p d u 传送完成后告诉接收端传输数据是否已经传完，是否需要继续传输，为此，需要 为每块需要传送的数据打上传输标识和校验值。数据包格式如图9 所示。 7 7 72 - 7 - 节最多2 5 0 字节 4 字节 ，一一一1 一 7 、 - 7 - 节l 字节 b 8 b 5 ：目的地址 0 0 ：无剩余数据，本次是最后一次传输 b 4 - - b l ：源地由ei 其它：下一次传输的字节数 图9 ：数据包格式说明 最前面2 个字节为传输标识，最后4 个字节为c r c 3 2 校验值，中间为所要 传输的可变长度的数据块，最长2 5 0 字节。传输标识包括两个字节，第一个字节 为逻辑通道，表明本次传输的目的地址和源地址，代表某个具体的应用或文件。 第二个字节为下一个数据块长度标识，用于表明下一次a p d u 需要传输的字节 数，最大为2 5 0 字节；当其值为0 x 0 0 时，表示己无数据可传，本次数据传输过 程结束；当其值为非零值( 不超过0 x f a ) 时，则表明还有数据需要继续传送， 同时也说明下一个a p d u 命令需要传送多少字节。数据块采用c r c 3 2 算法进行 校验，采用级联方式，除第一块数据的校验值就是它本身的校验值外，其它块的 校验值则是本块与前一块两块数据级联结果的校验值。 当手机终端向s i m 卡传输大容量数据时，连续多次地发送u p d a t eb i n a r y 命令，以实现大容量数据传输。s i m 卡接受到由手机终端发送的数据包时，对数 据包进行拆包处理，获取相应的数据块，并对其进行校验；校验成功后，返回成 功执行的状态字节，；否则，返回执行失败的状态字节，并将有关失败的原因写 入用于记录错误状态的文件。手机终端接收到成功执行的响应a p d u 后，继续 发送余下的数据，直至将所有的数据包发送完毕。如果手机终端接收到失败的响 应a p d u ，则暂停发送下一条a p d u 命令，改为读取记录错误状态的文件，分 析原因后决定是否重发或停止。s i m 卡每接收成功一条a p d u 命令，就将接收 的数据块写入到大容量数据文件中保存起来，直至数据最后传完为止。 3 1 3 采取虚拟内存的访问方式 由于本系统是建立在大容量高智能化s i m 卡基础之上的应用，而该类型的 s i m 具有较大的存储空间，所以我们可以对虚拟文件的方案进行改进，用虚拟内 存的方式来代替文件。这样既能做到每次对文件操作的时间的节省又能随机的使 用f l a s h 的擦写而代替文件每次都擦写f l a s h 的