IC卡基础知识
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卡片分类——非接触式卡
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卡片分类——接触式卡
• 接触式IC卡通过卡片表面8个金属触点与读卡 设备进行物理连接来实现电源供给和完成通 信，必须保证触点接触的稳定性。
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IC卡功能
• IC卡根据内部封装的集成电路是否有处理器 可以分为： 1、存储卡 2、智能卡 两大类。
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存储卡
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第三部分 TAL应用层
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TTL数据结构
• ISO/IEC 14443 / ISO/IEC 7816-3中定义的 TTL处理过程. 终端始终是主动方,卡片是被动方.所有的数据 交互由终端按照协议定义格式的命令发起. 卡片在接收到命令后做相应地响应.
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应用协议数据单元（APDU）结构
• 命令-响应对，由终端发起的命令和卡片响 应构成。 • APDU-C: 命令头(CLA+INS+P1+P2) 命令体(Lc + 数据域+Le) • APDU-R: 响应体(数据单元) 响应尾域(状态字节SWA+SWB)
百富学uct APDU_REQ{ uchar cmd[4];/*命令头*/ ushort le; /*期望接收字节数*/ ushort lc /*待发送数据单元长度*/ uchar datas[ 256 ];/*待发送数据单元*/ };
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IC卡的应用
• 1995年底，国家金卡办为统筹规划全国IC卡的应用 ，组织拟定了 (金卡工程非银行卡应用总体规划)。 为保证IC卡的健康发展，在国务院金卡办的领导下 ，信息产业部、公安部、卫生部、国家工商管理局 等各个部委纷纷制定了IC卡在本行业的发展规划。 1、金融行业磁卡向符合PBOC规范的智能卡迁移， 目前进展缓慢； 2、建设部制定了建设部的IC卡计划，指定了多个 IC卡推广试点的城市，推广IC卡在公交、水、电、 气行业的应用，形式多样，广泛，但是卡类复杂， 管理杂乱，难以统一。 3、其它的如，社保、医疗、交通、身份证、广播 电视等涉及相当多的行业。
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非接触式T=CL协议
• T=CL是一种分组半双工传输协议,协议中所 用帧的格式符合ISO/IEC 14443-3中规定的 格式. • 类似接触式的T=1协议,数据分组传输,帧格 式:
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非接触式T=CL协议
• 等待时间FWT FWT用于检测传输错误或PICC无应答. PICC可以通过一个S-Block请求来扩展等待 时间FWTX.申请个临时的等待时间. • 协议支持链接功能,用以传输超过FSD或 FSC(最大分组信息长度)的数据.
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卡片分类——非接触式卡
• 非接触式IC卡的工作电源方式有有源和无源两种。 应用以无源的为主。 通常使用的无源非接触式IC卡与读卡设备之间通过 13.56MHz的无线频率电磁波通信和电源传输。 EM微电子公司125KHz的卡片也有相当范围的使用 .动物跟踪识别,门禁系统. 目前微波卡也有了一定的应用，利用微波波长短,穿 透能力强的特点，进行远距离传输，应用在停车场 、高速公路收费站。 还有光电卡，利用光学效应与电效应的转换进行数 据通信。
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第二部分 通信协议简介
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接触式存储卡
• 接触式存储卡的通信协议因具体厂商而定 ，一般的都遵循IEC/ISO7816中同步卡的复 位规范和数据传输规范。 • 数据通信采用同步方式，也就说，数据的 变化（反映在C7触点上）与时钟信号（反 映在C3触点上）紧密相关，时钟信号由终 端控制，卡片根据时钟信号的沿来锁定/驱 动数据信号。
• 存储卡，内部只具有存储器和控制电路， 使用时只做数据存储用，可读/写。 多数的存储卡写操作是有条件的。 市面上常见的存储卡有： AT24C04/64之类的EEPROM的卡式封装。 SLE4442/28之类的具备口令保护功能的逻 辑加密卡。
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智能卡
• 智能卡也称为CPU(中央处理器)卡，它具有 数据读写和处理功能 • 银行的IC卡通常是指智能卡。因具有安全性 高、可以离线操作等突出优点。所谓离线操 作是与联机操作相对而言的，它可以在不连 网的终端设备上使用。离线操作不仅大大减 少了通信时间，也能够在移动收费点 (如公共 交通)或通信不顺畅的场所使用。
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接触式智能IC卡复位应答ATR
• ATR( Answer To Reset ),复位分为冷复位和 热复位两种.复位成功后就可以与卡片进行数 据交互. • 复位信号有效后(信号由低变高),卡片将回送 相应的一组接口字符.这些字符用来协商特定 的后续使用参数信息和历史字节信息. • 接口字符每个均有自身的含义,详细信息请查 阅相关文档/规范.
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卡片响应数据结构
• 卡片响应数据结构: Struct APDU_RSP{ uchar length;/*响应数据单元长度*/ uchar swa;/*第一个状态字节*/ uchar swb;/*第二个状态字节*/ uchar datas[ 256 ];/*响应数据单元*/ };
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命令类型
IC卡基础知识
软件部编 百富计算机技术(深圳)有限公司
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第一部分 IC卡简介
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IC卡定义与起源
• IC卡定义没有一个统一的概念，一般地认为 IC卡是将它是将包含处理器或存储器的集成 电路(Integrated Circuit)嵌入符合相关标准的 卡基(物理特性满足标准)中，做成卡片形式。 • 1976年法国布尔(BULL)公司首先发布IC卡产 品。
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• B类卡通信 1) 在PCD->PICC的过程中采用10%的ASK( 幅移键控),编码方式为NRZ码,速率为 106Kbps. 2) 在PICC->PCD的过程中采用通/断负载的 方式形成一个fc/16的负载波(BPSK-NRZ), 速率也为106Kbps.
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非接触式IC卡防冲突机制
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IC卡物理结构简介
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IC卡的相关标准
• IC卡得到了广泛使用和推广，国际标准化组织制定 的ISO/IEC 7816标准协议簇起了重要作用。 ISO/IEC 7816成为了其它众多卡类标准的基础。 ISO/IEC 7816协议簇包含15卷，规定了从物理尺寸 、电气特性、通信协议及应用规范等标准。每卷的 版本单独管理。 • EMVCo组织是三大发卡组织，Europay、 MasterCard和Visa成立的组织，制定了事实上的金 融行业卡类的国际规范EMV规范。现行标准版本是 EMV4.2 June 2008。
• 根据结构APDU_REQ中Le,Lc两个参数可以把命令 分为四种类型: if Lc > 0 then if Le > 0 then case4 else case3 endif; else if Le > 0 then case2 else case1 endif; endif;
接触式智能IC卡通信中复位应答时序
• 在卡片复位时,复位信号生效( 复位信号上升 沿 )到卡回送第一个字符下降沿之间的这段时 间称为复位等待时间. • 在卡片复位时,卡片回送的连续两个字符起始 位下降沿之间的等待时间称为字符间等待时 间(CWT). • 在卡片复位时,卡片送回所有的复位应答字符 的总时间长度称为复位总时间长度.
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接触式智能IC卡通信协议
• ISO/IEC 7816-3指定了以下协议类型， T=0，面向字符半双工传输协议 T=1，面向块半双工传输协议 T=14，非国际通用的协议，德国实现 T=15，非传输协议，主要进行参数控制 其它，保留。 在这些协议类型中不同的协议处理通信的方 式有些不同。
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• 非接触式的射频能量场是开放式的,很容易会出现 在某时刻有多张卡在场内.因此非接触式卡必须要 解决冲突问题. • A卡的防冲突机制是基于位的. 协议规定了PCD最后发送的一个间隙(PAAUSE) 与PICC的第一个应答载波调制边之间的时间是个 固定值,这样当一条命令发出后,如果有多张卡响应 ,数据如果不一样,那么必然出现至少有一个位的时 间片是全调制的.
选定一张卡
数据交互
关闭能量场,结束交互
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接触式智能IC卡状态图
静默状态 等待命令状态
上电状态 等待复位
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接触式智能IC卡位持续时间
• 数据传输过程中的位有效持续时间时间，称为ETU 。ETU的大小跟时钟信号不再同步，而是根据时钟 频率Fc和速率调节因子Di与时钟调节因子Fi有关， 计算公式:
ETU = Fi/(Fc*Di)
比如，Fi = 372, Di = 1, Fc = 4.8MHz 那么，ETU = 372 / 4.8 = 77.5us. • 问题： 如果Fi =372,Di = 1且Fc = 3.57MHz的条件下 ETU=?你想到了什么？
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接触式智能IC卡字符帧格式
• 数据按位顺序传输，在上层协议中数据是按字符组织的，字 符的结构： 1个低电平起始位 (bs) 8个数据位(bx) 1个偶校验位(bp) 不定长的停止位(bt)
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接触式智能IC卡通信中T=0时序
• T=0是面向字符通信协议,数据以字符为单位组织解 析. 卡片前一个接收或发送的字符起始位下降沿到下一 个发送字符的起始位下降沿之间的时间称为工作等 待时间(WWT).
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接触式智能IC卡通信中T=1时序
• T=1是面向块通信协议,数据以块为单位组织解析. 卡片上一个接收块最后字符起始位下降沿与下一 个发送的块的第一个字符起始位下降沿之间的等 待时间称为块等待时间(BWT). 卡片发送时,块的连续两个字符起始位下降沿之间 的等待时间称为字符等待时间(CWT).
但是这里的顺序是跟卡所支持的有关的，在IEC/ISO7816-3里规定了两种方式： 1、如果卡片采用反向传输逻辑，那么逻辑数据与数据信号的电平关系 是反的，低电平表示逻辑‘1’，反之表示逻辑‘0’，字符是高位先传。 2、如果卡片采用正向传输逻辑，那么逻辑数据与数据信号的电平关系 是一致的，低电平表示逻辑‘0’，反之表示逻辑‘1’，字符是低位先传。 这个逻辑-电平关系有卡复位应答的第一个字符给出。空闲时I/O信号线为高电平. 注意： 起始为位始终是低电平，与逻辑无关。 停止位始终是高电平，也与逻辑无关。
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非接触式数据通信
• ISO/IEC 14443规范指定了两类通信调制协 议,称为A类和B类. • A类卡通信 1) 在PCD->PICC的过程中采用100%的 ASK(幅移键控),编码方式为变形米勒码,速 率为106Kbps. 2) 在PICC->PCD的过程中采用通/断负载的 方式形成一个fc/16的负载波(ASK),编码方 式为曼彻斯特,速率也为106Kbps.
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接触式智能IC卡操作过程
上电 卡插入卡槽后给卡提供稳 定电源
冷复位/热复位
卡片激活 终端与卡通过规范定义的 应用层结构进行数据交互
数据交互 失效复位信号->停时 钟->释放I/O->关闭电源
释放下电
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非接触式IC卡操作顺序
• PCD与PICC之间正常操作流程:
PCD打开电磁能量场
PCD轮询卡
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• 非接触式IC卡标准主要有: 1. ISO/IEC 10536 针对紧靠的卡类 2. ISO/IEC 14443 针对接近型卡类<10cm 3. ISO/IEC 15693 针对读卡距离<50cm 目前市面上最常见的是第二类,后续的讲解 均是针对这类.
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IC卡通信方式
• IC卡根据其通信方式可以分为： 1、非接触式 2、接触式 两类。 在每种通信方式里还可以按照不同的分类标 准继续划分。比如，非接触式类别里根据通 信介质还可以分，微波卡，光卡，电磁耦合 卡。
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AT24C04通信
• AT24C04是将一片EEPROM封装在卡中，通 信遵循TWI协议。一个位的读过程如下：
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符合ISO7816-3的接触式智能卡
• 接触式智能卡内部具有处理器，这里介绍符 合IEC/ISO7816-3规定的智能卡，它的通信 模式是：异步半双工串行方式。 • 异步：数据通信时数据信号与时钟信号不是 同步关系，数据位的持续时间是双方约定的 固定的。 • 串行：数据在数据信号线上按位一个一个的 传输。 • 半双工：某一时刻数据只能是一个方向。
卡片分类——非接触式卡
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卡片分类——接触式卡
• 接触式IC卡通过卡片表面8个金属触点与读卡 设备进行物理连接来实现电源供给和完成通 信，必须保证触点接触的稳定性。
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IC卡功能
• IC卡根据内部封装的集成电路是否有处理器 可以分为： 1、存储卡 2、智能卡 两大类。
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存储卡
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TTL数据结构
• ISO/IEC 14443 / ISO/IEC 7816-3中定义的 TTL处理过程. 终端始终是主动方,卡片是被动方.所有的数据 交互由终端按照协议定义格式的命令发起. 卡片在接收到命令后做相应地响应.
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应用协议数据单元（APDU）结构
• 命令-响应对，由终端发起的命令和卡片响 应构成。 • APDU-C: 命令头(CLA+INS+P1+P2) 命令体(Lc + 数据域+Le) • APDU-R: 响应体(数据单元) 响应尾域(状态字节SWA+SWB)
百富学uct APDU_REQ{ uchar cmd[4];/*命令头*/ ushort le; /*期望接收字节数*/ ushort lc /*待发送数据单元长度*/ uchar datas[ 256 ];/*待发送数据单元*/ };
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IC卡的应用
• 1995年底，国家金卡办为统筹规划全国IC卡的应用 ，组织拟定了 (金卡工程非银行卡应用总体规划)。 为保证IC卡的健康发展，在国务院金卡办的领导下 ，信息产业部、公安部、卫生部、国家工商管理局 等各个部委纷纷制定了IC卡在本行业的发展规划。 1、金融行业磁卡向符合PBOC规范的智能卡迁移， 目前进展缓慢； 2、建设部制定了建设部的IC卡计划，指定了多个 IC卡推广试点的城市，推广IC卡在公交、水、电、 气行业的应用，形式多样，广泛，但是卡类复杂， 管理杂乱，难以统一。 3、其它的如，社保、医疗、交通、身份证、广播 电视等涉及相当多的行业。
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非接触式T=CL协议
• T=CL是一种分组半双工传输协议,协议中所 用帧的格式符合ISO/IEC 14443-3中规定的 格式. • 类似接触式的T=1协议,数据分组传输,帧格 式:
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非接触式T=CL协议
• 等待时间FWT FWT用于检测传输错误或PICC无应答. PICC可以通过一个S-Block请求来扩展等待 时间FWTX.申请个临时的等待时间. • 协议支持链接功能,用以传输超过FSD或 FSC(最大分组信息长度)的数据.
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卡片分类——非接触式卡
• 非接触式IC卡的工作电源方式有有源和无源两种。 应用以无源的为主。 通常使用的无源非接触式IC卡与读卡设备之间通过 13.56MHz的无线频率电磁波通信和电源传输。 EM微电子公司125KHz的卡片也有相当范围的使用 .动物跟踪识别,门禁系统. 目前微波卡也有了一定的应用，利用微波波长短,穿 透能力强的特点，进行远距离传输，应用在停车场 、高速公路收费站。 还有光电卡，利用光学效应与电效应的转换进行数 据通信。
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第二部分 通信协议简介
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接触式存储卡
• 接触式存储卡的通信协议因具体厂商而定 ，一般的都遵循IEC/ISO7816中同步卡的复 位规范和数据传输规范。 • 数据通信采用同步方式，也就说，数据的 变化（反映在C7触点上）与时钟信号（反 映在C3触点上）紧密相关，时钟信号由终 端控制，卡片根据时钟信号的沿来锁定/驱 动数据信号。
• 存储卡，内部只具有存储器和控制电路， 使用时只做数据存储用，可读/写。 多数的存储卡写操作是有条件的。 市面上常见的存储卡有： AT24C04/64之类的EEPROM的卡式封装。 SLE4442/28之类的具备口令保护功能的逻 辑加密卡。
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智能卡
• 智能卡也称为CPU(中央处理器)卡，它具有 数据读写和处理功能 • 银行的IC卡通常是指智能卡。因具有安全性 高、可以离线操作等突出优点。所谓离线操 作是与联机操作相对而言的，它可以在不连 网的终端设备上使用。离线操作不仅大大减 少了通信时间，也能够在移动收费点 (如公共 交通)或通信不顺畅的场所使用。
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接触式智能IC卡复位应答ATR
• ATR( Answer To Reset ),复位分为冷复位和 热复位两种.复位成功后就可以与卡片进行数 据交互. • 复位信号有效后(信号由低变高),卡片将回送 相应的一组接口字符.这些字符用来协商特定 的后续使用参数信息和历史字节信息. • 接口字符每个均有自身的含义,详细信息请查 阅相关文档/规范.
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卡片响应数据结构
• 卡片响应数据结构: Struct APDU_RSP{ uchar length;/*响应数据单元长度*/ uchar swa;/*第一个状态字节*/ uchar swb;/*第二个状态字节*/ uchar datas[ 256 ];/*响应数据单元*/ };
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命令类型
IC卡基础知识
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第一部分 IC卡简介
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IC卡定义与起源
• IC卡定义没有一个统一的概念，一般地认为 IC卡是将它是将包含处理器或存储器的集成 电路(Integrated Circuit)嵌入符合相关标准的 卡基(物理特性满足标准)中，做成卡片形式。 • 1976年法国布尔(BULL)公司首先发布IC卡产 品。
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• B类卡通信 1) 在PCD->PICC的过程中采用10%的ASK( 幅移键控),编码方式为NRZ码,速率为 106Kbps. 2) 在PICC->PCD的过程中采用通/断负载的 方式形成一个fc/16的负载波(BPSK-NRZ), 速率也为106Kbps.
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非接触式IC卡防冲突机制
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IC卡物理结构简介
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IC卡的相关标准
• IC卡得到了广泛使用和推广，国际标准化组织制定 的ISO/IEC 7816标准协议簇起了重要作用。 ISO/IEC 7816成为了其它众多卡类标准的基础。 ISO/IEC 7816协议簇包含15卷，规定了从物理尺寸 、电气特性、通信协议及应用规范等标准。每卷的 版本单独管理。 • EMVCo组织是三大发卡组织，Europay、 MasterCard和Visa成立的组织，制定了事实上的金 融行业卡类的国际规范EMV规范。现行标准版本是 EMV4.2 June 2008。
• 根据结构APDU_REQ中Le,Lc两个参数可以把命令 分为四种类型: if Lc > 0 then if Le > 0 then case4 else case3 endif; else if Le > 0 then case2 else case1 endif; endif;
接触式智能IC卡通信中复位应答时序
• 在卡片复位时,复位信号生效( 复位信号上升 沿 )到卡回送第一个字符下降沿之间的这段时 间称为复位等待时间. • 在卡片复位时,卡片回送的连续两个字符起始 位下降沿之间的等待时间称为字符间等待时 间(CWT). • 在卡片复位时,卡片送回所有的复位应答字符 的总时间长度称为复位总时间长度.
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接触式智能IC卡通信协议
• ISO/IEC 7816-3指定了以下协议类型， T=0，面向字符半双工传输协议 T=1，面向块半双工传输协议 T=14，非国际通用的协议，德国实现 T=15，非传输协议，主要进行参数控制 其它，保留。 在这些协议类型中不同的协议处理通信的方 式有些不同。
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• 非接触式的射频能量场是开放式的,很容易会出现 在某时刻有多张卡在场内.因此非接触式卡必须要 解决冲突问题. • A卡的防冲突机制是基于位的. 协议规定了PCD最后发送的一个间隙(PAAUSE) 与PICC的第一个应答载波调制边之间的时间是个 固定值,这样当一条命令发出后,如果有多张卡响应 ,数据如果不一样,那么必然出现至少有一个位的时 间片是全调制的.
选定一张卡
数据交互
关闭能量场,结束交互
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接触式智能IC卡状态图
静默状态 等待命令状态
上电状态 等待复位
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接触式智能IC卡位持续时间
• 数据传输过程中的位有效持续时间时间，称为ETU 。ETU的大小跟时钟信号不再同步，而是根据时钟 频率Fc和速率调节因子Di与时钟调节因子Fi有关， 计算公式:
ETU = Fi/(Fc*Di)
比如，Fi = 372, Di = 1, Fc = 4.8MHz 那么，ETU = 372 / 4.8 = 77.5us. • 问题： 如果Fi =372,Di = 1且Fc = 3.57MHz的条件下 ETU=?你想到了什么？
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接触式智能IC卡字符帧格式
• 数据按位顺序传输，在上层协议中数据是按字符组织的，字 符的结构： 1个低电平起始位 (bs) 8个数据位(bx) 1个偶校验位(bp) 不定长的停止位(bt)
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接触式智能IC卡通信中T=0时序
• T=0是面向字符通信协议,数据以字符为单位组织解 析. 卡片前一个接收或发送的字符起始位下降沿到下一 个发送字符的起始位下降沿之间的时间称为工作等 待时间(WWT).
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接触式智能IC卡通信中T=1时序
• T=1是面向块通信协议,数据以块为单位组织解析. 卡片上一个接收块最后字符起始位下降沿与下一 个发送的块的第一个字符起始位下降沿之间的等 待时间称为块等待时间(BWT). 卡片发送时,块的连续两个字符起始位下降沿之间 的等待时间称为字符等待时间(CWT).
但是这里的顺序是跟卡所支持的有关的，在IEC/ISO7816-3里规定了两种方式： 1、如果卡片采用反向传输逻辑，那么逻辑数据与数据信号的电平关系 是反的，低电平表示逻辑‘1’，反之表示逻辑‘0’，字符是高位先传。 2、如果卡片采用正向传输逻辑，那么逻辑数据与数据信号的电平关系 是一致的，低电平表示逻辑‘0’，反之表示逻辑‘1’，字符是低位先传。 这个逻辑-电平关系有卡复位应答的第一个字符给出。空闲时I/O信号线为高电平. 注意： 起始为位始终是低电平，与逻辑无关。 停止位始终是高电平，也与逻辑无关。
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非接触式数据通信
• ISO/IEC 14443规范指定了两类通信调制协 议,称为A类和B类. • A类卡通信 1) 在PCD->PICC的过程中采用100%的 ASK(幅移键控),编码方式为变形米勒码,速 率为106Kbps. 2) 在PICC->PCD的过程中采用通/断负载的 方式形成一个fc/16的负载波(ASK),编码方 式为曼彻斯特,速率也为106Kbps.
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接触式智能IC卡操作过程
上电 卡插入卡槽后给卡提供稳 定电源
冷复位/热复位
卡片激活 终端与卡通过规范定义的 应用层结构进行数据交互
数据交互 失效复位信号->停时 钟->释放I/O->关闭电源
释放下电
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非接触式IC卡操作顺序
• PCD与PICC之间正常操作流程:
PCD打开电磁能量场
PCD轮询卡
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• 非接触式IC卡标准主要有: 1. ISO/IEC 10536 针对紧靠的卡类 2. ISO/IEC 14443 针对接近型卡类<10cm 3. ISO/IEC 15693 针对读卡距离<50cm 目前市面上最常见的是第二类,后续的讲解 均是针对这类.
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IC卡通信方式
• IC卡根据其通信方式可以分为： 1、非接触式 2、接触式 两类。 在每种通信方式里还可以按照不同的分类标 准继续划分。比如，非接触式类别里根据通 信介质还可以分，微波卡，光卡，电磁耦合 卡。
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AT24C04通信
• AT24C04是将一片EEPROM封装在卡中，通 信遵循TWI协议。一个位的读过程如下：
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符合ISO7816-3的接触式智能卡
• 接触式智能卡内部具有处理器，这里介绍符 合IEC/ISO7816-3规定的智能卡，它的通信 模式是：异步半双工串行方式。 • 异步：数据通信时数据信号与时钟信号不是 同步关系，数据位的持续时间是双方约定的 固定的。 • 串行：数据在数据信号线上按位一个一个的 传输。 • 半双工：某一时刻数据只能是一个方向。