. : New eShop! - Mobilní verze - Pandatron.cz - Pandatron.sk - Diskuzní fórum - Zakázkový vývoj : .
 
Mikrokontroléry a čipové karty
29. března 2011 - 8:00 | Pandatron | Mikrokontroléry a čipové karty | Komentářů: 7  

Mikrokontroléry a čipové karty

Aplikační poznámka firmy Microchip přibližuje funkci čipových karet typu Smart Card a představuje možnosti jejich komunikace s mikrokontroléry řady PIC.

Tzv. inteligentní čipové karty jsou plastové karty velikosti běžné vizitky, které ve svém těle integrují křemíkový čip – mikroprocesor (tj. inteligenci, schopnou reagovat na žádosti ze čtecího zařízení). Integrovaný mikroprocesor má na starosti především dvě funkce – komunikaci se čtecím zařízením a bezpečné uložení citlivých dal. Na rozdíl od první verze čipových karet, založených pouze na jednorázově zapisovatelné paměti (viz. například starší článek Telefonní karty) nebo karet s magnetickým pruhem (Karty s magnetickým pruhem), jde v tomto případě o zařízení, které je schopno důležité informace v elektronické podobě nejen uchovat, ale zároveň i ochránit. Díky tomu se čipové karty rozšířily snad do všech oblastí veřejného i soukromého sektoru. Mezi jeho hlavní oblasti použití je pak možné zařadit: informační a bezpečnostní služby, fyzické zabezpečení přístupu, bankovnictví, komunikace, doprava, platební transakce, zdravotnictví, identifikace zaměstnanců, atd.

Z obecné definice čipových karet vyplývá, že se jedná o spolehlivější a bezpečnější, multifunkční zařízení s větší kapacitou pro uchování citlivých dat, které má zároveň, ve srovnání s kartami s magnetickým proužkem, výrazně delší život.

Běžně používané čtečky čipových karet se mohou na základě typu spojení s čipovou kartou rozdělit do dvou typů:

  • Kontaktní typ
  • Bezkontaktní typ

V případě kontaktních karet typu Smart Card jde o přímou komunikaci se čtecím zařízením, využívajícím přímého fyzického kontaktu. Naproti tomu bezkontaktní čipové karty využívají přenosu informací a často i napájecího napětí přes vysokofrekvenční elektromagnetické vlnění o dohodnuté frekvenci.

Základní konfigurace obecného identifikačního systému se skládá z počítače nebo terminálu, vybaveného aplikací pro komunikaci s čipovou kartou a zařízení rozhraní (čtečka čipových karet), jak je znázorněno na obr. 1.


Obr. 1: Komunikace čipové karty s počítačem PC

Norma ISO 7816
ISO 7816 je mezinárodní norma, která specifikuje požadavky na komunikační rozhraní v případě kontaktních karet typu Smart Card. ISO 7816 se skládá z několika hlavních částí:

  • ISO 7816-1 specifikuje fyzické provedení čipových karet
  • ISO 7816-2 se zaměřuje na rozměry a přesné umístění kontaktních pinů na kartě
  • ISO 7816-3 definuje elektronické rozhraní a formu komunikace
  • ISO 7816-4 specifikuje instrukce, organizaci a úroveň bezpečnosti

Ačkoli však norma ISO 7816-2 definuje standardně osm kontaktů (vycházejících z historického provedení karet), v případě čipových karet se dnes běžně používá jen šest pinů, viz obr. 2.


Obr. 2: Podoba Smart Card a rozložení pinů

Vcc Napájení karty
RST Reset karty
CLK Vstup hodinového signálu
GND Společná zem
Vpp Vstup programovacího napětí
I/O Datový I/O pin pro sériovou datovou komunikaci mezi čipovou kartou a čtecím zařízením. Spojením signálů TX a RX se dosáhlo half-duplexní komunikace. Ve čtecím zařízení se spojí datové piny asynchronního přijímače a vysílače (UART) a přivedou se k I/O pinu čipové karty.
RFU Vyhrazeny pro budoucí použití. V současné době se oba piny využívají pro USB rozhraní
Tab. 1: Význam jednotlivých pinů


Obr. 3: Zjednodušené elektrické blokové schéma čipové karty

Připojené zařízení, tedy v našem případě například mikrokontrolér PIC®, musí při komunikaci s kartou řídit piny CLK, RST a samozřejmě kartě zapnout příslušné napájecí napětí – pin VCC. Zde se čipové karty dělí do dalších tří skupin, tříd A až C.

Na základě jmenovitého napájecího napětí je možné kartu rozdělit na:

- Class A – 4,5V < VCC < 5,5V při ICC < 60 mA
- Class B – 2,70V < VCC < 3,3V při ICC < 50 mA
- Class C – 1,62V < VCC < 1,98V při ICC < 30 mA

Komunikace s kartou
Komunikace s kartou probíhá half-duplexní sériovou linkou na pinu I/O, kdy se každý jednotlivý byte skládá vždy z 10 bitů. Rozložení jednotlivých bitů je uvedeno na obr. 4.


Obr. 4: Přenos informací po datové I/O lince

První bit každého znaku reprezentuje klasický start bit a je vždy v nízké úrovni. Je to proto, že pokud se nekomunikuje, je na datové lince klidově vysoká úroveň. Za start bitem dále následuje celkem 8-bitů, zakončených jedním paritním bitem, jehož úroveň se odvozuje od přenášeného bytu.

Celý blok uzavírá jednoduchý Stop bit, kterým se zároveň potvrzuje úspěšné přijetí bytu a odpovídající parity. Pokud došlo při přenosu k nějaké chybě, pak přijímací zařízení, nejpozději do poloviny Stop bitu, stáhne I/O pin na nízkou úroveň (tj. 10,5-bitu od začátku Start bitu). Tento stav pak trvá minimálně po dobu 1 až 2 ETU. ETU je základní časová jednotka sériové datové linky, která se odvozuje od přenosové rychlosti.

Zařízení, které je v tomto případě ve funkci vysílače, kontroluje I/O linku až na konci standardní délky Stop bitu (11 ETU). Pokud zde od přijímače detekuje trvající nízkou úroveň, zahájí opětovný přenos předchozího bytu, nejdříve však po uplynutí 2 ETU. Pokud se přenos podaří, přejde řídicí mikrokontrolér do stavu Ready a ve vysílačovém bufferu se nastaví příznak „prázdný“.

Díky této jednoduché modifikaci původního protokolu rozhraní UART je možné v mikrokontroléru PIC zajistit detekci chybného přenosu, který je normou ISO 7816-3 vyžadován.

Další informace o elektrické specifikaci čipové karty je možné nalézt v dokumentu ISO 7816-3.


Obr. 5: Aplikační schéma s mikrokontrolérem PIC18F14K50

Provozní stavy zařízení
Komunikace mezi čipovou kartu a čtecím zařízením spočívá v postupném provedení následujících kroků:

1. Vložení čipové karty do slotu
2. Detekce vložení čipové karty do rozhraní zařízení (např. mikrokontrolérem)
3. Tzv. studený reset čipové karty, iniciovaný rozhraním čtecího zařízení
4. Odpověď karty na úspěšně provedený reset (ATR)
5. Mezi čipovou kartou a mikrokontrolérem proběhne volba komunikačního protokolu a nastavení parametrů (PPS), zohledňující podporované protokoly
6. Přenos dat mezi čipovou kartou a rozhraním zařízení
7. Vyjmutí čipové karty ze slotu
8. Detekce odstranění čipové karty pomocí mikrokontroléru
9. Deaktivace kontaktů čipové karty pomocí mikrokontroléru


Obr. 6: Vývojový diagram aplikace

Tzv. studený reset, který se musí provést vždy po vložení čipové karty do příslušného slotu, provede mikrokontrolér čtecího zařízení podle následujících kroků:

1. Stažení pinu RST do nízkého stavu
2. Přivedení napájecího napětí k pinu VCC
3. Konfigurace modulu UARTu do režimu příjmu
4. Přivedení hodinového signálu na pin CLK čipové karty
5. V tomto stavu musí pin RST setrvat minimálně po dobu 400 hodinových cyklů na pinu CLK, který je do čipové karty stále přivádět.
6. Nastavení vysoké úrovně na pinu RST

ATR je řada znaků, které potvrzují úspěšné provedení operace studeného resetu. Odpověď na I/O lince začíná mezi 400 až 40.000 cykly hodinového signálu od okamžiku, kdy je pin RST nastaven na vysokou úroveň. Součástí ATR je určení výchozích komunikačních parametrů, definice časování a další podrobnosti, týkající se karty a rozhraní zařízení.

Pokud po provedeném studeném resetu ATR nedorazí, pak mikrokontrolér vyřadí čipovou kartu z činnosti. Eventuálně může instrukcí PPS změnit některé komunikační parametry a znovu se pokusit navázat s kartou komunikaci.

Bližší informace ke komunikaci s čipovou kartou a konfiguraci řídicího mikrokontroléru PIC, získáte u společnosti Microchip, nebo v aplikační poznámce AN1370: Smart Card Communication Using PIC® MCUs.

Odkazy & Download:
Domovská stránka firmy Microchip
Přehled distributorů

Smart Card Communication Using PIC® MCUs
Informace o obvodu PIC18F14K50







GooglePlus1 FaceBook Twitter del.icio.us DiGG Google StumbleUpon Google Buzz Email RSS PDF Tisk

Komentáře (7):

Zobrazit starší 30 dnů (7)...

host
7. Dne 30. 03. 2011 v 11:47 zaslal host
Čtečka karet do satelitů
Přečte mi tato čtečka co je víš to schéma tuto tu satelitní kartu?o tom si dovolím pochybovat kdyby jo tak mám druhé vánoce :-)


Název příspěvku: Vaše jméno: host
                 
  Zakázat formátování [Zakáže kódování a nahrazování smajlíky.]
Připojit soubory
reklama:
Anténa 2J010 - 900/1800/2400MHz
Anténa 900/1800/2400MHz, 90° s konektorem SMA
Skladem od 83 Kč

Informace uvedené v článcích jsou platné v době jejich vydání a samotné články jsou určeny pouze jako zdroj informací. Autor článku ani správce webu nenesou žádnou zodpovědnost za případné újmy na majetku a zdraví. Názvy společností a výrobků, loga a další multimediální materiál mohou být ochrannými známkami příslušných společností.
RSS kanály: | |
+420 723 846 377
info@pandatron.cz
Všechna práva vyhrazena | mobilní verze | © Copyright 2000 - 2016 ISSN 1803-6007