中文摘要 r f i d 是射頻識(shí)別技術(shù)和i c 卡技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，是標(biāo)簽識(shí)別領(lǐng)域的一項(xiàng)新興 技術(shù)，具有操作快捷、抗干擾性強(qiáng)、操作距離遠(yuǎn)、安全性高、便于一卡多用等特 點(diǎn)，在鐵路客票領(lǐng)域具有其他標(biāo)簽識(shí)別技術(shù)無法比擬的優(yōu)越性，具有廣闊的市場(chǎng) 前景。 論文首先對(duì)r f i d 技術(shù)的特點(diǎn)、關(guān)鍵技術(shù)、典型應(yīng)用和發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行了概述， 然后基于p h i l i p s 公司生產(chǎn)的m i f a r el $ 5 0 型非接觸式射頻i c 卡芯片和相應(yīng)核心 讀寫模塊m c m 2 0 0 進(jìn)行了非接觸式i c 卡讀卡器接口電路的研究和制作，以及軟 件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。讀卡器的硬件主要包括對(duì)m c u 、m c m 2 0 0 、r f 單元、 e e p r o m 存儲(chǔ)單元、復(fù)位電路及t c 2 3 2 電路間的接口電路，軟件設(shè)計(jì)分為對(duì) m c m 2 0 0 及其他電路的應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)、對(duì)安全認(rèn)證體系的設(shè)計(jì)和主程序設(shè)計(jì)三 個(gè)部分。論文實(shí)現(xiàn)了以下技術(shù)指標(biāo)： 工作頻率：1 3 5 6 m h z 通信速率：1 0 6 k b p s 讀寫距離：可達(dá)2 5 r a m 以上 模塊與卡片通信時(shí)，數(shù)據(jù)加密 接口標(biāo)準(zhǔn)：i s o i e c1 4 4 4 3t y p e a 標(biāo)準(zhǔn) 工作溫度范圍：- 2 0 + 7 0 讀寫機(jī)具對(duì)鐵路客票的識(shí)別安全、高效、準(zhǔn)確，可實(shí)現(xiàn)無人職守，系統(tǒng)安裝簡(jiǎn) 便、性能穩(wěn)定、高效快速，大大縮短了售檢票時(shí)間，且具備很好的可擴(kuò)展性。 關(guān)鍵詞：射頻識(shí)別，客票系統(tǒng)，m i f a r e ，m c m 分類號(hào)：t n 4 0 9 a b s t r a c t r f di sak i n do f n e wt e c h n o l o g yi nt h ef i e l do fl a b e li d e n t 礪c a t i o n , w h i c hi st h e c o m b i n a t i o no fr ft e c h n o l o g ya n di cc a r dt e c h n o l o g y , a n di t sh i g hw o r k i n gs p e e d , g o o da n t i c o l l s i o nq u a l i t ya n dl o n gw o r k i n gd i s t a n c eg i v ei ta d v a n t a g eo v e rc o m m o n l a b e li d e n t i f i c a t i o nt e c h n o l o g y , t h e r ew i l lb eag o o dp r o s p e c tf o ri ti nr a i lt i c k e tf i e l d s a tf a s t , r f i dt e c h n o l o g yi s g e n e r a l l yi n t r o d u c e di n c l u d i n gi t sf e a t u r e ，k e y t e c h n o l o g y , t y p i c a lu s a g ea n dd e v e l o p i n gt e n d e n c y a n dt h e n , b a s e do nt h ec h i pm o d e l m i f a r e1 $ 5 0a n dt h er e a d e rc o m p o n e n tm o d e lm c m 2 0 0 ，p h i l i p ss e m i c o n d u c t o r s ， t h ec o n t a c t l e s si cc a r dr e a d e ri sd e s i g n e da n dp r o d u c e d ，i n c l u d i n gt h ei n t e r f a c ec i r c u i t d e s i g na n dt h es o f t w a r ed e s i g n 1 h cc o n t a c t l e s si cc a r dr e a d e r sc i r c u i ti sm a d e 叩o f i n t e r f a c ec i r c u i tb e t w e e nm c u ，m c m 2 0 0 ，r f , e e p r o ma n dt c 2 3 2c o m m u n i c a t i o n c i r c u i t 1 1 地s o f t w a r ed e s i g ni n c l u d e sp r o g r a m m i n go fm c m 2 0 0e n do t h e rc i r c u i t s ，a n d p r o g r a m m i n go f m a i np r o g r a m m a a yt a r g e t sh e r e i n a f t e rw c r ca c h i e v e d ： w o r kf r e q u e n c y ：1 3 5 6 m h z c o m m u n i c a t i o ns p e e d ：1 0 6 k b p s w o r kd i s t a n c e ：2 5 m m d a t ae n c r y p t e dd u r i n gc o m m u n i c a t i o nb e t w e e nc a r da n dm o d u l e i n t e r f a c es t a n d a r d ：i s o ，i e c1 4 4 4 3t y p ea w o r kt e m p e r a t u r e ：2 0 + 7 0 1 1 l ec o n t a c t l e s si cc a r dr e a d e rh a st h ea d v a n t a g eo fs a f e t y , e f f i c i e n c y , e x a c t n e s st o i d e n t i f yr a i lt i c k e t s i tc a l lb es e l f - s e r v i c e 1 1 1 es y s t e mi se a s yt oi n s t a l la n dh a sas t a b l e f a s ta n de f f i c i e n tp e r f o r m a n c ew h i c hw o u l dg r e a t l ys h o r t e n e dt h et i m eo fs e l la n dc h e c k t i c k e t s f u r t h e rm o r e ，t h ec o n t a c t l e s si cc a r dr e a d e rh a s9 0 0 de x p a n s i b i l i t y k e y w o r d s ：r f i d ，m i f a r e ，m c m ，r a i lt i c k e ts y s t e m c l a s s n o ：t n 4 0 9 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本學(xué)位論文作者完全了解北京交通大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定。特 授權(quán)北京交通大學(xué)可以將學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索， 并采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存、匯編以供查閱和借閱。同意學(xué)校向國(guó) 家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和磁盤。 ( 保密的學(xué)位論文在解密后適用本授權(quán)說明) 學(xué)位論文作者簽名： ，碡 簽字日期：) 口刁年f 工月- 6 日 導(dǎo)師簽名：雹菇氆導(dǎo)師簽名：吃拋 簽字日期：妒年i 月日 1， 致謝 本論文的工作是在我的導(dǎo)師婁淑琴教授的悉心指導(dǎo)下完成的，婁淑琴教授嚴(yán) 謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度和科學(xué)的工作方法給了我極大的幫助和影響。在此衷心感謝三年來 婁淑琴老師對(duì)我的關(guān)心和指導(dǎo)。 婁淑琴教授悉心指導(dǎo)我們完成了實(shí)驗(yàn)室的科研工作，在學(xué)習(xí)上和生活上都給 予了我很大的關(guān)心和幫助，對(duì)于我的科研工作和論文都提出了許多的寶貴意見， 在此向婁淑琴老師表示衷心的謝意。 在實(shí)驗(yàn)室工作及撰寫論文期間，胡延、鞠偉明等同學(xué)對(duì)我論文中的研究工作 提出了許多寶貴的意見，在此向他們表達(dá)我的感激之情。 此外，王成、馮云梅、付曉宇、王海龍、王剛、樊淋、熊欣、王冉等同事在 我論文的撰寫過程中給予了熱情幫助，在此對(duì)他們給予的無私幫助一并表示深深 地感謝。 最后要感謝我的父母，他們支持了我近二十年的學(xué)校生涯，他們給予我的理 解和支持使我能夠在學(xué)校專心完成我的學(xué)業(yè)。 第1 章緒論 無線射頻識(shí)別( r a d i of r e q u e n c yi d e n t i f i c a t i o n ，r f i d ) 技術(shù)作為快速、實(shí)時(shí)、 準(zhǔn)確采集與處理信息的高新技術(shù)，被公認(rèn)為2 l 世紀(jì)十大重要技術(shù)之一，在生產(chǎn)、 銷售和流通等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景f ”，已逐漸成為企業(yè)提高管理水平、降低成 本、實(shí)現(xiàn)管理信息化、參與國(guó)際經(jīng)濟(jì)大循環(huán)和增強(qiáng)企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力不可缺少的技術(shù)工 具和手段。隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，特別是隨著存儲(chǔ)技術(shù)的發(fā)展。p , f i d 正逐漸 成為i t 行業(yè)新的熱點(diǎn)。將r f i d 技術(shù)與鐵路客票相結(jié)合，應(yīng)用到我國(guó)鐵路客票系 統(tǒng)中去，無論在鐵路客票系統(tǒng)客觀需求上、r f l d 本身的技術(shù)特點(diǎn)上、政府對(duì)r f i d 技術(shù)的扶植上來看，都非常必要。 1 1課題提出的背景及意義 目前，鐵路仍是中國(guó)人跨地區(qū)出行的首選交通工具，2 0 0 7 年鐵路客運(yùn)量預(yù)計(jì) 將超過1 3 6 5 億人次1 2 】，且呈逐年遞增趨勢(shì)。隨著動(dòng)車組、城際間高速鐵路等的修 建及逐步運(yùn)營(yíng)，可以預(yù)見，在未來相當(dāng)長(zhǎng)的段時(shí)期內(nèi)客運(yùn)容量仍將繼續(xù)攀升。 但是，目前我國(guó)鐵路客票系統(tǒng)的發(fā)展卻存在著非常大的滯后性，越來越難以 滿足現(xiàn)代化的要求，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面： 一、由于運(yùn)力巨大，檢票任務(wù)繁重，但是人工手工檢票的方式效率低下，大 中型城市的火車站經(jīng)常人滿為患，空氣污濁，人流通行不暢，尤其是春運(yùn)、黃金 周等時(shí)間，這一矛頓更顯突出，造成了相當(dāng)大的安全隱患。 二、雖然鐵路部門和公安部門不斷加大打擊制售假票的力度，但是由于人工 檢票技術(shù)上的局限性，使得大量假票得以成功蒙混過關(guān)，屢禁不止，嚴(yán)重?fù)p害了 鐵路運(yùn)輸部門和廣大旅客的利益。 三、我國(guó)鐵路部門一直期望將鐵路客票向?qū)嵜品较虬l(fā)展，但是以目前的紙 制條形碼形式的客票系統(tǒng)向該方向拓展，在技術(shù)上難度極大。 當(dāng)前使用的紙制條碼型客票無論在技術(shù)指標(biāo)還是可持續(xù)發(fā)展性上，都無法滿 足要求，迫切需要通過應(yīng)用項(xiàng)新技術(shù)，開發(fā)一套全新的客票形式，使之能夠滿 足高效率、高安全性、可擴(kuò)展性強(qiáng)等技術(shù)要求，并且價(jià)格低廉，應(yīng)用到新的客票 系統(tǒng)中去。 r f i d 無線射頻識(shí)別技術(shù)，是一種利用射頻通信實(shí)現(xiàn)的，具有體積小、容量大、 壽命長(zhǎng)、高效、高安全性、可重復(fù)使用等特點(diǎn)的非接觸式自動(dòng)識(shí)別技術(shù)2 鰣。隨著射 頻集成電路技術(shù)的不斷完善，制卡技術(shù)的不斷提高，卡片功能的不斷完善與豐富， 非接觸式i c 智能射頻卡及其相應(yīng)的讀寫設(shè)備的相關(guān)技術(shù)也得到了大大發(fā)展，設(shè)備 價(jià)格大幅下降，該技術(shù)廣泛應(yīng)用于標(biāo)簽識(shí)別、公共交通、無線通信、身份識(shí)別、 門禁系統(tǒng)、金融、物流等領(lǐng)域中，可大幅提高管理與運(yùn)作效率，降低成本i l l 。 將r f i d 技術(shù)與鐵路客票相結(jié)合，應(yīng)用到我國(guó)鐵路客票系統(tǒng)中去，無論在鐵路 客票系統(tǒng)客觀需求上、r f i d 本身的技術(shù)特點(diǎn)上、政府對(duì)r f i d 技術(shù)的扶植上來看， 都是非常合適的。而且，隨著目前全路客運(yùn)專線、高速鐵路建設(shè)的相繼開始，以 及現(xiàn)有的城市軌道交通和即將建設(shè)的城際軌道交通等，都為將r f i d 應(yīng)用到鐵路客 票系統(tǒng)中去提供了前所未有的客觀潛在機(jī)遇和經(jīng)濟(jì)市場(chǎng)。 1 2 技術(shù)選擇論證 對(duì)于鐵路客票系統(tǒng)中的檢票環(huán)節(jié)來說，鐵路客票也是一種標(biāo)簽，對(duì)鐵路客票 的校驗(yàn)也可以看作是進(jìn)行標(biāo)簽識(shí)別操作。在標(biāo)簽識(shí)別技術(shù)的發(fā)展歷史上，先后出 現(xiàn)了許多種標(biāo)簽形式及識(shí)別技術(shù)，只有結(jié)合我國(guó)鐵路發(fā)展的特點(diǎn)，選擇最合適的 技術(shù)，才能做出適合我國(guó)鐵路實(shí)現(xiàn)全路信息化、自動(dòng)化、智能化的戰(zhàn)略要求，進(jìn) 一步促進(jìn)我國(guó)鐵路事業(yè)發(fā)展的客票系統(tǒng)。 1 2 1鐵路發(fā)展?fàn)顩r對(duì)客票系統(tǒng)的要求 在黨的十六大提出的國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十一個(gè)五年規(guī)劃綱要中明確 提出，要優(yōu)先加快發(fā)展鐵路運(yùn)輸業(yè)；鐵道部在十一五鐵路規(guī)劃中也明確提出要在 全路實(shí)現(xiàn)信息化、自動(dòng)化、智能化的目標(biāo)。 目前，我國(guó)鐵路客運(yùn)營(yíng)業(yè)里程已經(jīng)達(dá)到7 萬公里，年旅客發(fā)送量超過1 3 億人 次。按照規(guī)劃，十一五期間我國(guó)鐵路將建設(shè)新線1 7 0 0 0 公里，其中客運(yùn)專線7 0 0 0 公里，既有線路增建二線8 0 0 0 公里，至2 0 1 0 年全國(guó)鐵路營(yíng)業(yè)里程將達(dá)到9 萬公 里以上，旅客年發(fā)送量將達(dá)到1 5 億人次，至2 0 2 0 年旅客年發(fā)送量將達(dá)到3 0 億人 次。在未來幾年中，一千公里甚至一千五百公里以內(nèi)距離的鐵路運(yùn)輸公交化的趨 勢(shì)將越來越明顯，而且無論從經(jīng)濟(jì)角度、還是從快捷便利角度出發(fā)，都難以避免 地要引入儲(chǔ)值或計(jì)次形式的優(yōu)惠客票，以吸引更多的常旅客。 這對(duì)新的客票系統(tǒng)提出了更高的要求，要求新的客票系統(tǒng)能夠滿足購(gòu)票方便、 檢票快捷、防偽性高、在一套檢票系統(tǒng)中可容納多種客票形式、低成本且適于重 復(fù)使用等多方面的要求。此外，隨著客運(yùn)專線的開通和客運(yùn)鐵路的提速，出于國(guó) 家安全和社會(huì)穩(wěn)定，以及自動(dòng)化、現(xiàn)代化的要求，新的客票系統(tǒng)還應(yīng)具備可向?qū)?名制及電子錢包方向的可拓展性。 2 1 2 2標(biāo)簽識(shí)別技術(shù)分類及選擇論證 經(jīng)過近一個(gè)世紀(jì)的發(fā)展，標(biāo)簽自動(dòng)識(shí)別技術(shù)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步與發(fā)展，先后 出現(xiàn)了條形碼、磁卡、接觸式i c 卡、非接觸式i c 卡( r f i d ) 、直至最近涌現(xiàn)出的 指紋識(shí)別、聲音識(shí)別、面部識(shí)別等多種技術(shù)形式，但是應(yīng)用最為普遍與成熟的， 主要還是條形碼、磁卡、接觸式i c 卡、非接觸式i c 卡等，這些技術(shù)有著其各自 的特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)，在不同領(lǐng)域中獲得了廣泛地應(yīng)用。 一、條形碼 條形碼識(shí)別技術(shù)是把計(jì)算機(jī)所需的數(shù)據(jù)用一維圖形或二維圖形來表示，通過 光電掃描形式的條形碼閱讀器讀取條形碼，并將其轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)可以自動(dòng)閱讀的 數(shù)據(jù)來進(jìn)行識(shí)別的【5 1 。條形碼識(shí)別的特點(diǎn)在于標(biāo)簽制作成本低廉，識(shí)別簡(jiǎn)單，因此 其也是目前采用最為廣泛的識(shí)別方法，尤其是在超市購(gòu)物中隨處可見，目前我國(guó) 民航系統(tǒng)中校驗(yàn)登機(jī)牌也是采用的該種自動(dòng)識(shí)別技術(shù)。 由于紙介質(zhì)易磨損，條形碼票識(shí)別率低、不利于檢票速度和首讀率的提高， 且識(shí)讀設(shè)備昂貴且易損壞，可重復(fù)利用率也很低。雖然目前我國(guó)鐵路客票票面上 也有條形碼，但未真正投入使用，這是因?yàn)檩^之航空旅客，不論是乘坐鐵路的旅 客總客流量，還是同一班列車的運(yùn)力都要超過航班的幾十倍，人流密度巨大，并 且客票在旅客手中持有時(shí)間也遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于登機(jī)牌在航空旅客手中持有時(shí)間，更易造 成客票的磨損。 因此，如果基于條形碼開發(fā)自動(dòng)檢票系統(tǒng)，對(duì)提高效率、杜絕假票等方面幫 助不大，且不利于擴(kuò)展實(shí)名制功能，可望升級(jí)的空間極為有限，無法適應(yīng)鐵道部 提出的十一五期間實(shí)現(xiàn)高速鐵路信息化、自動(dòng)化、智能化及鐵路跨越式發(fā)展的需 求。 二、磁卡 磁卡及相應(yīng)的讀寫設(shè)備，是由一定材料的片基和均勻地涂布在片基上面的微 粒磁性材料制成的。在記錄和自動(dòng)識(shí)別時(shí)，磁卡的磁性面或記錄磁頭以一定的速 度移動(dòng)。 磁卡的存儲(chǔ)容量通常只有幾百個(gè)字節(jié)，一般情況下只記錄該卡片的基本信息 如卡號(hào)，需要通過終端讀到卡號(hào)后直接和系統(tǒng)進(jìn)行通信，由系統(tǒng)調(diào)用存儲(chǔ)在數(shù)據(jù) 庫中的卡片信息及卡片持有者的信息，并通過密碼等形式進(jìn)行身份驗(yàn)證及相關(guān)操 作，因此在使用過程中必須要保證終端與主機(jī)之間極強(qiáng)的實(shí)時(shí)性，一旦主機(jī)或網(wǎng) 絡(luò)出現(xiàn)故障就會(huì)使整個(gè)系統(tǒng)癱瘓。同時(shí)，磁卡票對(duì)讀寫設(shè)備要求很高，配套的磁 票讀寫設(shè)備非常昂貴，且磁頭易污損，需要經(jīng)常清洗，維護(hù)成本很高。該系統(tǒng)更 適合應(yīng)用于實(shí)時(shí)性極強(qiáng)的且全部為專人專用的如銀行、金融等領(lǐng)域中。 三、接觸式i c 卡 接觸式i c 卡( i n t e g r a t e dc i r c u i tc a r d ，集成電路卡) 是繼磁卡之后出現(xiàn)的 一種新型信息工具，是將一個(gè)微電子芯片嵌入符合i $ 07 8 1 6 標(biāo)準(zhǔn)的卡基中，做成 卡片形式。在記錄和識(shí)別時(shí)，通過讀寫器的觸點(diǎn)和卡片上i c 卡的觸腳向卡片提供 穩(wěn)定的電源和時(shí)鐘，并實(shí)現(xiàn)卡片與上位機(jī)之間的通信舊。接觸式i c 卡也是近年來使 用較多的一種技術(shù)，廣泛應(yīng)用于如公用電話、汽車加油、繳納電費(fèi)等公共事業(yè)的 支付系統(tǒng)中。 該技術(shù)在支付系統(tǒng)中的應(yīng)用，基本具備了高效及高安全性的特點(diǎn)。但i c 卡片上 的觸腳長(zhǎng)期暴露在外，容易造成損壞和形成污垢，造成接觸不良，從而影響使用 效果，如果將其作為需頻繁使用的客票i c 卡，會(huì)受到其芯片表面易磨損、易腐蝕 等弱點(diǎn)的極大制約。 四、非接觸式i c 射頻卡( r h d ) 非接觸式i c 射頻卡具備了接觸式i c 卡的全部?jī)?yōu)點(diǎn)，同時(shí)其通過射頻讀寫器 向l c 卡發(fā)一組固定頻率的電磁波，卡片內(nèi)i c 串聯(lián)協(xié)振電路頻率與讀寫器發(fā)射的 頻率相同，這樣在電磁波激勵(lì)下，l c 協(xié)振電路產(chǎn)生共振，實(shí)現(xiàn)為其電路提供工作 電壓，將卡內(nèi)數(shù)據(jù)發(fā)射出去或接受讀寫器的數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)標(biāo)簽自動(dòng)識(shí)別功能。 該技術(shù)可采用加密算法，通過三次認(rèn)證機(jī)制，確保極高的安全性，幾乎不可 能復(fù)制出一張完全一樣的卡片；使用非接觸式i c 射頻卡，只需要幾毫秒至幾十毫 秒即可完成交易，方便快捷：該技術(shù)對(duì)實(shí)時(shí)性要求較低，可通過在讀寫器中設(shè)置 單獨(dú)的存儲(chǔ)模塊保存數(shù)據(jù)，有效避免由于主機(jī)或網(wǎng)絡(luò)故障造成的系統(tǒng)癱瘓，適合 于脫機(jī)使用。由于芯片是以內(nèi)嵌形式置入卡中，該技術(shù)將磨損、腐蝕等不利因素 的影響減小到最低，真正實(shí)現(xiàn)了高效、高安全性、耐磨損、適于重復(fù)使用的要求。 此外，多扇區(qū)的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，以及該技術(shù)在我國(guó)第二代身份證上的應(yīng)用，使之無論 在應(yīng)用范圍上還是實(shí)名制要求上都具備了功能可擴(kuò)展性。 1 3r f i d 技術(shù)發(fā)展進(jìn)程及應(yīng)用概狀 近一兩年來由于受到以沃爾瑪為代表的大型零售商的推動(dòng)，r f i d 技術(shù)在全球 掀起陣陣熱潮，吸引了眾多廠商參與相關(guān)技術(shù)及芯片的研究和開發(fā)。目前r f i d 技 術(shù)處于迅速上升的時(shí)期，該技術(shù)被業(yè)界公認(rèn)為本世紀(jì)最有前途的應(yīng)用技術(shù)之一， 同時(shí)也引起了許多國(guó)家的重視，欲將其培育成國(guó)家的一項(xiàng)重要產(chǎn)業(yè)。 r f i d 技術(shù)的發(fā)展最早可以追溯至第二次世界大戰(zhàn)時(shí)期，那時(shí)它被用來在空中 作戰(zhàn)行動(dòng)中進(jìn)行敵我識(shí)別。當(dāng)時(shí)應(yīng)該空軍為了識(shí)別返航的飛機(jī)是敵軍還是我軍， 在盟軍的飛機(jī)上裝備了一個(gè)無線電收發(fā)器。當(dāng)控制塔上的探詢器向返航的飛機(jī)發(fā) 4 射一個(gè)詢問信號(hào)，飛機(jī)上的收發(fā)器接收到這個(gè)信號(hào)后，回傳一個(gè)信號(hào)給探測(cè)器， 探測(cè)器根據(jù)接收到的回傳信號(hào)來識(shí)別敵我機(jī)。這是由雷達(dá)的改進(jìn)和應(yīng)用所催生的 r f i d 技術(shù)第一次應(yīng)用到實(shí)際中去，并奠定了r f i d 技術(shù)的理論基礎(chǔ)i ”。 2 0 世紀(jì)5 0 年代至6 0 年代末期，m 技術(shù)研究進(jìn)入到了早期探索階段，并且 在6 0 年代末期終于取得了重大成就，成功地應(yīng)用到了大型超市和圖書館中，用于 物品的電子監(jiān)視。雖然只是l 比特標(biāo)簽系統(tǒng)，只能檢測(cè)被標(biāo)識(shí)物品是否在場(chǎng)而無 法記錄更多的數(shù)據(jù)，甚至不能區(qū)分被標(biāo)識(shí)目標(biāo)之間的區(qū)別，但仍然具有重大意義。 進(jìn)入9 0 年代，隨著更多的公司投入到了r f i d 技術(shù)的研發(fā)中來，該技術(shù)進(jìn)一 步得到了飛躍，從1 比特標(biāo)簽逐步發(fā)展到智能卡芯片，并且技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化問題日趨 得到重視，進(jìn)入到2 l 世紀(jì)，許多經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)將其應(yīng)用到了很多領(lǐng)域，并積 極推動(dòng)相關(guān)技術(shù)與應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)的國(guó)際化【”。 在美國(guó)，t i ，i n t e r 等集成電路廠商目前都在r f i d 領(lǐng)域投入巨資進(jìn)行芯片開發(fā)， s y m b o l 公司已經(jīng)研發(fā)出可以同時(shí)閱讀條形碼和r f i d 標(biāo)簽的掃描器，i b m ； m i c r o s o f t 和腫等公司也在積極開發(fā)相應(yīng)的軟件及系統(tǒng)來支持r f i d 的應(yīng)用。目前， 美國(guó)正在積極進(jìn)行將r f i d 技術(shù)全面應(yīng)用到軍需物品中去的研究l 砌。 日本是一個(gè)制造業(yè)強(qiáng)國(guó)，它在電子標(biāo)簽研究領(lǐng)域起步較早，政府也將r f i d 作 為一項(xiàng)關(guān)鍵的技術(shù)來發(fā)展。日本郵政與電信通訊部在2 0 0 4 年3 月發(fā)布了關(guān)于在 傳感網(wǎng)絡(luò)時(shí)代運(yùn)用先進(jìn)的r f i d 技術(shù)的最終研究草案報(bào)告，報(bào)告稱郵政與電信通 訊部將繼續(xù)支持測(cè)試在u 盯頻段的被動(dòng)及主動(dòng)的電子標(biāo)簽技術(shù)，并在此基礎(chǔ)上進(jìn) 一步討論管制的問題；2 0 0 4 年7 月，日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省選擇了包括消費(fèi)電子、書籍、 服裝、音樂c d 、建筑機(jī)械、制藥和物流等七大產(chǎn)業(yè)做為r f i d 的應(yīng)用試驗(yàn)。通過與 行業(yè)應(yīng)用相結(jié)合的基于i l p i d 技術(shù)的產(chǎn)品和解決方案的集中出現(xiàn)，為r f i d 在日本 的應(yīng)用和推廣，特別是在物流等非制造領(lǐng)域，奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。日前，日本n e c 公司宣布，生產(chǎn)筆記本電腦的n e c 個(gè)人產(chǎn)品公可已在米澤工廠中引進(jìn)了使用r f i d 標(biāo)簽的生產(chǎn)管理系統(tǒng)嗍。 雖然韓國(guó)的r f i d 技術(shù)起步較晚，但是在政府部門的高度重視下，韓國(guó)關(guān)于r f i d 技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用試驗(yàn)也在加速展開。由于r f i d 技術(shù)的發(fā)展是由產(chǎn)業(yè)資源部和情 報(bào)通信部聯(lián)合企業(yè)的力量來推動(dòng)的，同日本相似，韓國(guó)也將r f i d 技術(shù)向開放系統(tǒng) 方向發(fā)展。2 0 0 5 年3 月，韓國(guó)政府耗資7 8 4 億美元在仁川新建了技術(shù)研發(fā)中心， 主要從事包括r f i d 研發(fā)的電子標(biāo)簽技術(shù)開發(fā)及生產(chǎn)，以幫助韓國(guó)企業(yè)快速確立在 全球r f i d 市場(chǎng)的主流地位j 。 在歐洲，許多大型企業(yè)也都在紛紛進(jìn)行r f i d 技術(shù)的應(yīng)用試驗(yàn)，如諾基亞公司 正在嘗試開發(fā)基于r f i d 技術(shù)的移動(dòng)電話購(gòu)物系統(tǒng) 8 】。 我國(guó)雖然對(duì)于r f i d 技術(shù)的研究起步較晚，基礎(chǔ)相對(duì)薄弱，不具備規(guī)模優(yōu)勢(shì)， 但隨著1 9 9 3 年中央對(duì)于i c 卡行業(yè)的高度重視，建立了“金卡工程”，以發(fā)展我國(guó) 的i c 卡事業(yè)。r f i d 在我國(guó)的應(yīng)用發(fā)展十分迅速。建立了自己的a u t o - - i d 實(shí)驗(yàn)室及 開放的r f i d 演示平臺(tái)，并結(jié)合應(yīng)用中出現(xiàn)的問題進(jìn)行理論分析和基礎(chǔ)研究，為建 立中國(guó)r f i d 標(biāo)準(zhǔn)提供參考依據(jù)，促進(jìn)e p c 和r f i d 技術(shù)在中國(guó)的應(yīng)用并與國(guó)際接 軌。此舉大大加速了我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)信息化的進(jìn)程，至今已經(jīng)取得了不小的成就， 并將會(huì)在不遠(yuǎn)的將來制定出符合中國(guó)國(guó)情的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，推動(dòng)自主公共服務(wù)體系的 建設(shè)，促進(jìn)具有競(jìng)爭(zhēng)力的產(chǎn)業(yè)鏈形成，使我國(guó)在該領(lǐng)域占有一席之地。 1 4 任務(wù)目標(biāo) 本課題針對(duì)市場(chǎng)的需求，采用最新的一套支持卡片上無源、可分為多個(gè)獨(dú)立 存儲(chǔ)扇區(qū)以支持不同功能的、支持高安全性加密算法的、功能強(qiáng)大的非接觸式i c 智能射頻卡及相應(yīng)的讀寫模塊，開發(fā)應(yīng)用于快速支付系統(tǒng)中的一整套檢票系統(tǒng)。 安全、高效、準(zhǔn)確的識(shí)別是基本要求，對(duì)讀寫機(jī)具的研制是關(guān)鍵。 自動(dòng)檢票系統(tǒng)主要由三部分組成：卡片、讀寫卡器和管理系統(tǒng)?？ㄆ譃槠?通的客票卡和管理卡，根據(jù)功能的不同分配給相應(yīng)的權(quán)限。管理卡可以實(shí)現(xiàn)對(duì)卡 片讀寫設(shè)備設(shè)置的修改，以及對(duì)讀寫設(shè)備中數(shù)據(jù)的采集；客票卡可再細(xì)分為單次 卡、儲(chǔ)值卡、計(jì)次卡等不同形式，卡內(nèi)根據(jù)需要寫有所乘車次的各種信息，有效 日期，以及持卡人的個(gè)人信息等內(nèi)容。 讀寫卡器通過相應(yīng)的加密算法實(shí)現(xiàn)與卡片的安全通信，并實(shí)現(xiàn)對(duì)卡片信息的 讀取、寫入與修改。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了可根據(jù)需要不定時(shí)采集數(shù)據(jù)而不需依賴網(wǎng)絡(luò)實(shí) 時(shí)傳輸，可實(shí)現(xiàn)2 5 r a m 內(nèi)的非接觸操作。同時(shí)根據(jù)需要可將操作記錄保存在讀寫 設(shè)備中，以供采集。 管理系統(tǒng)的主要功能是卡片的管理與信息的收集。該系統(tǒng)又分為信息管理系 統(tǒng)和發(fā)卡機(jī)。信息系統(tǒng)管理保存各個(gè)卡片信息及采集到的記錄信息：對(duì)于持卡人 長(zhǎng)期持有的充次、充值卡，由發(fā)卡器實(shí)現(xiàn)對(duì)新發(fā)卡片的激活、充值、鎖定等功能。 1 5本文的主要工作 本文針對(duì)市場(chǎng)的需求，采用當(dāng)前先進(jìn)的非接觸式i c 智能卡技術(shù)，根據(jù)我國(guó)全 面建設(shè)小康社會(huì)對(duì)鐵路客運(yùn)的發(fā)展要求，結(jié)合鐵道部在十一五鐵路規(guī)劃中在全路 實(shí)現(xiàn)信息化、自動(dòng)化、智能化的精神，進(jìn)行應(yīng)用于鐵路客運(yùn)快速支付系統(tǒng)中的卡 片及讀寫設(shè)備的研制，實(shí)現(xiàn)以下技術(shù)指標(biāo)： 工作頻率：1 3 5 6 蛐z 6 通信速率：1 0 6 k b p s 讀寫距離：可達(dá)2 5 哪以上 模塊與卡片通信時(shí)，數(shù)據(jù)加密 接口標(biāo)準(zhǔn)：i s 0 i e c1 4 4 4 3t y p ea 標(biāo)準(zhǔn) 工作溫度范圍：- 2 0 + 7 0 要求讀寫機(jī)具對(duì)鐵路客票的安全、高效、準(zhǔn)確的識(shí)別，性能穩(wěn)定，高效快速， 安全性高，系統(tǒng)安裝簡(jiǎn)便，可完全實(shí)現(xiàn)無人職守，大大縮短傳統(tǒng)方式的售檢票時(shí) 間，且具備很好的可擴(kuò)展性，以適用不同應(yīng)用需要，不僅可廣泛應(yīng)用于鐵路客票 系統(tǒng)中，還可擴(kuò)展到公路、公共交通、小商品售賣等領(lǐng)域中。 第2 章智能射頻卡及讀寫模塊結(jié)構(gòu) 智能射頻卡與相應(yīng)的讀寫模塊之間的通信與數(shù)據(jù)交換的核心，是卡片及讀寫 設(shè)備中相應(yīng)的讀寫模塊，卡片與讀寫模塊的性能直接影響支付系統(tǒng)的質(zhì)量。本文 采用p h i l i p s 公司的m i f a r e1 $ 5 0 類型的微晶片作為i c 智能卡的核心模塊，p h i l i p s 公司的m c m 2 0 0 芯片作為讀寫設(shè)備中的核心讀寫模塊，識(shí)別卡片信息，并且對(duì)卡 片進(jìn)行相應(yīng)的讀寫操作。 2 1m i f a r e1 $ 5 0 m i f a r e1 $ 5 0 型i c 智能射頻卡是p h i l i p s 公司生產(chǎn)的一款目前市場(chǎng)上最新的 i c 射頻卡微模塊。其采用先進(jìn)的芯片制造工藝，內(nèi)建高速c m o se e p r o m ，m c u 等，這樣可使制成成品的卡片上除了i c 微晶片和一副高效率天線外，做到無任何 其他元件。 2 1 1主要特征 1 卡片構(gòu)造 卡片上內(nèi)建8 k ( b i t ) 的e e p r o m 存儲(chǔ)容量，并劃分為1 6 個(gè)扇區(qū)，每個(gè)扇區(qū) 劃分為4 個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)塊，每個(gè)扇區(qū)可有多種方式的密碼管理。此外還內(nèi)建有增值， 減值的專項(xiàng)數(shù)學(xué)運(yùn)算電路，非常適合應(yīng)用于需要檢票收費(fèi)的相關(guān)行業(yè)中。 2 電源及工作頻率 卡片上無源，工作時(shí)的電源能量由卡片讀寫器天線發(fā)送無線電載波信號(hào)耦合 到卡片上天線而產(chǎn)生電能，一般可達(dá)2 v 以上，供卡片上i c 工作。工作頻率 1 3 5 6 m h z 。 3 操作距離與通信速率 依不同的讀寫器核心模塊設(shè)備，卡片的操作距離可在1 0 m m 至1 0 0 m m 不等； 與讀寫器間的通信速率可達(dá)1 0 6 k b i t s 。 4 卡片識(shí)別與防沖突 卡片制造時(shí)具有唯一的卡片系列號(hào)，沒有重復(fù)的相同的兩張m i f a r e 卡片。卡 上具有先進(jìn)的數(shù)據(jù)通信加密并雙向驗(yàn)證密碼系統(tǒng)；且具有防重疊功能：可選擇在 同一時(shí)間處理重疊在卡片讀寫器天線的有效工作距離內(nèi)的多張重疊的卡片或選擇 其中某一張來進(jìn)行操作。 5 通信方式及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn) 卡片與讀寫器通信使用握手式半雙工通信協(xié)議；m i f a r e1 射頻卡所具有的獨(dú)特 的m i f a r e r f ( 射頻) 非接觸式接口標(biāo)準(zhǔn)已被制定為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)：i s o y m c l 4 4 4 3 t y p e a 標(biāo)準(zhǔn)。 2 1 2功能組成 整個(gè)m i f a r e 卡按照電路功能分可以分為兩大部分：r f 射頻接口電路和數(shù)字電 路部分。各功能模塊組成如圖2 - 1 所示。 m i f a r e1 $ 5 0 唧 0 愛川! j i c 斜能蚶；頸! ： r f i n t e r f a c ed i g i t a ls e c ti o i l c t r a l 是 c 可 l 濺i a t r r l t t 口lu n i t 黿 日 c z ， i 蔫l f 蚓 a n t i c e l l i 8 i o n r 刪呈 - 0 h o 宣 s e l e c t 暑 呈 a p p l i c a t i o n r 伽 罷 。 目 k 壓調(diào)爿 p o r u t b e n t i c a t i o n c r y p t o - o q 復(fù)位a c c e s sc o n t r o l u n i t 8 q ll 圖2 - 1 t t f a i el $ 5 0 非接觸式i c 智能射頦卡各功能模塊組成示意圖 f i g u r e2 - 1m i f a r e1 $ 5 0c o n t a c t l e s si cc a r df u n c t i o nm o d u l ec o m p o s i n g 一、r f 射頻接口電路：r f - i n t e f f a c e 在r f 射頻接口屯路中，主要包括有波形轉(zhuǎn)換模塊。它可將卡片讀寫器上的 1 3 5 6 m h z 的無線電調(diào)制頻率接收，一方面送調(diào)制解調(diào)模塊，另一方面進(jìn)行波形轉(zhuǎn) 換，將正弦波轉(zhuǎn)換為方波，然后對(duì)其整流濾波，由電壓調(diào)節(jié)模塊對(duì)電壓進(jìn)行進(jìn)一 步的處理，包括穩(wěn)壓等，最終輸出供給卡片上的各電路。 p e r 復(fù)位模塊主要是對(duì)卡片上的各個(gè)電路進(jìn)行p o w e r o n r e s e t ( 上電復(fù) 位) ，使各電路同步啟動(dòng)工作。 二、數(shù)字電路部分：d i g i t a ls e c t i o n 1 a t r 模塊( 請(qǐng)求之應(yīng)答) ：a n s w e r t o r e q u e s t 當(dāng)一張m i f a r e1 卡片處在卡片讀寫器的天線工作范圍內(nèi)時(shí)，讀寫器向卡片發(fā) 出r e q u e s ta l l 命令后，卡片的a t r 模塊將啟動(dòng)，將卡片b l o c k0 中的卡片類 型( t a g t y p e ) 號(hào)共2 個(gè)字節(jié)傳送給讀寫器，建立卡片與讀寫器的第一步通信聯(lián)絡(luò)。 如果不進(jìn)行第一步的a t rt 作，讀寫器對(duì)卡片的其他如讀、寫等操作將不會(huì)進(jìn)行。 2 a n t i c o l l i s i o n 模塊： 該模塊起防重疊功能。當(dāng)有多張m i f a r e1 卡片處在卡片讀寫器的天線工作范 圍內(nèi)時(shí)，a n t i c o u i s i o n 模塊的防重疊功能將被啟動(dòng)。在程序員控制下的卡片讀寫器 將會(huì)首先與每一張卡片進(jìn)行通信，取得每一張卡片的系列號(hào)。由于每一張m i f a r el 卡片都具有唯一系列號(hào)，因此卡片讀寫器將根據(jù)卡片的序列號(hào)來識(shí)別、區(qū)分己選 擇的卡片。卡片讀寫器內(nèi)m c m 中的a n t i c o l l i s i o n 防重疊功能配合卡片上的防重疊 功能模塊，由程序員來控制讀寫器，根據(jù)卡片的序列號(hào)來選定一張卡片。被選中 的卡片將直接與讀寫器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，未被選擇的卡片則被給予一定的時(shí)延而處 于等待狀態(tài)，在時(shí)延到達(dá)后嘗試與卡片讀寫器再次通信。 3 s e l e c ta p p l i c a t i o n 模塊： 該模塊主要用于卡片的選擇。當(dāng)卡片與讀寫器完成上述兩個(gè)步驟，程序員控 制的讀寫器要想對(duì)卡片進(jìn)行讀寫操作，必須對(duì)卡片進(jìn)行選擇( s e l e c t ) 操作，以使 卡片真正地被選中。被選中的卡片將卡片上存儲(chǔ)在b l o c k0 中的卡片容量“s i z e ”2 個(gè)字節(jié)傳送給讀寫器。當(dāng)讀寫器收到該字節(jié)后，將明確可以對(duì)卡片進(jìn)行進(jìn)一步操 作，如進(jìn)行密碼驗(yàn)證等。 4 a u t h e n t i c a t i o n & a c c e s sc o n t r o l 模塊： 該模塊為認(rèn)證及存取控制模塊。在確認(rèn)了上述三個(gè)步驟，成功選擇了一張卡 片后，在程序員對(duì)卡片進(jìn)行讀寫操作之前，必須對(duì)卡片上已經(jīng)設(shè)置的密碼進(jìn)行認(rèn) 證，如果匹配，則允許進(jìn)一步的讀、寫操作。m i f a r el 卡片上共有1 6 個(gè)扇區(qū)，每 個(gè)扇區(qū)都可分別設(shè)置各自的密碼，互不干涉，每個(gè)扇區(qū)可獨(dú)立地應(yīng)用于一個(gè)應(yīng)用 場(chǎng)合，因此使整個(gè)卡片成為真正可一卡多用的“一卡通”成為可能。 在卡片認(rèn)證時(shí)，采用三次認(rèn)證過程，如圖2 2 所示。 ( ) 髓 非接觸 【b ) t 0 l 【e n b i i f a r e1 式卡片 卡宄 讀寫器 【d ) y 0 1 1 1 m b 圖2 2 三遍認(rèn)證過程示意圖 f i g u r e2 - 2t h r e et i m e sa u t h e n t i c a t i o np r o c e s s 1 0 認(rèn)證過程如下： a ：由m i f a r e1 卡片向讀寫器發(fā)送一個(gè)隨機(jī)數(shù)據(jù)r b ； b ：由讀寫器收到r b 后向m i f a r el 卡片發(fā)送一個(gè)令牌數(shù)據(jù)t o k e n a b 。其中 包含了讀寫器發(fā)出的一個(gè)隨機(jī)數(shù)據(jù)r a ： c ：m i f a r e1 卡片收到t o k e n a b 后，對(duì)t o k e n a b 的加密的部分進(jìn)行解密， 并校驗(yàn)第一次由( a ) 環(huán)中m i f a r e1 卡片發(fā)出去的隨機(jī)數(shù)r b 是否與( b ) 環(huán)中接 收到的t o k e n a b 中的r b 相一致： d ：如果( c ) 環(huán)校驗(yàn)是正確的，則m i f a r el 卡片向讀寫器發(fā)送令牌t o k e nb a 給讀寫器； e ：讀寫器收到令牌t o k e nb a 后，將對(duì)令牌t o k e nb a 中的r b 進(jìn)行解密， 并校驗(yàn)第一次由( b ) 環(huán)中讀寫器發(fā)出去的隨機(jī)數(shù)r a 是否與( d ) 環(huán)中接收到的 t o k e n b a 中的r a 相一致； 如果上述的每一個(gè)環(huán)都能正確通過驗(yàn)證，即都為“真”，則整個(gè)認(rèn)證過程將為 成功，讀寫器將能對(duì)剛剛認(rèn)證通過的卡片上的相應(yīng)扇區(qū)進(jìn)入下一步的操作。反之， 若認(rèn)證過程中的任何一環(huán)出現(xiàn)差錯(cuò)，則整個(gè)認(rèn)證將告失敗，必須重新開始。 同樣，卡片中的其他扇區(qū)由于各自有其密碼，因此若想對(duì)其他扇區(qū)進(jìn)行操作， 也必須完成上述的認(rèn)證過程。 5 c o n t r o l & a r i t h m e t i cu n i t ： 該模塊為控制及算術(shù)運(yùn)算單元，這一單元是整個(gè)卡片的控制中心，是卡片的 “頭腦”。它主要進(jìn)行對(duì)整個(gè)卡片的各個(gè)單位進(jìn)行微操作控制，協(xié)調(diào)卡片的各個(gè)步 驟：同時(shí)它還對(duì)各種收發(fā)的數(shù)據(jù)進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算處理，遞增，遞減處理，c r c 運(yùn)算處 理，等等。是卡片中內(nèi)建的中央微處理機(jī)m c u 。 6 址們的m 單元： r a m 主要配合控制及算術(shù)運(yùn)算單元，將運(yùn)算的結(jié)果進(jìn)行暫時(shí)存儲(chǔ)，如果某些 數(shù)據(jù)需要存儲(chǔ)到e e p r o m ，則由控制及算術(shù)運(yùn)算單元取出送到e e p r o m 存儲(chǔ)器 中：如果某些數(shù)據(jù)需要傳送給讀寫器，則由控制及算術(shù)運(yùn)算單元取出，經(jīng)過r f 射 頻接口電路的處理，通過卡片上的天線傳送給卡片讀寫器。r a m 中的數(shù)據(jù)在卡片 失掉電源后( 卡片離開讀寫器天線的有效工作范圍內(nèi)) 將被清除。 同時(shí)，r o m 中還固化了卡片運(yùn)行所必需的程序指令，由控制及算術(shù)運(yùn)算單元 取出去對(duì)每個(gè)單元進(jìn)行微指令控制，使卡片能有條不紊地與卡片的讀寫器進(jìn)行數(shù) 據(jù)通信。 7 c r y p t ou n i t 數(shù)據(jù)加密單元： 該單元完成對(duì)數(shù)據(jù)的加密處理及密碼保護(hù)，加密的算法可以為d e s 標(biāo)準(zhǔn)算法 或s s f 3 3 算法等。 8 e e p r o mi n t e r f a c e 壓強(qiáng)p r o mh 強(qiáng)加d r y ： 該單元為e e p r o m 存儲(chǔ)器及其接口電路，主要用于數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。e e p r o m 中 的數(shù)據(jù)在卡片掉電( 卡片離開讀寫器天線的有效工作范圍內(nèi)) 后仍將被保持，用 戶所要存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)被存放在該單元中。m i f a r e1 卡片中的這一單元容量為8 1 9 6 b i t ， 分為1 6 個(gè)扇區(qū)。 2 1 3存儲(chǔ)結(jié)構(gòu) m i f a r e1 卡片的存儲(chǔ)容量為8 1 9 2b i t l 位字長(zhǎng)( 即1 k 8 位字長(zhǎng)) ，采用 e e p r o m 作為存儲(chǔ)介質(zhì)，整個(gè)結(jié)構(gòu)劃分為1 6 個(gè)扇區(qū)，編為扇區(qū)o 1 5 。每個(gè)扇區(qū) 有4 個(gè)塊( b l o c k ) ，分別為塊0 、塊l 、塊2 和塊3 ，每個(gè)塊為1 6 個(gè)字節(jié)。一個(gè)扇 區(qū)共有1 6 b y t e 4 = 6 4 b y t e 。如下圖所示： 扇 b l o c k0 廠商標(biāo)；f 謂 區(qū) b 1 0 c k1 b 1 0 c k2 0 b l o c k3 ( 擁+ 存信控制+ 嘧碼) b 1 0 c k0 扇 b 1 0 c k1 區(qū) b 1 0 c k2 l b l o c k3 ( 密碼+ 存儲(chǔ)控制+ 嘧碼) 扇 b 1 0 c k0 區(qū) b 1 0 c k1 b 1 0 c k2 1 5 b l o c k3 ( 密碼+ 存儲(chǔ)控制+ 瞎碼) 圖2 - 3m i f a t e1 卡片存儲(chǔ)結(jié)構(gòu) f i g u r e2 - 3t h em e m o r y $ 1 1 u g n n co f m i f a m1 扇區(qū)0 的塊0 是特殊的，是廠商代碼，已經(jīng)固化，不可改寫。其中第o 4 個(gè) 字節(jié)為卡片的序列號(hào)，第5 個(gè)字節(jié)為序列號(hào)的校驗(yàn)碼，第6 個(gè)字節(jié)為卡片的容量 “s i z e ”字節(jié)，第7 ，8 個(gè)字節(jié)為卡片的類型號(hào)字節(jié)，即t a g t y p e 字節(jié)，其他字節(jié) 可另加定義。基于保密性和系統(tǒng)的安全性，這一塊在i c 卡廠商編程之后被置為寫 1 2 保護(hù)，因此該塊不能再?gòu)?fù)用為應(yīng)用數(shù)據(jù)塊。 例如，讀取的數(shù)據(jù)是4 2 0 a 7 e 0 0 3 6 8 8 0 4 0 0 4 4 8 1 7 4 0 6 3 0 3 7 3 9 3 7 h ，則序列號(hào)s n 為4 2 0 a 7 e 0 0 h 和校驗(yàn)碼3 6 h ，容量字節(jié)是8 8 h ，卡類型號(hào)為0 4 0 0 h 。 此外。每個(gè)扇區(qū)的塊3 包含了該扇區(qū)的密碼a ( 6 個(gè)字節(jié)) 、存取控制( 4 個(gè) 字節(jié)) 、密碼b ( 6 個(gè)字節(jié)) ，是一個(gè)特殊的塊，其余三個(gè)塊是一般的數(shù)據(jù)塊( o 號(hào) 扇區(qū)的塊0 除外) 。 例如，如果塊3 中的值為a o a i a 2 a 3 a 4 a s f f 0 7 8 0 6 9 b o b l b 2 8 3 8 4 8 5 ，則 a o a l a 2 a 3 a 4 a s 是密鑰a ，b o b t b 2 8 3 8 4 8 5 是密鑰b ，f f 0 7 8 0 6 9 為讀寫控制位，卡 初始化后的存取控制條件為：密碼a 永不可讀，校驗(yàn)密碼a 或密碼b 正確后可以 修改；密碼b 在校驗(yàn)密碼a 或密碼b 正確后可讀，可修改；數(shù)據(jù)塊在校驗(yàn)密碼a 或密碼b 正確后可讀，可修改。 2 2m c m 2 0 0 m c m 的全稱是m i f a r ec o r em o d u l e ，即m i f a r e 核心模塊。m c m 智能模塊被 用于讀寫m i f a r el 非接觸式i c 智能射頻卡的讀寫器中，負(fù)責(zé)讀寫器中對(duì)非接觸式 i c 智能射頻卡片的讀寫等功能，一般在讀寫器中還必須有m c u 來對(duì)m c m 進(jìn)行 控制，及對(duì)讀寫器的其他方面如鍵盤、顯示、存儲(chǔ)、通信等部分進(jìn)行控制等。 2 2 1主要特征 1 芯片構(gòu)造 m c m 2 0 0 型核心讀寫模塊為標(biāo)準(zhǔn)的雙列直插3 2 引腳的芯片，內(nèi)有1 6 個(gè)字節(jié) 的f i f o ( 先進(jìn)先出) 隊(duì)列接收，發(fā)送緩沖寄存器。 2 電源及工作頻率 標(biāo)準(zhǔn)的+ 5 v 供電，供電范圍4 7 5 v 5 2 5 v 。典型工作狀態(tài)下電流消耗4 0 m a ， 最大不超過8 0 m a ，最小不低于1 0 m a 。工作頻率1 3 5 6 m h z 。 3 操作距離與通信速率 讀寫卡片距離可達(dá)2 5 m m 以上；與卡片間的通信速率可達(dá)1 0 6 k b i t s 。 4 卡片識(shí)別與防沖突 模塊與卡片通信時(shí)，數(shù)據(jù)加密。在對(duì)卡片進(jìn)行認(rèn)證時(shí)，采取3 次認(rèn)證過程， 對(duì)卡片上通過認(rèn)證的相應(yīng)扇區(qū)進(jìn)行下一步操作：且具有防重疊功能：可選擇在同 一時(shí)間處理重疊在卡片讀寫器天線的有效工作距離內(nèi)的多張重疊的卡片或選擇其 中某一張來進(jìn)行操作。 5 r f 特性及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn) 模塊可對(duì)r f 射頻通道自動(dòng)監(jiān)控，支持多種方式的活動(dòng)天線，并且不需天線調(diào) 節(jié)系統(tǒng)對(duì)天線進(jìn)行補(bǔ)償調(diào)節(jié)；符合i s 0 m c1 4 4 4 3t y p e a 標(biāo)準(zhǔn)。 2 2 2引腳說明 m c m 2 0 0 模塊為標(biāo)準(zhǔn)的雙列直插3 2 引腳的芯片，其引腳圖如圖2 - 4 所示： d 7 d 6 d 5 d 4 d 3 d 2 d l d o b p n p a u s e i x 伽p l n r s t d v d d i x ；n d n i r q t p k p r o g n c s n w r r d a 0 l a 2 3 a l e 0 s e a l e m o d e n a n t a n t a y d d a g n d r x 圖2 - 4m c m 2 0 0 型核心模塊引腳圖 f i g u r e2 - 4p i n so fm c m 2 0 0 d o d r 7 ：8 位雙向數(shù)據(jù)總線； a 0 叫鏹：4 位地址線； b p ：后備電池輸入端，用于保護(hù)m c m 內(nèi)部密碼r a m ； n p a u s e i ：串行數(shù)據(jù)輸出，用于驅(qū)動(dòng)r f 單元，該引腳必須連到k f 單元的 1 1 p 端； n w r ：寫信號(hào)使能端； n r d ：讀信號(hào)使能端： n c s ：該腳為低電平時(shí)選中m c m ： k o m p i ：r f 的比較輸入端，使用時(shí)必須連到r f 單元的r x 端； n r q ：m c u 數(shù)據(jù)處理控制端。當(dāng)該端為低時(shí)，m c u 將用m c m 狀態(tài)寄存器 中的內(nèi)容來對(duì)m c m 中的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理； 6 她：地址鎖存使能端： 1 4 弛”如”船拍拍技”加擂 2 3 4 5 6 7 8 9加n” u s e a l e ：選擇從內(nèi)部地址鎖存器或a 0 - a 3 引腳取地址； d l j n d ：數(shù)字電路接地端； d v l ) d ：+ 5 v 電源端； m o d e ：并行協(xié)議模式選擇引腳，可用高電平驅(qū)動(dòng)； a v d d ：+ 5 v 模擬電源輸入引腳，用于r f 射頻單元： a g n d ：r f 射頻單元( 模擬電路) 接地端； n a n t 、a