智能卡操作系统（ＣＯＳ）仿真器系统设计与实现

1、智能卡操作系统仿真器系统设计与实现智能卡操作系统仿真器系统设计与实现一、前言如今智能卡芯片和卡片成品的开发与消费已经形成了一个世界性的新兴技术产业。我国于1993年,以电子货币应用为重点的各类卡基应用系统工程即金卡工程正式启动。它涉及众多部门，是一项跨部门、跨地区、跨行业、跨世纪的庞大社会系统工程，也是中国信息化、产业化开展的纲要和指南。开发智能卡，其关键在于开发智能卡上所嵌入的集成电路芯片以及安置在芯片内的应用程序暨片内操作系统hip-perating-Syste,S。由于集成电路的流片费用昂贵、流片加工周期长，所以无论从本钱控制上、还是市场需要上，保证一次设计成功至为关键。为了实现这一目的

2、，设计开发一套智能卡操作系统S仿真器系统显得尤为必要和重要。1、仿真器系统主要实现的功能IU92开发系统DS92是针对ID自行设计的IU92系列PU、结合I卡的有关特点而设计的软硬件集成开发环境基于inds环境。DS92主要有两大功能：汇编语言编译和硬件仿真。硬件仿真提供了不同层次的硬件仿真手段，便于用户根据应用开发程度选择相应的仿真形式。DS92是针对PU卡的开发系统，既有一般PU开发系统的共性包括根本的汇编语言编译器、单步运行、断点设置、设置显示PUSFR内容、设置显示PURA内容、设置显示PUR内容、设置显示PUEEPR内容，也有一些I卡特有的仿真方法，例如内部复位(internalrs

3、t)形式、外部复位(externalrst)形式、实(release)形式、I卡与读卡器(reader)的互相作用关系遵循IS7816-3协议。主要功能如下：1提供S程序可以是汇编语言、语言等，下同代码编制、编辑环境；2提供将S程序代码编译为智能卡中央处理单元PU可以执行的机器指令码的编译环境；3实现将编译后的机器指令码下载到仿真器，并由仿真器执行的功能；4可以设置S程序执行断点，支持单步运行、多步运行、子程序调用、跳转、连续运行等调试Debug功能；5可以实时查看卡内PU的内部RA、存放器单元；6可以实时查看S程序执行后的数据结果；7仿真运行需要的其它辅助性功能。图1DS92S仿真器系统框图

4、2、仿真器系统总体方案DS92从逻辑上可以分为软件和硬件两大局部，其组成示意图如图1。其中硬件仿真板与P软件IDE之间通讯采用USBv1.1通讯协议；硬件仿真板与读卡器reader之间的通讯遵守IS7816-3。硬件仿真板从硬件角度仿真IU92PU卡，包括PU硬件、PURA区域、PUR区域、PUEEPR区域，此外，为硬件仿真提供必要的硬件支持。整个硬件仿真板由一个监控PU(U)进展管理协调，U还负责完成与P之间的通讯。用户通过IDE软件提供的命令使用开发系统，用户可以在开发系统集成环境中，创立、编辑、删除工程；输入、编辑、编译汇编语言程序；生成用于硬件仿真、生成R掩膜码点的二进制目的文件。ID

5、E软件可以与硬件开发板配合使用，也可以单独使用。IDE软件单独使用时，只能进展工程管理、编辑和编译汇编语言程序、目的代码消费等工作。只有与硬件仿真板配合使用才能真正进展硬件仿真。DS92S仿真系统需要着重解决下面的问题：1Debug才能：硬件程序执行跟踪、程序下载2仿真器不能占用用户资源，即I卡PU仿真核功能与真正卡片完全一样3仿真系统的效率：程序下载效率、debug效率，主要是通讯效率、debug信息反应效率4断点个数不限三、仿真器系统设计1、硬件仿真器板的设计仿真器板的设计主要包括三个局部：I卡芯片PU设计、运行监控PU设计和电路板设计。下面给出简单介绍。图2IDE系统主界面1I卡PU设计

6、I卡PU的功能是模拟卡内PU并执行S程序中的指令代码，同时支持debug，即允许监控PU读取或改写其内的RA、存放器单元、进展单步运行等。在DS92中采用现场可编程器件FPGA实现I卡PU的逻辑功能。2监控PU设计监控PU的功能主要是：(a)通讯功能：通过通信电缆接收IDE发出的命令、控制I卡PU完成有关动作、返回命令结果给IDE；监控PU在DS92系统中起着承上启下的作用。(b)Debug功能的实现：程序下载、控制启动、停顿I卡PU的运行、读取或改写I卡PU内的RA、存放器单元、设置S程序执行断点、单步运行、多步运行、连续运行并回送执行结果；可以采用Intel8051/52系列单片机实现监控

7、PU。3电路板设计电路板设计围绕debug功能及其效率实现：(a)FPGA实现I卡PU功能(b)RA芯片仿真I卡中存储S程序代码的R()不挥发RA芯片仿真I卡存储应用数据的EEPR(d)8051芯片用于实现监控U(e)RA芯片实现断点存储器，支持任意个数的断点设置(f)为了方便I卡S，在系统中集成了PUI卡读写器电路图3IDE系统主界面(晋级版)图4S程序源代码编辑窗口图5组织源代码编辑窗口图6编译器编译输出信息窗口-2论文联盟图6:IDE调试器窗口2、集成开发调试软件系统IDE设计开发实际上，运行在P机端的S集成开发调试软件系统是整个仿真器系统的另一个核心组成局部。由于S程序的开发者是通过使

8、用该IDE人机界面实现、完成S程序开发、调试的各个过程，包括S程序源代码编写、编辑；源程序编译；程序代码下载；运行、跟踪、调试等等，因此，IDE软件也是整个仿真器系统的灵魂。人机界面是否友好、各种功能是否强大、灵敏、模块化设计程度是否完善等直接影响到系统的实用性、可操作性和可维护性。可见，整体设计方案的前詹性、合理性至为关键。IDE程序人机界面有以下几个局部组成：1命令菜单区2S程序源代码编写、编辑窗口3S程序源代码编译窗口4S程序调试窗口：包括源程序代码行显示区，存放器显示区，RA单元显示区，程序计数器P显示区以及运行状态显示区。IDE人机界面程序编程语言选用irsftVisual+5.0以

9、上版本。以下是实际系统的几个主要显示画面。3、IDE与仿真器板之间通信协议的设计IDE与仿真器板之间的通信采取恳求、应答的形式，即每一个操作命令都是由IDE发送一个恳求或命令，仿真器板收到相应的恳求或命令后即执行相应的操作，然后将执行结果回送给IDE。双方之间的通信协议定义如下：1IDE恳求或命令包ShdData_HData_LDatahkSu2仿真器板应答包AkdRespnse_HRespnse_LRespnsehkSu3校验和hkSu的计算hkSu为单字节，其数值为其前面的、本数据包内所有字节的累加和不考虑进位情况。四、系统设计过程中的几个关键环节1、S程序源代码编译器由于智能卡内的PU内

10、核没有一个统一的标准，因此，不同公司设计的PU核，虽然在所实现的功能上大同小异，但是其指令集、指令码却不尽一样也不能一样，否那么有可能侵权。因此，针对仿真器所仿真的智能卡的PU核，必须制定与其指令集、指令码对应的编程语言如汇编语言、语言、Java语言以及语法规那么等等，借助这些语言，智能卡S开发者才能用其开发、编制S程序。S程序源代码编译器是整个仿真器系统设计的重中之重，它必须与智能卡PU指令码的编程语言及其语法、规那么等相对应，编译准确度必须是100%，当然编译速度也越快越好。2、通信接口监控程序的设计IDE与仿真器板之间的通信采取恳求、应答的形式。针对调试者点击或发出的每一个菜单命令，IDE都会通过通信接口RS-232或USB等向仿真器板发送一个恳求或命令协议数据包，仿真器板收到协议数据包后，首先对其进展解析，按照各种协议包的约定，进展相应的处理，最后将处理结果的协议数据包回送给IDE，由IDE再进展后续处理，至此完成了一个会话任务的全过程。由于存在通信线路故障、数据包丧失或不完好等可能性，造成IDE发送完恳求或命令后可能收不到正确的响应，进而导致IDE系统死机后调试数据的丧失。为应对、防止或防止类似情况，通信接口监控程序的设计需要采用中断方式、事件触发方式或程序多线程方式。五、完毕语运用本文提出的设计思想，已