智能卡COS芯片層模塊設(shè)計與測試方案研究

1 智能卡操作系統(tǒng)概述
片內(nèi)操作系統(tǒng)(Chip Operating System，COS)一般是緊緊圍繞著它所服務(wù)的智能卡的特點而開發(fā)的。與常見的微機(jī)上的操作系統(tǒng)相比，COS在本質(zhì)上更加接近于監(jiān)控程序。在此以具體開發(fā)實例說明卡片操作系統(tǒng)的基本問題，并提出一種可行可測試的芯片層設(shè)計方案及一種芯片底層的測試方案。

2 COS芯片模塊設(shè)計
COS底層模塊在設(shè)計時一般都是緊密結(jié)合智能卡內(nèi)存儲器分區(qū)的情況，按照國際標(biāo)準(zhǔn)中所規(guī)定的一些功能進(jìn)行設(shè)計、開發(fā)。
IS07816是接觸式智能卡必須遵循的國際規(guī)范其中IS07816―3主要描述接觸式智能卡的電信號和傳輸協(xié)議，其中包括各個觸點的電壓電流承受范圍、卡復(fù)位應(yīng)答各個信息位的實際表示和T=0，T=1的傳輸協(xié)議。ISO／IEC 7816―3規(guī)定了IC卡的電氣特性和傳輸協(xié)議。包括該類卡和接口設(shè)備問的電源、電氣信號協(xié)議和信息交換協(xié)議。通信過程中，由接口設(shè)備給IC卡提供電源(Vcc)，復(fù)位信號(RST)和時鐘(CLK)，卡和接口設(shè)備間通過I／O端口進(jìn)行串行通信。
(1)通信模塊設(shè)計。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(簡稱字符幀)進(jìn)行傳輸，采用偶校驗，每個字符由10 b組成。傳輸字符幀之前，I／O線處于狀態(tài)z，第1 b為起始位(狀態(tài)A)；后面8 b為數(shù)據(jù)位D1～D8；第10 b為偶校驗位，即8位數(shù)據(jù)和奇偶校驗位中1的個數(shù)為偶數(shù)。
串行通信是按位傳送的，每位信息寬度(持續(xù)時間)定義為基本時間單位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個時鐘周期，即1ETU=372／f。復(fù)位應(yīng)答后的信息寬度稱為“當(dāng)前ETU”，其計算公式為：當(dāng)前ETU=(F／D)(1／f)。其中：F是時鐘頻率變換因數(shù)；D是比特率調(diào)整因數(shù)；f是時鐘頻率。
IC卡必須與相應(yīng)的讀寫設(shè)備(IFD)通信。從這個角度講，智能IC卡操作系統(tǒng)的作用就是從讀寫設(shè)備(IFD)接收命令、執(zhí)行命令并將結(jié)果返回讀寫設(shè)備(IFD)。所以，通信管理功能模塊在操作系統(tǒng)中具有十分重要的作用。通信管理功能模塊主要實現(xiàn)以下幾種功能：實現(xiàn)某一通信協(xié)議的數(shù)據(jù)鏈路層的傳輸管理功能；實現(xiàn)ISO／IEC 7816標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的ATR(復(fù)位響應(yīng))等功能；為操作系統(tǒng)中的其他功能模塊提供相應(yīng)接口。
按ISO／IEC 7816標(biāo)準(zhǔn)，IC卡和讀寫設(shè)備之間的通信協(xié)議有多種，一般一種卡片只支持某一種通信協(xié)議。下面以符合ISO／IEC 7816―3標(biāo)準(zhǔn)的T=0字符傳輸協(xié)議的智能IC卡為例介紹通信管理功能(支持其他通信協(xié)議的卡的通信管理功能與此相似)。
ICC上電之后，IFD將向ICC發(fā)送命令數(shù)據(jù)，在這樣一次典型的通信過程中，通信管理功能主要從事6個步驟的具體工作。如圖1所示。

以下是卡片接收指令相關(guān)的源代碼：