哑 …Ｉ●＿Ｃ Ｈ巾国集成电路 ｈｉｎａ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ 一————— 掷挫．…。。 ］ １以一包发完，而Ｔ＝Ｏ则是读卡器先发５个字节命令 头，卡再回送指令码（ＩＮＳ）字节，读卡器再发送数 据，卡处理后回送响应，交互比较多。 Ｔ＝１协议的应用不限于智能卡和终端的通信， 它被用于多种终端和它们与之相连的计算机之间的 数据交换。 １．３传输过程和数据包定义 传输的过程开始于卡送出复位应答（ＡＴＲ）之 后，或在成功进行协商（ＰＰＳ）之后。第一个数据包 由终端发送，下一个数据包由卡发送。发送权在终 端与卡之间轮换。 数据包传输的数据分两类：一是透明传输的应 用专用数据。二是传输协议控制数据或对传输差错 的处理。 数据包由头域，信息域和尾域组成。头域和尾域 是强制性的，信息域是可选的，含有应用层的数据， 可能是发送的应用数据单元（ＡＰＤＵ）也可能是卡 应答 ”。 头域 信息域 尾域 节点地址ＮＡＤ 协议控制字节ＰＣＢ 长度字节ＬＥＮ ＡＰＤＵ ＥＤＣ １ｂｙｔｅ １ｂｙｔｅ ｌｂｙｔｅ Ｏ￣２５４ｂｙｔｅ ｌｏｒ２ｂｖｔｅ ｉ．头域 头域包括三个部分。 ａ）节点地址ＮＡＤ 头域的第一个字节被称为节点地址，含有数据 块的目标和源地址，各用三位来表示，其中Ｂｉｔ１—３ 源地址，Ｂｉｔ５—７为目标地址。Ｂｉｔ４和ｂｉｔ８为ＶＰＰ控 制位，但对现在的智能卡芯片来说没有实际应用。 ｂ）协议控制字节ＰＣＢ 用来管理和控制传输协议。ＰＣＢ字段主要用来 编码块类型，以及有关的补充协议。块有三种类型， 分别是Ｉ块，Ｒ块，ｓ块。Ｉ块用来传递应用数据信息 和卡片应答，有信息域。Ｒ块用来应答，没有信息域。 ｓ块用来交换终端与卡片之间的控制信息，信息域 可能存在。 ｃ）长度ＬＥＮ 以十六进制表示信息字段的长度，范围为 ０ｘ００—０ｘＦＥ，０ｘＦＦ留做未来扩充使用。 ２．信息域ＡＰＤＵ ＡＰＤＵ用来传输应用层命令和应答，在不同的 块类型中可能会不出现。信息域长度与长度字节 ＬＥＮ相同，范围为０—２５４字节。 ３．尾域 ＥＤＣ包括两种类型：ＬＲＣ或者ＣＲＣ。用来进行 差错检测。 ＬＲＣ是指从ＮＡＤ开始到信息域最后一个字节 的异或值。优点是执行速度快，代码效率高。是Ｔ＝Ｉ 协议的标准部分。 ＣＲＣ根据ＩＳ０１３２３９的规定采用专用的多项式 进行计算。ＣＲＣ方法比ＬＲＣ产生远为高的多的差错 检测概率。但是在实际中使用较少，因为执行速度 慢，效率低，需要硬件做高度支持才可以保证计算速 度，同时由于是两个字节，降低了传输率。 １．４传输协议中的时间 在数据传输时，定义了不同的等待时间以提供 发送方和接收方可以在精确规定的最大和最小时间 区间内的不同处理，它们也提供了规定的方法去结 束通信，以便防止在出错隋况下的死锁。标准中对所 有这些等待时间都规定了缺省值，但可以修改它们 以提高传输率。修改值是在ＡＴＲ的特定接口字符中 指明的。 １．字符等待时间（ＣＷＴ） 字符等待时间是指数据块内相连两字符起始沿 之间的最大区间。ＣＷＴ用ＡＴＲ中所含的字符等待 因子（ＣＷＩ）来计算，公式：ＣＷＴ＝（２＾ＣＷＩ＋１１）个工 作ｅｔｕ。ＣＷＩ的缺省值为１３，所以共为８２０３个ｅｔｕ。 如果时钟频率为３．５７１２ＭＨｚ，分频值为３７２，那么 ＣＷＴ是０．８５秒。实际ＣＷＩ的范围在３到５之间。 通常，接收方从ＬＥＮ的字段的长度来检测块是 否结束，但是，如果ＬＥＮ的内容是错误的，则字符等 待时间可作为另一种手段来检测是否结束接收。 ２．块等待时间（ＢｗＴ） 块等待时间，被定义为当智能卡没有响应时去 建立一种结束通信的方法。指发给卡的块的最后一 个字节的起始沿和卡回送的第一个字节的起始沿之 间的最大允许区间。ＢＷＩ在ＡＴＲ中规定。ＢＷＴ＝２ （ＢＷＩ ９６０ ３７２／ｆ）＋１ １ｅｔｕ。如果在ＡＴＲ中没有规定 定了的方法来恢复无差错通信。从终端的角度来看， 存在着三个同步阶段，在第一阶段，差错块的发送方 接收到一个表明ＥＤＣ／奇偶差错或一般差错的Ｒ 块，接收到此块后必须重发最后发送的块。如果此机 制不能恢复无差错通信，则求助于第二阶段：智能卡 收到一个从终端发送的以ｓ块形式的再同步请求， ＢＷＩ的值，就使用缺省值４，对于３．５７１２Ｍｈｚ和３７２ 分频值，ＢＷＴ＝Ｉ．６ｓ。实际中，ＢＷＩ的常用值为３，那 而终端期待着一个再同步请求的应答，于是终端和 么ＢＷＴ是０．８ｓ。 ３．块保护时间（ＢＧＴ） ＢＧＴ是最后一个字节的起始沿和反方向的第 一个字节的起始沿之间的最小区间，双方必须强制 遵守。块保护时间的目的是提供给块发送双发一个 最短的时间区别，可从发送转换为接收。 １．５传输协议机制 １．发送和接收序列计数器 在Ｔ＝Ｉ协议中的每个数据块有一个在ＰＣＢ字 节中的占用ｌ位的发送序列号，它按模２增量，在０ 和１间交替变化，被称为Ｎ（Ｓ），初始值为０。终端 和卡的计数器是相互独立计算的，主要用途是支持 重发请求。 ２．等待时间的扩充 如果卡片需要比块等待时间（ＢＷＴ）允许的时 间更长的时间来产生其应答，卡片可向终端请求等 待时间扩充。智能卡发送一个请求扩充的专门的ｓ 块，终端回送一个ｓ块来响应确认，不允许终端拒绝 这一请求。这个字节乘以终端等待时间给出了新的 块等待时间，但仅对最近发送的一个Ｉ块有效。 ３．块链接 Ｔ＝Ｉ协议的一项根本特性是块链接功能，使得 任一方可传送大于发送或接收缓存器大小的数据 块。对使用链接功能有个限制，在以单个的命令应 答对中，链接只能在一个方向上进行，例如，如果终 端发送了链接块，卡就不能在响应中发送链接块。 ４．差错处理 Ｔ：ｌ协议表现出相当完善的差错检测与处理机 制，如果接收到了不正确的块，则协议试图用准确规 卡双方把他们的发送和接收计数器复位为０。第一 和第二阶段仅影响协议层次，他们对应用本身毫无 影响。第三阶段将影响智能卡的所有层次。就是复 位。如果这样也失败，终端将在三次尝试失败后去激 活卡。 ２卡片软件实现 本文介绍的Ｔ＝Ｉ通讯协议的软件实现方法是 基于华虹ＳＨＣ１４０８Ｓ芯片，在此芯片上实现了Ｔ＝Ｉ 通信协议的处理和一些基本指令的处理和应答，使 用ＳＣＲ３３１０读卡器，可进行Ｔ＝Ｉ协议通讯。 ２．１芯片介绍 华虹ＳＨＣ１４０８Ｓ采用线性地址８０５１内核，包括 ５１２Ｂ ＩＡＲＭ，７．５ＫＢ ＸＲＡＭ，２５６ＫＢ Ｆｌａｓｈ，外部接口支 持ＵＳＢ全速接口，７８１６主从接口，ＳＰＩ主从接口，硬 件实现算法有ＲＳＡ／ＥＣＣ／ＳＭ２，ＤＥＳ，ＡＥＳ，ＳＳＦ３３， ＳＭ１，ＳＭ３，ＳＭ７，ＣＲＣ，还带有２０个ＧＰＩＯ。 芯片支持硬件７８１６接口，包括以下功能：支持 Ｔ：０／ｌ的字符传输模式，收发自动转换，支持硬件 ＬＲＣ／ＣＲＣ计算，硬件提供ＥＴＵ计数功能。为软件的 实现提供了必要的支持。 开发环境是Ｋｅｉｌ，提供ＵＳＢ驱动的仿真器平 台 ２．２软件实现 本软件实现的功能是采用７８１６Ｔ＝１通讯协议， 完成卡片与读卡器终端的交互。 ２．２．１主要流程 ｈｔｔｏ：／／ｗｗｗ．ｃｉｃｍａＱ．ｃｏｍ ２．２．１．１主流程 图１软件主流程图 软件上电完成初始化后即进入命令处理循环。 命令处理循环过程循环进行命令的接收，解析和处 理。解析过程完成应用命令的处理和７８１６Ｔ＝１协议 的处理。芯片提供７８１６硬件接口，实现了字符传输 的协议，因此字符的发送和接收不需软件干预，数据 块的打包和校验等处理需要软件编程实现。 ２．２．１．２ ７８１６协议处理 协议处理函数负责对７８１６Ｔ＝１协议进行处理， 采用状态机方式查询软件当前的状态并进行处理：和 跳转，进入不同状态的处理流程。目前的设计中有如 下状态标志： ＡＰＰＬＩＣＡＴＩＯＮＳＴＡＴＥ｜｜Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｔａｔｅ —ＧＥＴ＿ＤＡＴＡ｜｜Ｗａｉｔ Ｓｔａｔｅ ＲＥＣＥＩＶＥ—Ｉ｜｜Ｉ－Ｂｌｏｃｋ ｒｅｃｅｉｖｅｄ ＲＥＣＥＩＶＥ—Ｓ ＷＴＸ＿ＲＥＳ｜｜ —Ｂｌｏｃｋ ＷＴＸ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｒｅｃｅｉｖｅｄ ｈｔｔｎ．，＾Ａ／ＩＡＡＡＩ，、；，、ｍ ，１，、＾ ＲＥＣＥＩＶ ＥＳ／／Ｓ—．Ｂｌｏｃｋ ＩＦＳ ————ＩＦＳ—．ＲＥＳ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｒｅｃｅｉｖｅｄ ＲＥＣＥＩＶＥ——Ｒ—．ＡＣＫ ｜ｌＲ－Ｂｌｏｃｋ Ａｃｋｎｏｗｌｅｄｇｅ ＲＥＣＥＩＶＥ—．Ｒ＿ＮＡＫ ｜｜Ｒ－Ｂｌｏｃｋ Ｎｏｔ Ａｃｋｎｏｗｌｅｄｇｅ ＲＥＣＥＩＶＥ／／ｃａｌｌ ｒｅｃｅｉｖｅ —．ＤＡＴＡ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ＳＥＮＤＲ—。—．ＡＣＫ ｜｜Ｓｅｎｄ Ｒ（ＡＣ ＳＥＮＤ＃Ｓｅｎｄ Ｓ—．Ｂｌ—Ｓ—ＷＴＸｏｃｋ —ＲＥＱ ｒＴＸ ｒｅｑｕｅｓｔ ＳＥＮＤ｜Ｓｅｎｄ Ｓ—Ｂｌｏｃｋ ＩＦＳ —．Ｓ ＩＦＳ ＲＥＱ ｌｒｅｑｕｅｓｔ ＳＥＮＤ—．Ｓ—．ＩＦＳ——ＲＥＳ ＃Ｓｅｎｄ Ｓ—．Ｂｌｏｃｋ ＩＦＳ Ｒｅｓｐｏｓｅ ＳＥＮＤ—ｓ－ＡＢＯ ￡ＲＥＳ ／／Ｓｅｎｄ Ｓ＿Ｂｌｏｃｋ ｃｈａｉｎ ａｂｏｒｔ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ＳＥＮＤＢｌ——Ｓ——ＳＹＮＣＨ——ＲＥＳ ＃Ｓｅｎｄ Ｓｏｃｋ ＿ｒｅｓｙｎｃｈ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ＳＥＮＤＩ｜ｔ Ｓｅｎｄ Ｉ－Ｂｌｏｃｋ —ＳＥＮＤＲＥＴＲＡＮＳＭＩＴ ／／Ｒｅｔｒａｎｓｍｉｔ ｔｈｅ ｌａｓｔ —．ｓｅｎｄ ｂｌｏｃｋ ２．２．２复位应答说明 复位应答（ＡＴＲ）中有关于协议描述的相关内 容，目前软件设计返回的ＡＴＲ如下： ０ｘ３ｂ，Ｏｘｆ６，０ｘ１ ３，０ｘＯ０，ＯｘＯ０，Ｏｘ８ １，０ｘ３ １，０ｘｆｅ，０ｘ４５， ０ｘｄｃ，０ｘ０５，０ｘ２８，０ｘ０５，０ｘ００，ＯｘＯ０，Ｏｘｌａ。 其中ＴＳ＝０ｘ３ｂ表示正向传输。 Ｔ０＝０ｘｆ６，表示ＴＡ１，ＴＢ１，ＴＣ１，ＴＤ１存在，有６个 历史字节。 ＴＡｌ＝０ｘ１３，表示Ｆ＝１，Ｄ＝３，这两个数值用来确 定传输效率。 ＴＢ１＝０ｘ００，表示编程电压，００表示不需要ＶＰＰ。 ＴＣｌ＝０ｘ００，其中ｂｉｔｌ＝０表示使用ＬＲＣ。 ＴＤＩ＝０ｘ８１，表示ＴＤ２存在，ｂｉｔｌ＝ｌ表示使用 Ｔ＝Ｉ协议。 ＴＤ２＝０ｘ３１，表示ＴＡ３，ＴＢ３存在，ｂｉｔｌ＝ｌ表示使 用Ｔｌ协议。 ＴＡ３＝Ｏｘｆｅ，表示ＩＦＳＣ的长度为２５４． ＴＢ３＝Ｏｘ４５，４表示ＢＷＩ，５表示ＣＷＩ。 后面是６个历史字节：０ｘｄｃ，Ｏｘ０５，０ｘ２８，０ｘ０５ ０ｘ００，０ｘ００。最后一个字节是校验字节。 软件也可以根据需要设置其他的协议字节和历 史字节。 ２．２．３编程要注意的细节 １．数据校验 差错处理对于Ｔ＝Ｉ协议有两种，字符校验和块 内校验。字符校验指奇偶校验，由硬件来完成，软件 不需要做处理。块内校验需要软件配合，硬件提供 了计算ＬＲＣ或者ＣＲＣ的功能，自动计算填入发送 寄存器内的数据的ＬＲＣ或者ＣＲＣ，软件读取 ＬＲＣ／ＣＲＣ寄存器的值得到相应的校验结果。目前软 件中实现的ＬＲＣ校验，由ＡＴＲ中的ＴＣ１指明。 ２．重发机制 ７８１６Ｔ＝１没有字符错误重发功能，有块重发功 能。此功能需要软件完成，方法是将已发送数据进 行备份，当卡片收到重发请求时进行块重新发送。 ３．数据链接 Ｔ＝Ｉ协议的特点就是可以一次通讯发完所有数 据，支持数据链接，传输效率高。数据链接只能是一 方的链接，比如读卡器发送的数据如果采用链接方 式，那么此时卡片的响应就不能采用链接，反之亦 然。块链接是当数据一次发不完，超过了ＩＦＳＣ或者 ＩＦＳＤ的长度，数据采用分组链接方式，来完成所有 数据的传输。进行数据链接时一方发送数据，另一 方回送Ｒ块，Ｒ块中指明下一个Ｉ块的块号，以保证 链接数据的正确性。此功能在软件中已实现。编程 时注意数据包的指针，以及Ｒ块的翻转，还有Ｒ块 的ＰＣＢ字节的控制。 ４．时间指标的实现 由前面的叙述，协议中时间主要有三个指标，字 符等待时间ＣＷＴ，块等待时间ＢＷＴ和块保护时间 ＢＧＴ。ＣＷＩ由ＡＴＲ指明，由软硬件结合来保证。ＢＧＴ 采用延时方式确保块问满足这个时间。ＢＷＴ采用硬 件提供的ＥＴＵ计数功能，当传输时间超过ＢＷＴ时， 会产生中断，软件进入中断子程序，发送ＷＴＸ请求 处理。 ５．ＰＰＳ的处理 ＰＰＳ主要是进行Ｆ和Ｄ值的协商，卡片和读卡 器通过协商来确定新的Ｆ和Ｄ值，以提高通讯速率 （１ｅｔｕ＝Ｆ／（Ｄ＊ｆ））。过程是如果卡片在发送完ＡＴＲ 后，收到的第一个字节是ＦＦ，即表示读卡器要求协 商Ｆ和Ｄ。该处理过程与Ｔ＝Ｏ协议一致。 ２．２．４其他功能 软件除了完成７８１６Ｔ＝ｌ协议的处理外，还实现 了一些演示功能，主要是算法和安全方面的演示，算 法包括Ｄｅｓ，３Ｄｅｓ，Ｈａｓｈ，ＲＳＡ，ＳＭ３，ＳＭ７，ＳＳＦ３３， ＳＭ２／ＥＣＣ等，客户可以直接使用或者在此基础上做 二次开发。 ３ 总结 本文介绍了智能卡通讯协议Ｔ＝Ｉ的概念和要 点，并介绍了其在华虹ＳＨＣ１４０８Ｓ芯片上的软件实 现方法。Ｔ：１协议比Ｔ＝０协议具备校验机制完善，传 输效率高的优点，随着芯片硬件性能的提高．以及硬 件支持功能的增加，今后会有更多的应用在接触式 通讯时采用Ｔ＝Ｉ通讯协议。圈 参考文献 ［１】Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ ｓｔａｎｄａｒｄ ＩＳＯ／ＩＥＣ ７８１６－３［Ｓ】 作者介绍 施燕，硕士，目前在上海华虹集成电路有限责任公司 从事与智能卡安全相关的嵌入式软件开发和系统开 发。 ｈ什ｎ．，， ＾＾＾Ｊｌ，ｎｉｎｍａｎ ｎｎｍ
