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介紹了Philips公司的Mifare 1非接觸IC卡讀寫器芯片MCM200的主要特性､引腳功能､內(nèi)部的物理功能寄存器和基本指令集｡重點(diǎn)介紹了Mifare 1非接觸IC卡和MCM200數(shù)據(jù)通信的一些重要模塊的編程思路和編程方法,給出了兩個(gè)編程實(shí)例｡ Mifare 1 IC智能(射頻)卡的核心是Philips 公司的Mifare 1 IC S50(-01,-02,-03,-04)系列微模塊(微晶片)｡其相應(yīng)的讀寫器模塊為Philips公司的MCM200和MCM500｡其中,MCM200模塊主要應(yīng)用于操作距離在 25mm的卡片讀寫器中;MCM500模塊主要應(yīng)用于操作距離在100mm的卡片讀寫器中｡1 MCM200模塊的主要特性 MCM200讀寫器模塊的主要特性如下: ●采用標(biāo)準(zhǔn)的雙列直插式32引腳封裝; ●工作頻率為13.56MHz,采用標(biāo)準(zhǔn)的+5V電源供電,典型電流消耗為40mA; ●讀寫卡片距離可達(dá)25mm以上; ●與卡片的通信速率可達(dá)106kbps; ●每個(gè)扇區(qū)均包含有3套密碼,同時(shí)包含有認(rèn)證密碼用的存儲(chǔ)器; ●有防卡片重疊功能; ●帶有16字節(jié)的FIFO(先進(jìn)先出)隊(duì)列接收/發(fā)送緩沖寄存器; ●在模塊與卡片通信時(shí)可自動(dòng)偵查錯(cuò)誤,對(duì)數(shù)據(jù)流可自動(dòng)分析; ●可對(duì)RF(射頻)通道進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)控; ●有內(nèi)建8位/16位CRC協(xié)處理器,可提供CRC､  ARITY等數(shù)據(jù)校驗(yàn);●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)即可對(duì)天線進(jìn)行補(bǔ)償調(diào)節(jié); ●帶有標(biāo)準(zhǔn)的Mifare 并行接口?可直接由標(biāo)準(zhǔn)的MCU接口信號(hào)控制｡ 2 MCM200模塊的引腳說明 MCM200的引腳排列如圖1所示｡各引腳的功能如下: D0~D7:8位雙向數(shù)據(jù)總線; A0~A3:4位地址線; BP:后備電池輸入端,用于保護(hù)MCM內(nèi)部密碼RAM; NPAUSE1:串行數(shù)據(jù)輸出,用于驅(qū)動(dòng)RF單元,該引腳必須連到RF單元的TP端｡ NWR:寫信號(hào)使能端; NRD:讀信號(hào)使能端; NCS:該腳為低電平時(shí)選中MCM; KOMP1:RF的比較器輸入端,使用時(shí)必須連到RF單元的RX端; NIRQ:MCU數(shù)據(jù)處理控制端｡當(dāng)該端為低時(shí),MCU將用MCM狀態(tài)寄存器中的內(nèi)容來對(duì)MCM中的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理; ALE:地址鎖存使能端; USEALE:選擇從內(nèi)部地址鎖存器或A0~A3引腳取地址; DGND:數(shù)字電路接地端; DVDD:+5V電源端｡ MODE:并行協(xié)議模式選擇引腳,可用高電平驅(qū)動(dòng)｡ AVDD:+5V模擬電源輸入引腳,用于RF射頻單元; AGND:RF射頻單元(模擬電路)接地端; NANT､ANT:天線連接端｡ 3 MCM200內(nèi)部特殊功能寄存器 MCM200器件內(nèi)部共有16個(gè)特殊功能寄存器,表1所列是這16種特殊功能寄存器的地址和讀寫情況｡實(shí)際上,MCU主要通過對(duì)MCM寄存器的讀寫來控制MCM的工作｡MCM是MCU與非接觸式IC卡之間進(jìn)行信息交換的接口,系統(tǒng)對(duì)卡片上的數(shù)據(jù)進(jìn)行任何讀寫均須通過MCM 來傳遞｡ 表1 MCU200中的物理功能寄存器 寄存器名 地 址 讀(READ) 寫(WRITE) DATA 00H READ-BYTE WRITE-BYTE STACON 01H DV TE PE CE BE AE - - - - SOR RFS - - - - 1 1 NRF AC ENABLE 02H N/A 1 PR CE CR - - - - - - - - BCNTS 03H N/A BIT-COUNT-SEND BCNTR 04H N/A BIT-COUNT-RECEIVE BAUDRATE 05H N/A - - - - - - - - 1 1 1 BR TOC 06H N/A TIMEOUT-COUNTER MODE 07H N/A 1 1 0 0 0 P2 P1 P0 P0 CRCDATA 08H CRC-BYTE-READ CRC-BYTE-WRITE CRCSTACON 09H CV - - - - - - - - - - - - CZ C8 - - - - - - - - - - - - CR KEYDATA 0AH N/A KEY-BYTE-WRITE KEYSTACON 0BH - - - - - - - - - - - - - - - - AL 0 - - - - - - - - KS1 KS0 KEYADDR 0CH N/A AL AB A5 A4 A3 A2 A1 A0 0DH RCODE 0EH N/A - - - - - - - - 0 0 RC1 RC0 表2 MCM2000的基本指令集 指 令 指令代碼(hex) 相關(guān)的出錯(cuò)標(biāo)志 接收卡片上數(shù)據(jù) Answer to Request(Request的應(yīng)答) TE,BE Tagtype Request std 26 Request all 52 AntiCollision(防重疊) 93 TE,BE Serial Number Select Tag(選卡片) 93 TE,BE,PE,CE Size Authentication(認(rèn)證) TE,BE,PE,CE / Auth-1a 60 Auth-1b 61 Load KEY(存取密碼) / AE Read(讀) 30 TE,BE,PE,CE Data Write(寫) A0 TE,BE / Increment(增值) C1 TE,BE / Decrement(減值) C0 TE,BE / Restore(重儲(chǔ)) C2 TE,BE / Transfer(傳送) B0 TE,BE / Halt(停機(jī)) 50 TE,BE / 4 MCM200的指令和軟件設(shè)計(jì) MCU通過特殊指令來啟動(dòng)MCM200并運(yùn)行,同時(shí)將這些指令傳輸?shù)組ifare 1卡片上｡MCM200的基本指令集如表2所列｡Mifare 1 IC卡與MCM200之間的通信使用握手式半雙工通信協(xié)議,卡片帶有高速CRC協(xié)處理器,符合CCITT標(biāo)準(zhǔn)｡卡片的ROM中固化了其運(yùn)行所需的必要程序指令,它能使卡片有條不紊地與卡片讀寫器進(jìn)行數(shù)據(jù)通信｡但MCU對(duì)MCM200的指令操作通常不是簡(jiǎn)單的一條指令,而是用一個(gè)程序序列來完成,其中包括對(duì)MCM200硬件內(nèi)核寄存器的設(shè)置｡MCM對(duì)IC卡的操作流程如圖2所示｡現(xiàn)將其中各主要子程序模塊的編程方法作以說明｡ 4.1 Request操作子程序 Request 指令用于通知MCM200在天線有效的工作距離內(nèi)尋找Mifare 1卡片｡如果 Mifare 1卡片存在,就和Mifare 1通信,并讀取卡片類型號(hào)TAGTYPE(2個(gè)字節(jié)),然后由MCU根據(jù)TAGTYPE區(qū)別不同類型的卡片｡Request 指令分為Request std指令和Re-quest all指令｡Request std指令是連續(xù)性的讀卡指令｡Request all指令是非連續(xù)性的讀卡指令,只讀一次｡Request all指令在成功地讀取一張卡片之后,會(huì)一直等待使用者拿走這一張卡片,直到有新一張卡片進(jìn)入MCM的天線有效工作范圍之內(nèi)｡Request操作的匯編語言程序如下: Request: MOV A,#0CH ?;設(shè)置MCM中的STACON 寄存器為0CH MOV R0,#01H MOVX @R0,A MOV A,#0EH ?;設(shè)置MCM中的BAU-DRATE寄存器為0EH MOV R0,#05H MOVX @R0,A MOV A,#0C0H ;設(shè)置MCM中的ENABLE寄存器為0C0H MOV R0,#02H MOVX @R0,A MOV A,#0C6H ?;設(shè)置MCM中的MODE寄存器為0C6H MOV R0?#07H MOVX @R0?A MOV A?#02H ;設(shè)置MCM中的RCODE 寄存器為02H MOV R0?#0EH MOVX @R0?A MOV A?#07H ;設(shè)置MCM中的BCNT S 寄存器為07H MOV R0?#03H MOVX @R0?A MOV A?#10H ;設(shè)置MCM中的BCNTR 寄存器為?10H MOV R0?#04H MOVX @R0?A JB F0, RSTD ;根據(jù)F0標(biāo)志判斷是執(zhí) 行Request std操作還是 Request all操作 REQALL? MOV A?#52H ;Request all指令代碼→A AJMP RQTMCM RSTD: MOV A?#26H ;Request std 指令代碼→A RQTMCM?MOV R0?#00H MOVX @R0?A ;Request all指令或Request std 指令寫入DATA MOV A? #0AH ?TOC = 0AH MOV R0?#06H MOVX @R0?A MOV R0?#01H ;讀STACON狀態(tài) MOVX A?@R0 JNB ACC.7?RD STACON ? TAGTYPE沒 有到FIFO(DV=0)?重新讀STACON狀態(tài) MOV R7,A ? stacon值暫存在R7中 MOV A, #00H ?TOC=00H MOV R0,#06H MOVX @R0,A MOV A,R7 ;取暫存在R7中stacon值到A JB ACC.6?TE_ERR ?; 定時(shí)計(jì)數(shù)器溢出錯(cuò)轉(zhuǎn)TE_ERR JB ACC.3,BE_ERR ?; 位計(jì)數(shù)器錯(cuò)轉(zhuǎn)BE_ERR MOV R0,#00H ;讀卡片的卡片類型號(hào)TAGTYPE 0存入45H單元 MOVX A,@R0 MOV 45H?A MOV R0,#00H MOVX A,@R0 ;讀卡片上的卡片類型號(hào)TAGTYPE1存入46H單元 MOV 46H,A RET ?; RET TE_ERR: ?;“TE” 錯(cuò)誤處理 RET BE_ERR: ?; “BE”錯(cuò)誤處理 RET 4.2 “AntiCollision”?防卡片重疊 操作子程序 如果有多張Mifare 1卡片處在卡片讀寫器的天線工作范圍之內(nèi),AntiCollision指令將啟動(dòng)AntiColli-sion模塊的防重疊功能,同時(shí)MCM200將有序地讀所有處在其天線有效工作距離內(nèi)的Mifare 1卡片的40bit長(zhǎng)的序列號(hào)SN｡MCU接收到這5個(gè)字節(jié)的SN后,會(huì)進(jìn)行校驗(yàn)｡其校驗(yàn)､計(jì)算卡片序列號(hào)的方法是:采用相鄰兩個(gè)字節(jié)相互異或得出的結(jié)果與下一個(gè)字節(jié)再異或,前四個(gè)字節(jié)異或的結(jié)果與第5個(gè)字節(jié)應(yīng)該相同,否則認(rèn)為MCU讀到的卡片的序列號(hào)有錯(cuò),因此卡片的序列號(hào)的前四個(gè)字節(jié)是有意義的,第5個(gè)字節(jié)僅僅用于校驗(yàn)之用｡這五個(gè)字節(jié)被存儲(chǔ)在IC卡片的第0扇區(qū)的第0塊中,它由卡片的生產(chǎn)商制定并固化,不得更改,所以在市面上流通的Mifare 1 S50系列的非接觸式IC射頻卡中,每一張卡片的序列號(hào)都是唯一的｡“AntiCollision”?防卡片重疊 操作子程序清單如下: anti? NOP MOV A? #10H ?BCNTS = 10H,控制 MCU向DATA寄存器 發(fā)送 2個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù) MOV R0?#03H MOVX @R0?A MOV A? #0CH ;設(shè)置MCM中的 STACON寄存器 SETB ACC.0 ?AC =“1”,啟動(dòng)防重 疊狀態(tài)機(jī) MOV R0?#01H MOVX @R0?A ACALL D1000US ?DELAY 1000US MOV A? #93H ;AntiCollision?防卡片 重疊 指令碼寫入DATA MOV R0?#00H MOVX @R0?A MOV A? #20H MOV R0?#00H MOVX @R0?A MOV A? #28H MOV R0?#04H MOVX @R0?A ?BCNTR = 28H ,接 收5個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù) MOV A? #0AH MOV R0?#06H MOVX @R0?A ?TOC = 0AH MOV R0?#01H AGAIN: MOVX A?@R0 ? 讀STACON狀態(tài) JNB ACC.7? AGAIN ?如果 DV=“0”重 讀STACON MOV R7,A MOV A? #00H MOV R0?#06H MOVX @R0?A ?TOC = 00H MOV A,R7 JB ACC.6? TE ERR ? 定時(shí)計(jì)數(shù)器溢出 錯(cuò)轉(zhuǎn)TE ERR JB ACC.3? BE ERR ?位計(jì)數(shù)器錯(cuò)轉(zhuǎn) BE ERR MOV R7?#04H ?讀4個(gè)字節(jié)的SN值 存入40H~43H單元, 前四個(gè)字節(jié)進(jìn)行異或 MOV B?#00H MOV R1?#40H MOV R0?#00H LOOP? MOVX A?@R0 MOV @R1?A ?存SN的前四個(gè)字節(jié)在 單片機(jī)內(nèi)部RAM的 40H?41H?42H?43H單元 XRL B?A ?相鄰字節(jié)相互異或 INC R1 DJNZ R7? LOOP MOVX A?@R0 ?前四個(gè)字節(jié)異或的結(jié) 果和接收的第5個(gè)字 節(jié)進(jìn)行比較,若不等則 XRL A?B 轉(zhuǎn)錯(cuò)誤處理 JNZ ANTIERR RET TE ERR? RET BE ERR? RET ANTIERR: RET 4.3 “Select”?選卡片 操作子程序 該程序用于MCM200與卡片的真正聯(lián)絡(luò)｡選擇一張卡片通常由MCU向MCM200發(fā)送“SELECT”命令來完成｡MCU發(fā)送“SELECT”命令后,會(huì)同時(shí)在“AntiCollision” 操作中得到Mifare 1卡片的40bit長(zhǎng)的序列號(hào)的前四個(gè)字節(jié)以及前四個(gè)字節(jié)的異或結(jié)果,同時(shí)再重新發(fā)送給Mifare 1卡,只有本身的序列號(hào)和接收的序列號(hào)相同的卡片才被真正地選中｡Select指令成功執(zhí)行后,MCU將得到MCM DATA寄存器傳來的一個(gè)字節(jié)長(zhǎng)的卡片容量信息(SIZE字節(jié))｡SIZE字節(jié)被存儲(chǔ)在Mifare 1卡片上的第00H扇區(qū)中的第00h 塊中｡ 4.4 “Authentication”認(rèn)證操作子程序 Mifare 1卡的每個(gè)扇區(qū)的塊3包含該扇區(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) ,它是一個(gè)特殊的塊｡在確認(rèn)了上述三個(gè)步驟后,就表示已經(jīng)選擇了一張卡片,在對(duì)卡片進(jìn)行讀寫操作之前,還必須對(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Read/Write操作｡也可以通過選擇存儲(chǔ)在MCM的RAM密碼集中的一組密碼來進(jìn)行認(rèn)證操作｡MCM能夠存儲(chǔ)3個(gè)密碼集KEYSET0､KEYSET1和KEYSET2｡每一個(gè)KEYSET又包含了KEYA及KEYB 等｡在＂Authentication＂指令發(fā)出之前,必須設(shè)置密碼控制寄存器KEYSTACON,使AL=1,然后設(shè)置KS0和KS1以指定一套密碼集｡同時(shí),還必須設(shè)置密碼地址寄存器KEYADDR,當(dāng)AB為“1”時(shí),選擇KEYA,AB為“0”時(shí)選擇KEYB,A5~A0用于選擇MCM-RAM中存放密碼的扇區(qū)地址(0~63), KEYADDR寄存器中的“AB”設(shè)置必須匹配＂Authentication＂命令,因?yàn)樵冢uthentication＂命令中,60h代碼用于認(rèn)證KEYA;61h代碼用于認(rèn)證KEYB｡正確地設(shè)置KEYSTACON 和KEYADDR寄存器之后,通過寫＂Authentication＂ 認(rèn)證命令代碼和寫“地址”(Mifare 卡要認(rèn)證的扇區(qū)地址是0~15)到DATA寄存器?認(rèn)證密碼操作的模塊便開始啟動(dòng)執(zhí)行｡如果三遍認(rèn)證的每一個(gè)環(huán)都為“真”,且都能正確通過驗(yàn)證,則整個(gè)認(rèn)證成功｡這時(shí)讀寫器即可對(duì)剛剛認(rèn)證通過的卡片上的這個(gè)扇區(qū)進(jìn)行下一步READ/WRITE 等操作｡ 4.5 “Read＂或“Write＂操作子程序 Read指令允許MCU通過MCM來讀取Mifare 1卡片上完整的16個(gè)Bytes的數(shù)據(jù)塊｡Read指令操作只能一個(gè)塊(Block)一個(gè)塊地讀,即一次只能讀取16個(gè)字節(jié)｡如果只要求讀取某Block中的幾個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù),也只能一個(gè)整塊16個(gè)字節(jié)一起讀取,再由程序員選取指定的字節(jié)｡從卡片上讀到的數(shù)據(jù)必須由MCU進(jìn)行校驗(yàn),以確保數(shù)據(jù)的有效｡ “Write” 寫指令允許用戶寫數(shù)據(jù)到MIFARE卡片上(完整的16 個(gè)BYTEs的數(shù)據(jù)塊)｡只有在“Authentication” 認(rèn)證指令完成后,才允許對(duì)數(shù)據(jù)扇區(qū)或數(shù)據(jù)塊進(jìn)行“Write”寫指令操作｡寫入的數(shù)據(jù)塊的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如下: 15 14 13 12 11 10 9 8 address address address address V A L UE 7 6 5 4 3 2 1 0 V A L UE V A L UE 通過一個(gè)寫操作可將存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)在每一個(gè)block塊中寫3次并反寫1次,從而完成數(shù)據(jù)塊的初始化｡塊的地址必須寫4次,其中2次為反向?qū)懭?#65377;正/負(fù)數(shù)據(jù)值將以標(biāo)準(zhǔn)的二進(jìn)制補(bǔ)碼格式來表示｡ 4.6 “Increment”或 “Decrement”增值或減值子程序 通過Mifare 1內(nèi)部電路能夠執(zhí)行“Increment” &“Decrement”增值/減值操作,在根據(jù)KEY A 和KEY B 進(jìn)行“Increment”&“Decrement”增值/減值操作時(shí); “Increment”增值表示將指定的值加到卡片的存儲(chǔ)器中;“Decrement”減值則表示從卡片的存儲(chǔ)器中減去指定的值｡每一個(gè)“Increment”& “Decrement”增值/減值操作都必須跟隨一條“Transfer” 傳送指令,這樣才能真正地將數(shù)據(jù)結(jié)果傳送到卡片上｡如果沒有傳送指令,數(shù)據(jù)結(jié)果仍將保持在數(shù)據(jù)緩沖寄存器中｡ |
