基于非接触式IC卡门禁系统的设计(4)

①射频接口电路

在射频接口电路中，波形转换模块接收读卡器上的１３．５６ＭＨＺ的无线电调制频率，一方面送调制解调模块，另一方面进行波形转换，将正弦波转换为方波，然后对其整流滤波，由电压调节模块对电压进行进一步的处理，包括稳压等，最终输出供给卡片上的各电路。

ＥＥＰＲＯＭ存储器及其接口电路：该单元主要用于存储数据。ＥＥＰＲＯＭ中的数据在卡片失掉电源后（卡片离开读卡器天线的有效工作范围内）仍将被保持。用户所要存储的数据被存放在该单元中。卡片中这一单元容量为１Ｋ字节，分为１６个扇区。

②数字电路部分

ＡＴＲ请求模块：当一张卡片处在读卡器天线的工作范围之内时，程序员控制读卡器向卡片发出ＲＥＱＵＥＳＴａｌｌ（或ＲＥＱＵＥＳＴｓｔｄ）命令后，卡片的ＡＴＲ模块将启动，将卡片中的卡片类型号共２个字节传送给读卡器，建立卡片与读卡器的第一步通信联络。如果不进行第一步的ＡＴＲ工作，读卡器对卡片的其他操作（读、写等操作）将不会进行【７１。

ＡｎｔｉＣｏｌｌｉｓｉｏｎ防重叠模块：防（卡片）重叠功能，如果有多张卡片处在读卡器的天线的工作范围之内时，ＡｎｔｉＣｏｌｌｉｓｉｏｎ模块的防重叠功能将被启动工作。在程序员控制下的读卡器将会首先与每一张卡片进行通信，取得每一张卡片的系列号。由于每一张卡片都有其唯一的序列号，因此读卡器根据卡片的序列号来识别已选的卡片，读卡器中ＭＦＲＣ５００芯片的ＡｎｔｉＣｏｌｌｉｓｉｏｎ防重叠功能配合卡片上的防重叠功能模块，由程序员来控制读卡器，根据卡片的序列号来选定一张卡片。被选中的卡片将直接与读卡器进行数据交换，未被选择的卡片处于等待状态，随时准备与读卡器进行通信。ＡｎｔｉＣｏｌｌｉｓｉｏｎ模块（防重叠功能）启动工作时，读卡器将得到卡片的序列号，共有５个字节，实际有用的为４个字节，另一个字节为序列号的校验字节【８１。

选择模块：主要用于卡片的选择当卡片与读卡器完成了上述的二个步骤，想要对卡片进～步操作时，必须先对卡片进行“选择”操作，以使卡片真正地被选中。被选中的卡片将存储在卡片上的卡片的容量传送给读卡器。当读卡器收到信息后，就可以对卡片进行深一步的操作了。

认证模块：在确认了上述的三个步骤，确认已经选择了一张卡片时，程序员对卡片进行读写操作之前，必须对卡片上已经设置的密码进行认证，如果匹配，则允许进一步的读、写操作。卡片上有１６个扇区，每个扇区都可分别设置各自的密码，互不干涉。因此每个扇区可独立地应用于一个应用场合。整个卡片可以设计成“一卡通”形式来应用。三遍认证的令牌原理框图如图２＿２。

基于非接触式IC卡门禁系统的设计

２课题总体研究和涉及的主要技术

Ａ环ＲＢ

非接触式旦型：！Ｑ！！曼堕垒旦

读卡器Ｍｉｆａｒｅ卡片

Ｄ环ＴＯＫＥＮＢＡ

图２．２三遍认证的令牌原理框图

图中的Ａ环表示由卡片向读卡器发送一个随机数据ＲＢ；Ｂ环表示由读卡器收到ＲＢ后向卡片发送一个令牌数据ＴＯＫＥＮＡＢ，其中包含了读卡器发出的一个随机数据ＲＡ：次由Ａ环中卡片发出去的随机数ＲＢ是否与Ｂ环中接收到的ＴＯＫＥＮＡＢ中的ＲＢ相一

ＢＡ给读卡器；

ＢＡ后，读卡器将对令牌ＴＯＫＥＮＢＡ中的ＲＢ（随机

的ＴＯＫＥＮＢＡ中的ＲＡ相一致。如果上述的每一个环都为“真”，都能正确通过验证，的操作。卡片中的其他扇区由于有其各自的密码，因此不能对其进行进一步的操作。如

控制及算术运算单元：这一单元是整个卡片的控制中心。它主要进行对整个卡片的ＲＡＭ和ＲＯＭ单元：ＲＡＭ主要配合控制及算术运算单元，将运算的结果进行暂时数据加密单元：该单元完成对数据的加密处理及密码保护。

（４）ＩＣ卡的存储结构

Ｍｉｆａｉｒ卡分为１６个扇区，每个扇区由４块（块０、块１、块２、块３）组成，我们ｃ环表示卡片收到ＴＯＫＥＮＡＢ后，对ＴＯＫＥＮＡＢ的加密的部分进行解密，并校验第一Ｅ环表示读卡器收到令牌ＴＯＫＥＮ致；Ｄ环表示如果Ｃ环校验是正确的，则卡片向读卡器发送令牌ＴＯＫＥＮ数）进行解密，并校验第一次由Ｂ环中读卡器发出去的随机数ＲＡ是否与Ｄ环中接收到则整个的认证过程将成功，读卡器将能对刚刚认证通过的卡片上的这个扇区进行下一步想对其他扇区进行操作，必须完成上述的认证过程。认证过程中的任何一环出现差错，整个认证将告失败，必须从新开始。上述的叙述已经可以充分地说明了Ｍｉｆａｒｅ卡片的高度安全性，保密性，及卡片的应用场合多样性，一卡多用。各个单位进行微操作控制，协调卡片的各个步骤；同时它还对各种收／发的数据进行算术运算处理，递增、递减处理，ＣＲＣ运算处理等等，是卡片中内建的ＭＣＵ单元。存储，如果某些数据需要存储到ＥＥＰＲＯＭ，则由控制及算术运算单元取出送到ＥＥＰＲＯＭ存储器中；如果某些数据需要传送给读卡器，则出控制及算术运算单元取出，经过ＲＦ射频接口电路的处理，通过卡片上的天线传送给卡片读卡器。ＲＡＭ中的数据在卡片失掉电源后（卡片离开读卡器天线的有效工作范围内）将被清除。同时，ＲＯＭ中还固化了卡片运行所需要的必要的程序指令，由控制及算术运算单元取出去对每个单元进行微指令控制，使卡片能有条不紊地与卡片的读卡器进行数据通信。也将１６个扇区的６４个块按绝对地址编号为Ｏ一６３，存储结构如下表２．１所示【９Ｊ：

基于非接触式IC卡门禁系统的设计

西安科技大学硕士学位论文

表２．１ＩＣ卡存储结构

第０扇区的块０用于存放厂商代码，己经固化，不可更改。每个扇区的块０、块１、块２为数据块，可用于存储数据。每个扇区的块３为控制块，包括了密码Ａ、存取控制、密码Ｂ；每个扇区的密码和存取控制都是独立的，可以根据实际需要设定各自的密码及存取控制。存取控制为４个字节，共３２位，扇区中的每个块（包括数据块和控制块）的存取条件是由密码和存取控制共同决定的，在存取控制中每个块都有相应的三个控制位，三个控制位以正和反两种形式存在于存取控制字节中，决定了该块的访问权限（如进行减值操作必须验证ＫＥＹＡ，进行加值操作必须验证ＫＥＹＢ，等等）。

（５）非接触式ＩＣ卡的国际标准

非接触式Ｉｃ卡表面无触点，因此接口设备与通信方式和接触式卡不同，提供电源的方式也不同，为此ＩＳＯ／ＩＥＣ根据接口设备与ＩＣ卡作用距离的不同而定义了三个国际标准，如表２．２所示：表２．２非接触式Ｉｃ卡国际标准

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