英創(chuàng)嵌入式Linux工控主板如何實(shí)現(xiàn)ISO7816協(xié)議

ISO7816是一套協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，這套協(xié)議不僅規(guī)定了智能IC卡的機(jī)械電氣特性，而且還規(guī)定了智能IC卡的應(yīng)用方法。智能IC卡的主要用途可歸為身份識別、支付安全、加密/解密和信息存儲四個(gè)方面。智能IC卡已經(jīng)廣泛應(yīng)用到金融、電信、電子商務(wù)等領(lǐng)域，我們平常使用的IC電話卡，充值電卡、燃?xì)饪ê?a target="_blank">手機(jī)中的SIM卡都屬于智能卡的范疇。

ISO7816協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)中，將協(xié)議模型定義為4層：物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、傳輸層、應(yīng)用層。

? 物理層：定義了位交換，主要定義波特率和字符幀的傳輸方式

? 數(shù)據(jù)鏈路層：定義了字符交換，傳輸?shù)臋z錯(cuò)與糾錯(cuò)等

? 傳輸層：定義了針對協(xié)議的面向應(yīng)用的提出報(bào)文傳輸

? 應(yīng)用層：定義報(bào)文交換的內(nèi)容

當(dāng)ISO7816在基于英創(chuàng)的工控主板上應(yīng)用時(shí)，可將ISO7816智能卡簡單的理解成一個(gè)串口設(shè)備。串口的物理連接和系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)程序?qū)崿F(xiàn)了ISO7816協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)中的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層（如圖1中黃線以下部份）。應(yīng)用程序負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的解析與應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)ISO7816協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的傳輸層與應(yīng)用層（如圖1中黃線以上部份）。

圖1中黃線與紅線之間是英創(chuàng)的工控主板，提供了硬件接口、操作系統(tǒng)支持和串口驅(qū)動(dòng)支持，既實(shí)現(xiàn)ISO7816協(xié)議的數(shù)據(jù)鏈路層和物理層。用戶將ISO7816智能卡正確的連接到工控主板的串口上，編寫應(yīng)用程序，通過調(diào)用系統(tǒng)API函數(shù)就能實(shí)現(xiàn)對ISO7816智能卡的訪問。

圖 1：英創(chuàng)工控主板連接ISO7816智能卡

本文將以英創(chuàng)工控主板EM9280連接基于ISO7816協(xié)議的ESAM模塊為例，討論用戶需要做的兩項(xiàng)工作：

1、將智能卡連接到工控主板的串口

2、應(yīng)用程序如何訪問已連接到系統(tǒng)中的智能卡

1、智能卡（ESAM）的硬件連接

如圖2中的U2所示，ESAM模塊需要一個(gè)工作時(shí)鐘和一個(gè)復(fù)位信號，通過一位IO與主機(jī)連接實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊。ESAM的復(fù)位信號使用EM9280的一位GPIO控制，工作時(shí)鐘使用EM9280的一路PWM。ESAM模塊使用單個(gè)I/O與主機(jī)通訊，自動(dòng)切換收發(fā)方向，EM9280提供的是標(biāo)準(zhǔn)3線串口，所以沒有辦法與ESAM直接連接。圖2中利用74HCT157，將串口的RXD,TXD模擬成ISO7816單IO通訊模式，利用串口的RTS#信號實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)收發(fā)方向的自動(dòng)切換。當(dāng)EM9280發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，RTS#輸出低電平，選通74HCT157的A組，數(shù)據(jù)通過TXD6→2A→2Y輸出到I/O腳。而1A通過R2上拉到高電平，所以1Y也是高電平，RXD6不會(huì)收到任何數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)發(fā)送完成后，RTS#被串口驅(qū)動(dòng)程序自動(dòng)將置為高電平，74HCT157的B組選通，ESAM模塊發(fā)送的數(shù)據(jù)由I/O→1B→1Y到達(dá)RXD6，串口接收由ESAM模塊發(fā)來的數(shù)據(jù)。此時(shí)2B由R2上拉到高電平，所以2Y亦是高電平，不會(huì)影響I/O上的數(shù)據(jù)傳輸。

圖 2：EM9280連接ESAM模塊

2、應(yīng)用程序設(shè)置方法

對應(yīng)用程序來講，與ESAM通訊類似于RS485的半雙工通訊，只是在開始串口通訊之前，針對ESAM模塊，還需要一些額外的設(shè)置。

2.1 產(chǎn)生ESAM工作時(shí)鐘

ESAM模塊缺省工作時(shí)鐘是其通訊波特率的372倍，我們使用EM9280的PWM1來產(chǎn)生ESAM的工作時(shí)鐘。

// Generate clock for ISO7816.
m_hPWM = CreateFile(_T('PWM1:'), // name of device
GENERIC_READ|GENERIC_WRITE, // desired access
FILE_SHARE_READ|FILE_SHARE_WRITE, // sharing mode
NULL, // security attributes (ignored)
OPEN_EXISTING, // creation disposition
FILE_FLAG_RANDOM_ACCESS, // flags/attributes
NULL); // template file (ignored)
if( m_hPWM == INVALID_HANDLE_VALUE )
{
goto InitClearUp;
}
PWM_INFO PwmInfo;
PwmInfo.dwFreq = dwFI_DI_Ratio * dwBaud; // = 372 * 9600 = 3.5712MHz
PwmInfo.dwDuty = 50; // 50%
PwmInfo.dwResolution = 1;
dwNumberOfBytesWritten = 0;
WriteFile( m_hPWM, &PwmInfo, sizeof(PWM_INFO), &dwNumberOfBytesWritten, NULL);

2.2 打開串口并使能RTS_TOGGLE功能

使用標(biāo)準(zhǔn)的文件操作函數(shù)CreateFile打開串口設(shè)備，同時(shí)通過SetCommState函數(shù)設(shè)置串口通訊相關(guān)參數(shù)。此時(shí)ESAM模塊的通訊波特率設(shè)置為9600bps，8位數(shù)據(jù)位，1位停止位，偶校驗(yàn)。

DCB dcb;
GetCommState( m_hSer, &dcb );
dcb.BaudRate = Baud; // 波特率 = 9600
dcb.ByteSize = Databits; // 數(shù)據(jù)位 = 8
dcb.Parity = EVENPARITY; // 偶校驗(yàn)
dcb.StopBits = ONESTOPBIT; // 停止位 = 1
SetCommState(m_hSer, &dcb);

在圖2中，將3線串口模擬成單線的ISO7816模式，使用串口的RTS作為數(shù)據(jù)傳輸方向控制信號。EM9280可以為打開的串口任意指定一位GPIO作為其RTS信號線，實(shí)現(xiàn)方法如下：

DCB dcb;
BOOL bRet;
bRet = DeviceIoControl(m_hSer, // 已經(jīng)打開的串口設(shè)置句柄
IOCTL_SET_UART_RTS_PIN, // I/O control code
&dwRTSPin, // 選擇作為RTS的GPIO,如圖2中選擇GPIO7
sizeof(DWORD),
NULL,
0,
NULL,
NULL);
if( bRet )
{
GetCommState( m_hSer, &dcb ); // Get dcb
dcb.fRtsControl = RTS_CONTROL_TOGGLE; // Enable RTS Toggle
SetCommState(m_hSer, &dcb); // update dcb
}

2.3 數(shù)據(jù)收發(fā)

應(yīng)用程序可以創(chuàng)建一個(gè)線程，然后等待串口事件接收串口數(shù)據(jù)。

應(yīng)用程序調(diào)用WriteFile函數(shù)發(fā)送數(shù)據(jù)，但需要特別注意ISO7816傳輸協(xié)議中關(guān)于“保護(hù)時(shí)間”要求，協(xié)議中規(guī)定兩個(gè)連續(xù)的字符幀之間必需要有一個(gè)最小時(shí)間間隔，即保護(hù)時(shí)間，當(dāng)波特率為9600bps時(shí)，保護(hù)時(shí)間最小大約為200uS。

如果直接調(diào)用WriteFile將要發(fā)送的數(shù)據(jù)一次性發(fā)送

WriteFile( m_hSer, Buf, len, &dwLen, NULL);

在EM9280上測得的字符間時(shí)間間隔大約為30uS，顯示不能滿足協(xié)議保護(hù)時(shí)間的要求。為了達(dá)到保護(hù)時(shí)間的要求，可以采用下面的方式，將需要發(fā)送的數(shù)據(jù)一個(gè)字節(jié)一個(gè)字節(jié)的發(fā)送。

for( int i; i

WriteFile( m_hSer, Buf+i, 1, &dwLen, NULL);

上面的for循環(huán)每調(diào)用一次WriteFile函數(shù)，只發(fā)送1個(gè)字節(jié)，在EM9280上測得的字符間時(shí)間間隔最小大約為500uS，滿足協(xié)議保護(hù)時(shí)間的要求，實(shí)際測試也能正常與ESAM模塊通訊。

如果主機(jī)串口硬件沒有支持ISO7816模式，如英創(chuàng)公司工控主板EM9170、EM9283等，就可以按本文的方法，增加很少的幾個(gè)器件就能連接ISO7816設(shè)備。

英創(chuàng)公司Atmel系列工控主板，CPU的串口本身就支持ISO7816模式，可直接連接IS07816智能卡。我們實(shí)現(xiàn)了相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)程序，相關(guān)的使用方法可參考下面的文章：

ISO7816通訊協(xié)議在工控主板EM9160中的實(shí)現(xiàn)方案

工控主板EM9161對ISO7816協(xié)議的支持

英創(chuàng)嵌入式Linux工控主板如何實(shí)現(xiàn)ISO7816協(xié)議

我們還提供了ESAM模塊完整的測試程序，需要的用戶可與我們聯(lián)系獲取相關(guān)代碼。