LTE-ISOIEC78163串行通信协议的FPGA实现

1、iso/iec7816-3串行通信协议的fpga实现1引言随着导航定位中数据安全要求的不断捉高，导航数据加密越来越普遍，因此用于数据解密运算的sim卡得 以大量应用。把dsp屮解调数据输入到sim卡中进行解密，就需要转换设备把dsp并行数据转换成符合 iso /iec7816-3串行通信协议能被sim1e确接收的串行数据，转换没备还盂要把sim卡返冋数据转换成 并行数据写入dsp进行处理。另外，随着fpga在性能资源的不断提臥 他在导航方而开始崭露头角。由t fpga具有可重构.可综合 优化等优点，所以选用fpga实现dsp到sim间的数据通信是一个比较理想的方案。2 iso /iec7816

2、-3串行通信协议iso/iec7816-3规定了 ic卡的电气特性和传输协议。由接口设备给ic卡提供电源、复位信号和时钟, 卡和接11设备间通过i / 0端口进行串行通信。i / 0端口共存在两种状态：发送状态和接收状态。ic卡根据通信协议可分为接触式和非接触式两种。接他式ic卡主要采川t=0和t=1通信协议。t=0是异步半双工字符传输协议，t=1是显步半双工块传输协议。接触式ic卡以图1所示的字符帧方式传输。保护耐何图17816-3协议字苻幀格式串行通信是按位传送的，毎位信息宽度定义为基木时间单位etu(elementarytime unit)。在复位应答期间的信息宽度为“初始etu”，为3

3、72个时钟周期。复位应答后的信息宽度称为“当前etu",计算公式为：当前etu其中：f是时钟频率变换因数，d是比特率调整因数，f是时钟频率。在本方案的设计屮，对协议规定字符帧格式的校验位做了调整，在本设计中以©为帧起始位，以作为结 束位。从高电平的结束位到低电平的起始位能确保字符帧止确地传输。3用fpga实现dsp与sim卡间串行通信的方案dsp与sim卡间串行通信实现原理图如图2所示。0（做总枚图2 dsp 4 s1m卡何通信实现原理图由图2可知，dsp通过i/o控制、并/串转换和串/并转换完成对sim卡的信息读写。在此系统屮，两 个转换起到最主要的作用，他们完成并行信息

4、和符合串行协议的串行信息间的转换。fpga实现dsp与sim卡间串行通信的方框图如图3所示。发送fifo f运时simr | i 卜1pai设计分入i图3 dsp与s】m卡间過仕fpga实现方框图fpga设计主要包括dsp与fpga数据通信接口设计、地址译码、fifo缓存、并/串、串/并转换、sim卡输入输出控制等模块。fifo缓存dsp输入数据和串/并转换斤数据，并/串、串/并实现并行数据和串行数据间的转换，sim卡输入输出控制利用发送fifo空标志及时地选通i川路。dsp与sim卡间操作流程如图4所示。田4 dsp与sim卡操作沆税图4 fpga设计中的主要模块及其仿真结果木课题选用ti公

5、司的dsp芯片和altera公司的fpga芯片(ep2s15f672c5)完成所冇设计。利川两个锁相环ip核生成系统所需62 mhz时钟，此时钟川作fpga的62 mhz系统时钟。利川分频模块牛成sim卡所需的5 mhz时钟和牛成小行数拥所需的5 mhz时钟的32分频。fpga设计中选用2个fifo ip核來对数据进行缓存以此來实现dsp与sim卡连续通信。fifo的仿真结 果如图5所示。图5 fifo读写仿具图山于sim和fifo对复位时钟的要求很严格，所以木设计采用通过dsp对fpga屮一寄存器写綁0t生成 软复位脉冲。此种软复位方法完成复位既方便又不容易出错。此fpga设计中故匝要的两个

6、模块就是并/串转换和串/并转换模块，并/串转换模块把dsp输入的并 行数据转换成宽度为5 mhz时钟32分频的串行数据。串/并转换模块再把sim卡返回的串行数据转换成 dsp接收的并行数据。并/串转换和串/并转换模块的仿真结果如图6所示。5m32分孩时怦 顽uui而丽诵湎丽j而顾顾师加硕硕丽顾ifjfi丽5 站ifotf 俛曲応82井 frftik二二二xm於出 cr 5mwh图6并/权串/并转换仿真图由于sim k采用单i / 0 口的方式实现数据的输入输出，利用发送fifo的空标窪输出判断所有信息指令成 功丐到sim卡z后，fgpa屮控制dsp写命令字來选通由sim卡到fpga的冋路。5结语在传统设计中，iso/iec7816-3协议通过软件编程來实现，通信的实时性、可靠性和稳定性不好。与传 统方案相比