摘 要：t=0異步半雙工字符傳輸協(xié)議是接觸式ic卡國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)iso/iec 7816中規(guī)定的一種通信協(xié)議。本文首先分析了iso/iec 7816－3中對(duì)于電信號(hào)和傳輸協(xié)議的規(guī)定，在此基礎(chǔ)上介紹了t＝0異步半雙工字符傳輸協(xié)議的硬件實(shí)現(xiàn)方法。
關(guān)鍵詞：iso/iec 7816；異步半雙工字符傳輸協(xié)議；cpu卡

引言
cpu卡作為ic卡家族中功能最強(qiáng)、安全性最高的成員，已經(jīng)逐漸在各種應(yīng)用中占據(jù)主導(dǎo)地位。在iso/iec 7816－3中介紹了兩種通信協(xié)議：t=0和t=1通信協(xié)議。t=0是異步半雙工字符傳輸協(xié)議，t=1是異步半雙工塊傳輸協(xié)議。目前大多數(shù)接口設(shè)備都支持t=0通信協(xié)議，因此該協(xié)議應(yīng)用較為廣泛。
t=0通信協(xié)議可以通過(guò)軟件編程來(lái)實(shí)現(xiàn)。但在軟件實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，需要通過(guò)軟件編程來(lái)控制數(shù)據(jù)收發(fā)，對(duì)于實(shí)時(shí)性很強(qiáng)的通信處理，cpu的處理能力常常滿足不了要求，而且通信的可靠性和穩(wěn)定性也不是很理想，而硬件電路實(shí)現(xiàn)不存在上述問(wèn)題。

傳輸協(xié)議描述
iso/iec 7816-3規(guī)定了ic卡的電氣特性和傳輸協(xié)議。包括該類(lèi)卡和接口設(shè)備間的電源、電氣信號(hào)協(xié)議和信息交換協(xié)議。通信過(guò)程中，由接口設(shè)備給ic卡提供電源(vcc)，復(fù)位信號(hào)(rst)和時(shí)鐘(clk)，卡和接口設(shè)備間通過(guò)i/o端口進(jìn)行串行通信。
定義i/o端口有兩種可能狀態(tài)：
傳號(hào)或高電平(狀態(tài)z)：當(dāng)卡和接口設(shè)備均處于接收狀態(tài)時(shí)，i/o端口處于狀態(tài)z。也可由發(fā)送方強(qiáng)制定義為狀態(tài)z。
空號(hào)或低電平(狀態(tài)a)：可由發(fā)送方強(qiáng)制定義為狀態(tài)a。
根據(jù)t=0異步半雙工字符傳輸協(xié)議，ic卡和接口設(shè)備之間以字符為單位(簡(jiǎn)稱字符幀)進(jìn)行傳輸，采用偶校驗(yàn)，每個(gè)字符由10bit組成，如圖1所示。傳輸字符幀之前，i/o線處于狀態(tài)z，第1bit為起始位(狀態(tài)a)；后面8bit為數(shù)據(jù)位d1~d8；第10bit為偶校驗(yàn)位，即8位數(shù)據(jù)和奇偶校驗(yàn)位中1的個(gè)數(shù)為偶數(shù)。
串行通信是按位傳送的，每位信息寬度(持續(xù)時(shí)間)定義為基本時(shí)間單位etu(elementary time unit)。在復(fù)位應(yīng)答期間的信息寬度稱為“初始etu”，它等于372個(gè)時(shí)鐘周期，即1etu = 372/f 。復(fù)位應(yīng)答后的信息寬度稱為“當(dāng)前etu”，其計(jì)算公式為：
當(dāng)前etu
其中：f是時(shí)鐘頻率變換因數(shù)；d是比特率調(diào)整因數(shù)；f是時(shí)鐘頻率。

硬件實(shí)現(xiàn)方案
按照上述標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)的可編程串行接口系統(tǒng)如圖2所示。
可編程串行接口內(nèi)部的特殊功能寄存器有：
1. 串行接口控制/狀態(tài)寄存器scon(復(fù)位后為00h)。
寄存器各位定義如下：
scon[0]：接收中斷標(biāo)志位；
scon[1]：發(fā)送中斷標(biāo)志位；
scon[2]：發(fā)送出錯(cuò)標(biāo)志位；
scon[3]：接收出錯(cuò)標(biāo)志位；
scon[4]：允許發(fā)送標(biāo)志位；
scon[5]：允許接收標(biāo)志位；
scon[6]：保留；
scon[7]：可編程串行接口允許標(biāo)志位。
scon[4]、scon[5]不能同時(shí)為1，否則i/o接口將處于邏輯混亂狀態(tài)。
2.串行接口數(shù)據(jù)緩沖器sbuf(復(fù)位后為00h) 。發(fā)送時(shí)，sbuf作為發(fā)送數(shù)據(jù)緩沖器，用于緩存待發(fā)的數(shù)據(jù)。接收時(shí)，sbuf作為接收數(shù)據(jù)緩沖器，用于緩存收到的數(shù)據(jù)。
3. 波特率寄存器mr、br (復(fù)位后mr=0bh，br=13h，串行接口工作于基本速率)。為了簡(jiǎn)化硬件電路設(shè)計(jì)，將復(fù)位應(yīng)答信號(hào)中ta1包含的f1和d1對(duì)應(yīng)的波特率譯碼工作交由軟件完成，由軟件設(shè)置通信波特率。內(nèi)部13bit定時(shí)器根據(jù)波特率寄存器mr、br 值( &)對(duì)clk信號(hào) 進(jìn)行分頻，以確定信息寬度。因?yàn)?etu，所以mr，br寄存器設(shè)定為mr[7?]&br[4?]= -1，例如，基本速率時(shí)，f＝372，d＝1，可得，設(shè)置mr＝0bh，br=13h，即“00001011,10011”=371；對(duì)于手機(jī)中常用的增強(qiáng)速率，f＝512，d＝8，可得，設(shè)置mr=01h，br=1fh，即“00000001,11111”=63。
下面介紹可編程串行接口的工作過(guò)程。在發(fā)送和接收數(shù)據(jù)前，按以下步驟初始化串行接口：
1. 根據(jù)應(yīng)用，通過(guò)設(shè)置mr、br寄存器來(lái)設(shè)定通信速率。
2. 清除scon[0]和scon[1]中斷標(biāo)志。
3. 置位串行接口允許標(biāo)志位scon[7]，使能串行接口。
初始化工作完成后，可選擇發(fā)送模式或接收模式。
發(fā)送模式
首先將發(fā)送數(shù)據(jù)寫(xiě)入sbuf，數(shù)據(jù)移位寄存器data_shift_reg [10~0]將自動(dòng)寫(xiě)入 “ ”，其中p為奇偶校驗(yàn)位，為欲發(fā)送數(shù)據(jù)，0為起始位，1代表狀態(tài)z，最低兩位“01”用于產(chǎn)生起始位下降沿。
置位scon[4]，數(shù)據(jù)開(kāi)始發(fā)送。根據(jù)波特率寄存器中設(shè)置的值，接收/發(fā)送控制模塊中，13位定時(shí)器在每位數(shù)據(jù)將結(jié)束時(shí)產(chǎn)生計(jì)數(shù)脈沖。當(dāng)計(jì)數(shù)脈沖有效時(shí)，數(shù)據(jù)移位寄存器右移1位，最低位輸出到i/o線，最高位補(bǔ)入i/o線采樣數(shù)據(jù)。
當(dāng)校驗(yàn)位發(fā)送完畢后，i/o線變?yōu)楦咦钁B(tài)，發(fā)方在11etu處對(duì)i/o線進(jìn)行采樣，如果為狀態(tài)z，則認(rèn)為接收正確；如果為狀態(tài)a，則認(rèn)為傳輸出錯(cuò)，根據(jù)結(jié)果刷新串行接口控制/狀態(tài)寄存器中相應(yīng)位。
當(dāng)一幀數(shù)據(jù)發(fā)送完畢后，無(wú)論發(fā)送是否正確，scon[1] 都將硬件置位，產(chǎn)生發(fā)送中斷申請(qǐng)。如果發(fā)送正確，scon[4]將被硬件自動(dòng)清0；如果發(fā)送出錯(cuò)，發(fā)送出錯(cuò)標(biāo)志位scon[2]將被硬件置位，sbuf中的數(shù)據(jù)將從檢測(cè)到錯(cuò)誤那一刻起2etu后自動(dòng)重發(fā)，如圖3所示。在重發(fā)完畢前，必須軟件清除scon[1]及發(fā)送出錯(cuò)標(biāo)