M1卡(S50)資料

1、S50非接觸式IC卡性能簡介（M1）一、 主要指標l 容量為8K位EEPROMl 分為16個扇區(qū)，每個扇區(qū)為4塊，每塊16個字節(jié),以塊為存取單位l 每個扇區(qū)有獨立的一組密碼及訪問控制l 每張卡有唯一序列號，為32位l 具有防沖突機制，支持多卡操作l 無電源，自帶天線，內(nèi)含加密控制邏輯和通訊邏輯電路l 數(shù)據(jù)保存期為10年，可改寫10萬次，讀無限次l 工作溫度：-2050(濕度為90%)l 工作頻率：13.56MHZl 通信速率：106 KBPSl 讀寫距離：10 cm以內(nèi)（與讀寫器有關(guān)）二、 存儲結(jié)構(gòu)1、 M1卡分為16個扇區(qū)，每個扇區(qū)由4塊（塊0、塊1、塊2、塊3）組成，（我們也將16個扇區(qū)的

2、64個塊按絕對地址編號為063，存貯結(jié)構(gòu)如下圖所示： 塊0 數(shù)據(jù)塊0扇區(qū)0 塊1數(shù)據(jù)塊1塊2數(shù)據(jù)塊2塊3密碼A 存取控制 密碼B控制塊3 塊0數(shù)據(jù)塊4扇區(qū)1塊1數(shù)據(jù)塊5塊2數(shù)據(jù)塊6塊3密碼A 存取控制 密碼B控制塊7 0數(shù)據(jù)塊60扇區(qū)15 1數(shù)據(jù)塊61 2數(shù)據(jù)塊62 3密碼A 存取控制 密碼B控制塊632、 第0扇區(qū)的塊0（即絕對地址0塊），它用于存放廠商代碼，已經(jīng)固化，不可更改。3、 每個扇區(qū)的塊0、塊1、塊2為數(shù)據(jù)塊，可用于存貯數(shù)據(jù)。 數(shù)據(jù)塊可作兩種應用： 用作一般的數(shù)據(jù)保存，可以進行讀、寫操作。 用作數(shù)據(jù)值，可以進行初始化值、加值、減值、讀值操作。4、 每個扇區(qū)的塊3為控制塊，包括了密碼

3、A、存取控制、密碼B。具體結(jié)構(gòu)如下：A0 A1 A2 A3 A4 A5 FF 07 80 69 B0 B1 B2 B3 B4 B5 密碼A（6字節(jié)） 存取控制（4字節(jié)） 密碼B（6字節(jié)） 5、 每個扇區(qū)的密碼和存取控制都是獨立的，可以根據(jù)實際需要設定各自的密碼及存取控制。存取控制為4個字節(jié)，共32位，扇區(qū)中的每個塊（包括數(shù)據(jù)塊和控制塊）的存取條件是由密碼和存取控制共同決定的，在存取控制中每個塊都有相應的三個控制位,定義如下： 塊0： C10 C20 C30 塊1： C11 C21 C31 塊2： C12 C22 C32 塊3： C13 C23 C33 三個控制位以正和反兩種形式存在于存取控制字

4、節(jié)中，決定了該塊的訪問權(quán)限（如 進行減值操作必須驗證KEY A，進行加值操作必須驗證KEY B，等等）。三個控制 位在存取控制字節(jié)中的位置，以塊0為例： 對塊0的控制： bit 7 6 5 4 3 2 1 0字節(jié)6C20_bC10_b字節(jié)7C10C30_b字節(jié)8C30C20字節(jié)9 ( 注： C10_b表示C10取反 ) 存取控制（4字節(jié)，其中字節(jié)9為備用字節(jié)）結(jié)構(gòu)如下所示： bit 7 6 5 4 3 2 1 0字節(jié)6C23_bC22_bC21_bC20_bC13_bC12_bC11_bC10_b字節(jié)7C13C12C11C10C33_bC32_bC31_bC30_b字節(jié)8C33C32C31C3

5、0C23C22C21C20字節(jié)9 ( 注： _b表示取反 ) 6、數(shù)據(jù)塊（塊0、塊1、塊2）的存取控制如下： 控制位（X=0.2） 訪 問 條 件 （對數(shù)據(jù)塊 0、1、2）C1XC2XC3X Read Write IncrementDecrement, transfer,Restore000KeyA|BKeyA|BKeyA|BKeyA|B010KeyA|BNeverNeverNever100KeyA|BKeyBNeverNever110KeyA|BKeyBKeyBKeyA|B001KeyA|BNeverNeverKeyA|B011KeyBKeyBNeverNever101KeyBNeverNe

6、verNever111NeverNeverNeverNever （KeyA|B 表示密碼A或密碼B，Never表示任何條件下不能實現(xiàn)） 例如：當塊0的存取控制位C10 C20 C30=1 0 0時，驗證密碼A或密碼B正確后可讀； 驗證密碼B正確后可寫；不能進行加值、減值操作。 7、控制塊塊3的存取控制與數(shù)據(jù)塊（塊0、1、2）不同，它的存取控制如下：密碼A存取控制密碼BC13C23C33ReadWrite ReadWriteReadWrite000NeverKeyA|BKeyA|BNeverKeyA|BKeyA|B010NeverNeverKeyA|BNeverKeyA|BNever100Nev

7、erKeyBKeyA|BNeverNeverKeyB110NeverNeverKeyA|BNeverNeverNever001NeverKeyA|BKeyA|BKeyA|BKeyA|BKeyA|B011NeverKeyBKeyA|BKeyBNeverKeyB101NeverNeverKeyA|BKeyBNeverNever111NeverNeverKeyA|BNeverNeverNever 例如：當塊3的存取控制位C13 C23 C33=1 0 0時，表示： 密碼A：不可讀，驗證KEYA或KEYB正確后，可寫（更改）。 存取控制：驗證KEYA或KEYB正確后，可讀、可寫。 密碼B：驗證KEYA

8、或KEYB正確后，可讀、可寫。三、 工作原理卡片的電氣部分只由一個天線和ASIC組成。天線：卡片的天線是只有幾組繞線的線圈，很適于封裝到IS0卡片中。ASIC：卡片的ASIC由一個高速（106KB波特率）的RF接口，一個控制單元和一個 8K位EEPROM組成。工作原理：讀寫器向M1卡發(fā)一組固定頻率的電磁波，卡片內(nèi)有一個LC串聯(lián)諧振電路，其頻率與讀寫器發(fā)射的頻率相同，在電磁波的激勵下，LC諧振電路產(chǎn)生共振，從而使電容內(nèi)有了電荷，在這個電容的另一端，接有一個單向?qū)ǖ碾娮颖茫瑢㈦娙輧?nèi)的電荷送到另一個電容內(nèi)儲存，當所積累的電荷達到2V時，此電容可做為電源為其它電路提供工作電壓，將卡內(nèi)數(shù)據(jù)發(fā)射出去或接

9、取讀寫器的數(shù)據(jù)。四、 M1射頻卡與讀寫器的通訊 復位應答Request 防沖突機制 Anti collision Loop 選擇卡片Select Tag 改變扇區(qū)三次相互驗證Authentication中止Halt減值decrement加值increment寫 塊Write block讀 塊Read 不改變扇區(qū)復位應答（Answer to request）M1射頻卡的通訊協(xié)議和通訊波特率是定義好的，當有卡片進入讀寫器的操作范圍時，讀寫器以特定的協(xié)議與它通訊，從而確定該卡是否為M1射頻卡，即驗證卡片的卡型。防沖突機制 (Anticollision Loop)當有多張卡進入讀寫器操作范圍時，防沖突

10、機制會從其中選擇一張進行操作，未選中的則處于空閑模式等待下一次選卡，該過程會返回被選卡的序列號。選擇卡片(Select Tag)選擇被選中的卡的序列號，并同時返回卡的容量代碼。三次互相確認(3 Pass Authentication)選定要處理的卡片之后，讀寫器就確定要訪問的扇區(qū)號，并對該扇區(qū)密碼進行密碼校驗，在三次相互認證之后就可以通過加密流進行通訊。（在選擇另一扇區(qū)時，則必須進行另一扇區(qū)密碼校驗。）對數(shù)據(jù)塊的操作 讀 (Read)：讀一個塊；寫 (Write）：寫一個塊；加（Increment）：對數(shù)值塊進行加值；減（Decrement）：對數(shù)值塊進行減值；存儲（Restore）：將塊中的

11、內(nèi)容存到數(shù)據(jù)寄存器中；傳輸（Transfer）：將數(shù)據(jù)寄存器中的內(nèi)容寫入塊中；中止（Halt）：將卡置于暫停工作狀態(tài)；關(guān)于非接觸式IC智能(射頻)卡及其讀寫設備內(nèi)核技術(shù)的研究與應用開發(fā) 上海華東磁記錄電子公司 張敏   前 言  當今的信息技術(shù)又到了一個關(guān)鍵的十字路口。單獨的PC甚至局域網(wǎng)的時代已為“全球化網(wǎng)絡”時代所代替?；ヂ?lián)網(wǎng)INTERNET的產(chǎn)生和今天的飛速發(fā)展和廣泛滲透就是典范。IC（集成電路）智能卡正在并已經(jīng)融入當今信息技術(shù)的主流。她以其高度的信息集成，高度的安全性，正日漸其輝煌和燦爛。 隨著金融行業(yè)的不斷發(fā)展，社會經(jīng)濟的日

12、新月異，特別是公共交通行業(yè)，無線通信領域，衛(wèi)生保健行業(yè)，封閉式場所管理，身份識別，電話通信，大樓保安系統(tǒng)等等，人們已愈來愈多地開始接受和使用IC智能卡。特別是銀行服務系統(tǒng)，IC智能卡替代古老的磁卡而服務于大眾已日漸成熟。并且“一卡通”，一卡多用，給我們的生活質(zhì)量帶來了很大的提高。IC智能卡自動電表抄表系統(tǒng)，煤氣/自來水抄表系統(tǒng)，公交/地鐵自動售票/檢票系統(tǒng)，移動通信手機中IC 智能SIM卡等等，IC智能卡已愈來愈貼近我們的生活，成為我們生活的一步分?！八⒖ā币殉蔀槿藗?nèi)粘Ｉ钪胁豢苫蛉钡囊徊糠帧?#160;近幾年來，隨著IC智能卡中的接觸式CPU 卡以及非接觸式IC智能射頻卡（內(nèi)建MCU，AS

13、IC等）的高度安全保密性，使之在IC智能卡領域中異軍突起，成為當今IC智能卡中的流行寵物，應用前景十分廣闊。 國外對IC卡的研究和應用較早，特別是在美國，歐洲國家等。IC卡遍布社會各個方方面面。就象在美國，國民消費總額的20%30%是由“刷卡”消費完成的，由此可見IC智能卡流行和使用的程度。 盡管國外對IC卡已有多年的研究，但真正在IC智能卡中特別是CPU卡類， 非接觸式IC智能射頻卡（內(nèi)建MCU，ASIC等）方面的研究也僅有12年的成熟期。因為他們也看到了CPU 卡，特別是非接觸式IC智能射頻卡（內(nèi)建MCU，ASIC等）代表了整個“刷卡”領域的發(fā)展方向，前景光明。

14、0;我國對IC卡行業(yè)的發(fā)展始于1993年左右，當時的中央領導特別是江澤民同志高度重視IC卡行業(yè)，高瞻遠矚，指示要發(fā)展我國自己的IC卡事業(yè)，建立“金卡工程”。雖然至今也只有短短的6年左右時間，但已取得了不小的成就。已研制成功我國自主版權(quán)的較大容量的存儲卡，邏輯加密卡等，但是對于尖端的CPU卡及非接觸式IC智能射頻卡（內(nèi)建MCU，ASIC等）的制卡技術(shù)及其相應的讀/寫卡設備技術(shù)，仍處于落后狀態(tài)。這極大地制約了IC卡行業(yè)的發(fā)展，特別是在要求有極高安全性和保密性的金融行業(yè)中，制約了我國金卡工程的實施和發(fā)展。 為了加快IC卡行業(yè)的發(fā)展，特別是尖端的CPU卡及非接觸式IC智能射頻卡（內(nèi)建MCU，

15、ASIC等）的推廣應用，讓IC卡行業(yè)及其他行業(yè)的同行盡快掌握CPU卡及非接觸式IC智能射頻卡（內(nèi)建MCU，ASIC等）的核心技術(shù)及其讀寫設備的軟硬件技術(shù)及應用設計，跟上國外的IC卡研究和應用步伐，甚至走在其前面，在上海華東計算機研究所，上海計算機協(xié)會等領導同志的關(guān)懷下，在上海華東磁記錄設備電子公司吳文總經(jīng)理的直接支持下，經(jīng)過一段時間全身心投入的研發(fā)之后，筆者已基本上比較全面地掌握了PHILIPS公司的非接觸式IC智能射頻卡（內(nèi)建MCU，ASIC等）MIFARE 1卡（S50系列）及其卡片讀寫設備核心模塊MCM（Mifare Core Module）的軟硬件技術(shù)。使我們發(fā)展，應用，甚至超越PHI

16、LIPS公司的非接觸式IC智能射頻卡（內(nèi)建MCU，ASIC等）技術(shù)及其讀寫設備技術(shù)成為可能。 當今世界上非接觸式IC智能射頻卡（內(nèi)建MCU，ASIC等）中的主流主要為PHILIPS公司的MIFARE技術(shù)，已經(jīng)被制定為國際標準：ISO/IEC 14443 TYPE A標準 。歐洲一些較大的IC卡片制造商以及IC卡片讀寫器制造商以及IC卡片軟件設計公司等（例如法國的GEMPLUS公司）大都以MIFARE技術(shù)為標準，而發(fā)展和推進IC卡行業(yè)。 通過閱讀本文，相信有一定IC卡經(jīng)驗，技術(shù)及具有一定的計算機軟/硬件技術(shù)（尤其是微處理單片機MCU技術(shù)）的同行定能將本文消化之后而能設計出諸多

17、應用場合的產(chǎn)品，例如，門禁控制系統(tǒng)（Door Access System）,高速公路不停車收費系統(tǒng)，停車場收費管理系統(tǒng)，地鐵非接觸式IC智能射頻卡的“刷卡”讀寫器，機關(guān)/企業(yè)內(nèi)部考勤管理系統(tǒng)，醫(yī)療保險管理系統(tǒng)，公共交通收費管理系統(tǒng)，出租車收費管理系統(tǒng)，銀行服務“一卡通”等等。  第一章 Mifare 1 非接觸式IC智能(射頻)卡 一 Mifare 1非接觸式IC智能射頻卡特點 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）。它確定了卡片的特性以及卡片

18、讀寫器的諸多性能。 Mifare 1 IC智能(射頻)卡采用先進的芯片制造工藝制作。內(nèi)建有高速的CMOS EEPROM，MCU等?？ㄆ铣薎C微晶片及一副高效率天線外，無任何其他元件。卡片上無源（無任何電池），工作時的電源能量由卡片讀寫器天線發(fā)送無線電載波信號耦合到卡片上天線而產(chǎn)生電能，一般可達2V以上，供卡片上IC工作。工作頻率 13.56MHZ。Mifare 1射頻卡所具有的獨特的MIFARE RF（射頻）非接觸式接口標準已被制定為國際標準：ISO/IEC 14443 TYPE A 標準。 射頻卡標準操作距離為100mm（由MCM500 作為讀寫器核心模塊）和25 m

19、m （由MCM200 作為讀寫器核心模塊）。與卡片讀寫器的通信速率高達106Kbit/s。 Mifare 1 IC智能(射頻)卡上具有先進的數(shù)據(jù)通信加密并雙向驗證密碼系統(tǒng)；且具有防重疊功能：能在同一時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。 Mifare 1 IC智能(射頻)卡與讀寫器通信使用握手式半雙工通信協(xié)議；卡片上有高速的CRC協(xié)處理器，符合CCITT標準。 卡片制造時具有唯一的卡片系列號，沒有重復的相同的兩張MIFARE 卡片。 卡片上內(nèi)建8K（bit） EEPROM存儲容量并劃分為16個扇區(qū)，每個扇區(qū)劃分為4個數(shù)據(jù)存儲塊，每

20、個扇區(qū)可由多種方式的密碼管理。 卡片上還內(nèi)建有增值/減值的專項的數(shù)學運算電路，非常適合公交/地鐵等行業(yè)的檢票/收費系統(tǒng)。典型的檢票交易時間最長不超過100ms(0.1秒)（包括卡片的認證，6個扇區(qū)的讀（768bit,2個扇區(qū)的認證），2個扇區(qū)的寫操作（256bit）。 卡片上的數(shù)據(jù)讀寫可超過10萬次以上；數(shù)據(jù)保存期可達10年以上，且卡片抗靜電保護能力達2KV以上。  二 Mifare 1非接觸式IC智能射頻卡功能組成 如圖所示為MIFARE 1 S50非接觸式IC智能射頻卡的功能組成圖。MIFARE 1 S50 CARD IC Clock Data

21、60;     Energy      波形轉(zhuǎn)換正弦=>方波整流電壓調(diào)節(jié)Modu./DeModu調(diào)制/解調(diào) POR (復位)EEPORAntiCollisionATRDigital Section 數(shù)字電路部分Select ApplicationAuthentication & Access ControlControl &Arithm. Unit   ROM Crypto UnitRAMRF-Interface 射頻接口電路卡片天線 

22、;                整個卡片包含了兩個部分，RF射頻接口電路和數(shù)字電路部分。 （一）. RF射頻接口電路在RF射頻接口電路中，主要包括有波形轉(zhuǎn)換模塊。它可將卡片讀寫器上的13.56MHZ的無線電調(diào)制頻率接收，一方面送調(diào)制/解調(diào)模塊，另一方面進行波形轉(zhuǎn)換，將正弦波轉(zhuǎn)換為方波，然后對其整流濾波，由電壓調(diào)節(jié)模塊對電壓進行進一步的處理，包括穩(wěn)壓等，最終輸出供給卡片上的各電路。POR模塊主要是對卡片上的各個電路進行POWE

23、R-ON-RESET（上電復位），使各電路同步啟動工作。 （二）。 在數(shù)字電路部分模塊中：1   ATR模塊：Answer to Request(“請求之應答“)當一張Mifare 1卡片處在卡片讀寫器的天線的工作范圍之內(nèi)時，程序員控制讀寫器向卡片發(fā)出REQUEST all(或REQUEST std) 命令后，卡片的ATR將啟動，將卡片Block 0 中的卡片類型（TagType）號共2個字節(jié)傳送給讀寫器，建立卡片與讀寫器的第一步通信聯(lián)絡。如果不進行第一步的ATR工作，讀寫器對卡片的其他操作（Read/Write等）將不會進行?？ㄆ念愋停═agType）號共2個

24、字節(jié)，可能為：0004H2AntiCollision模塊：防止（卡片）重疊功能如果有多張Mifare 1卡片處在卡片讀寫器的天線的工作范圍之內(nèi)時，AntiCollision模塊的防重疊功能將被啟動工作。在程序員控制下的卡片讀寫器將會首先與每一張卡片進行通信，取得每一張卡片的系列號。由于Mifare 1卡片每一張都具有其唯一的系列號，決不會相同，因此卡片讀寫器根據(jù)卡片的序列號來識別，區(qū)分已選的卡片，卡片讀寫器中的MCM中的AntiCollision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)卡片的序列號來選定一張卡片。被選中的卡片將直接與讀寫器進行數(shù)據(jù)交換，未被選擇的卡片處于

25、等待狀態(tài)，隨時準備與卡片讀寫器進行通信。AntiCollision模塊（防重疊功能）啟動工作時，卡片讀寫器將得到卡片的序列號Serial Number。序列號Serial Number存儲在卡片的Block 0中，共有5個字節(jié)，實際有用的為4個字節(jié)，另一個字節(jié)為序列號Serial Number的校驗字節(jié)，這在以后章節(jié)中詳細論述，包括對序列號Serial Number的校驗方法等。序列號Serial Number中實際有用的4個字節(jié)，可能為：007e0a42h 。3 Select Application 模塊：主要用于卡片的選擇。當卡片與讀寫器完成了上述的二個步驟，程序員控制的讀寫器要想對卡片進

26、行讀寫操作，必須對卡片進行“Select” 操作。以使卡片真正地被選中。被選中的卡片將卡片上存儲在Block 0中的卡片的容量“Size” 字節(jié)傳送給讀寫器。當讀寫器收到這一字節(jié)后，將明確可以對卡片進行深一步的操作了。例如，可以進行密碼驗證等等。讀寫器收到的“Size” 字節(jié)可能為：88h4 Authentication & Access Control 模塊： 認證及存取控制模塊在確認了上述的三個步驟，確認已經(jīng)選擇了一張卡片時，程序員對卡片進行讀寫操作之前，必須對卡片上已經(jīng)設置的密碼進行認證，如果匹配，則允許進一步的Read/Write操作。Mifare 1 卡片上有16個扇區(qū)，每個

27、扇區(qū)都可分別設置各自的密碼，互不干涉。因此每個扇區(qū)可獨立地應用于一個應用場合。整個卡片可以設計成“一卡通”形式來應用。 三遍認證：如圖所示為三遍認證的令牌原理框圖。  Mifare 1 卡片 非接觸式卡片讀寫器 （A）RB  (E)（B）TOKEN AB (C)  (D)TOKEN BA  認證過程是這樣進行的：（A）環(huán) ：由Mifare 1卡片 向讀寫器 發(fā)送一個隨機數(shù)據(jù) RB；（B）環(huán) ：由讀寫器收到RB后向Mifare 1卡片發(fā)送一個令牌數(shù)據(jù)TOKEN AB，其中包含了讀寫器發(fā)出的一個隨機數(shù)據(jù) RA；（C）環(huán)

28、 ：Mifare 1卡片收到 TOKEN AB 后，對TOKEN AB 的加密的部分進行解 密，并校驗第一次由（A）環(huán)中Mifare 1卡片 發(fā)出去的隨機數(shù)RB是否與（B）環(huán)中接收到的TOKEN AB中的RB相一致；（D）     環(huán) ： 如果（C）環(huán)校驗是正確的，則Mifare 1卡片 向讀寫器 發(fā)送令牌TOKEN BA給讀寫器 ；（E）環(huán) ：讀寫器 收到令牌TOKEN BA后，讀寫器將對令牌TOKEN BA中的RB（隨機數(shù)）進行解密；并校驗第一次由（B）環(huán)中讀寫器發(fā)出去的隨機數(shù)RA是否與（D）環(huán)中接收到 的TOKEN BA中的RA相一致；如果上述的每

29、一個環(huán)都為“真”，都能正確通過驗證，則整個的認證過程將成功。讀寫器將能對剛剛認證通過的卡片上的這個扇區(qū)可以進入下一步的操作（READ/WRITE 等操作）?？ㄆ械钠渌葏^(qū)由于有其各自的密碼，因此不能對其進行進一步的操作。如想對其他扇區(qū)進行操作，必須完成上述的認證過程。認證過程中的任何一環(huán)出現(xiàn)差錯，整個認證將告失敗。必須從新開始。如果事先不知卡片上的密碼，則由于密碼的變化可以極其復雜，因此靠猜測密碼而想打開卡片上的一個扇區(qū)的可能性幾乎為零。這里提醒一下程序員和卡片的使用者，必須牢記卡片中的16個扇區(qū)的每一個密碼，否則，遺忘某一扇區(qū)的密碼，將使該扇區(qū)中的數(shù)據(jù)不能讀寫。沒有任何辦法可以挽救這種低級

30、錯誤。但是，卡片上的其他扇區(qū)可以照樣使用。上述的敘述已經(jīng)可以充分地說明了Mifare 1 卡片的高度安全性，保密性，及卡片的應用場合多樣性，一卡多用（一卡通）。5 Control & Arithmetic Unit 控制及算術(shù)運算單元：這一單元是整個卡片的控制中心，是卡片的“頭腦”。它主要進行對整個卡片的各個單位進行微操作控制，協(xié)調(diào)卡片的各個步驟；同時它還對各種收/發(fā)的數(shù)據(jù)進行算術(shù)運算處理，遞增/遞減處理，CRC運算處理，等等。是卡片中內(nèi)建的中央微處理機（MCU）單元。6 RAM/ROM 單元：RAM主要配合控制及算術(shù)運算單元，將運算的結(jié)果進行暫時存儲，如果某些數(shù)據(jù)需要存儲到EEPRO

31、M，則由控制及算術(shù)運算單元取出送到EEPROM存儲器中；如果某些數(shù)據(jù)需要傳送給讀寫器，則由控制及算術(shù)運算單元取出，經(jīng)過RF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。RAM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，ROM中還固化了卡片運行所需要的必要的程序指令，由控制及算術(shù)運算單元取出去對每個單元進行微指令控制。使卡片能有條不紊地與卡片的讀寫器進行數(shù)據(jù)通信。7 Crypto Unit 數(shù)據(jù)加密單元：該單元完成對數(shù)據(jù)的加密處理及密碼保護。加密的算法可以為DES標準算法或其他。8 EEPROM INTERFACE/EEPROM MEMORY EEPRO

32、M存儲器及其接口電路：該單元主要用于存儲數(shù)據(jù)。EEPROM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)）仍將被保持。用戶所要存儲的數(shù)據(jù)被存放在該單元中。Mifare 1卡片中的這一單元容量為8196bit(1 Kbyte)。分為16個扇區(qū)。 三             Mifare 1 IC智能(射頻)卡的物理組成及卡片上天線的研究在卡片上的微晶片外面一般封裝了保護層。保護層可以防止微晶片被折疊，扭曲等眾多對卡片實施非正常的物理性損壞。同時也防止微晶

33、片受到紫外線的輻射，使卡片能長久地被使用。但從電性能的角度來看，由于加入了保護層，使IC與卡片上的天線組成的振蕩回路的頻率將發(fā)生變化。因為，保護層給IC微晶片增加了一個輸入回路電容Cmount。盡管這個電容只有幾個pf 至幾十個pf，但對于要求頻率精度，穩(wěn)定度等都很高的非接觸式IC智能射頻卡來說，也將是很重要的。 天線線圈帶保護層的IC微晶片           Mifare 1 IC智能(射頻)卡 卡片上的等效電路如下： Rcoil La  

34、Ccoil Cpack Cic Cmount Lcoil     Lb  不帶IC微晶片的天線 IC 微晶片 整個卡片的自由振蕩頻率計算方法： Fres = 1 2 * 3.1415926 * ( Lcoil * (Ccoil + Cpack +C ic + C mount ) ) 1 / 2說明：l       Fres ：卡片的振蕩頻率，應為13.56MHzl       Rcoil ：天線線圈的電阻，約6.07

35、歐娒l       Lcoil ：天線線圈的電感，約 3.6 Hl       Ccoil ：天線線圈的電容，約 5pfl       Cpack ：天線線圈的封裝后引入的電容, 約 5pfl       Cic ：IC微晶片的電容，約 16pfl       Cmount ：IC微晶片的安裝后引入

36、的電容, 約 幾個pf 幾十個pfl       La ：天線線圈與IC微晶片的接觸點al       Lb ：天線線圈與IC微晶片的接觸點b其中， 天線線圈的電感： Lcoil = 2 * L cm * ( ln ( L mm / D mm 1.04 ) * N pl       L ： 天線線圈一圈的長度l       N ：天線線圈圈數(shù)，一般為4圈l&

37、#160;      D ：天線線圈直徑或?qū)w的寬度l       P ：由天線線圈的技術(shù)而定的N的指數(shù)因子，如下表所示：P值：天線線圈結(jié)構(gòu)：1.8環(huán)繞線圈1.7Etched(蝕刻)線圈1.5 1.7印刷電路板線圈上述天線線圈的電感的公式只能作為首次估測之用，實際的天線線圈的電感必須通過儀器測量而定，但偏差不會很大。 一般 天線線圈的電感 : Lcoil < 4.2H, 實際中推薦在 3.6H 左右為最優(yōu)。天線線圈的品質(zhì)因數(shù) Qcoil ：Qcoil = * Lcoil

38、 = 2fres = 2 * 13.56 Rcoil Rcoil Rcoil一般天線線圈的品質(zhì)因數(shù) 30 < Qcoil < 60。實際中，品質(zhì)因數(shù) Qcoil在>30后的增加量， 對卡片的操作距離的增加無明顯幫助；品質(zhì)因數(shù) Qcoil必須 < 60 ,以確保數(shù)據(jù)通信穩(wěn)定，可靠，否則天線的有效工作距離內(nèi)有死區(qū)，而不能可靠地進行數(shù)據(jù)通信。 天線線圈的矩形面積S總： S總 必須 > 11200 mm2 S總 = S 平均 * N圈 所以S 平均 必須 > 11200 mm2 / N圈 一般，S 平均 >= 2778 mm2 (當卡片上的天線線圈的

39、矩形面積的 長 X 寬 = 40mm X 70 mm時)。實際中，推薦S 平均 在3330 mm2左右。即，實際設計時，卡片上的天線線圈的矩形面積的長和寬應為：74mm 和45mm，天線線圈的圈數(shù)N為4圈，則這樣制作出的卡片將能保證通信的距離。   四Mifare 1卡片的存儲結(jié)構(gòu)  Mifare 1卡片的存儲容量為8192 BIT X 1位字長（即1K X 8位字長），采用EEPROM作為存儲介質(zhì)，整個結(jié)構(gòu)劃分為16個扇區(qū)，編為扇區(qū)0 15。每個扇區(qū)有4個塊（Block）,分別為塊0,塊1,塊2和塊3。每個塊有16個字節(jié)。一個扇區(qū)共有 16 Byte

40、X 4 = 64 Byte。如下圖：扇區(qū)0塊 0（廠商標志代碼）塊 1塊 2塊 3（A密碼+存取控制+B密碼）扇區(qū)1Block 0Block 1Block 2Block 3(A密碼+存取控制+B密碼）。扇區(qū)15。Block 0Block 1Block 2塊 3（A密碼+存取控制+B密碼） 每個扇區(qū)的塊3(即第四塊) 包含了該扇區(qū)的密碼A(6個字節(jié))、存取控制(4個字節(jié))、密碼B(6個字節(jié))，是一個特殊的塊。其余三個塊是一般的數(shù)據(jù)塊。但扇區(qū)0的塊0是特殊的，是廠商代碼，已固化，不可改寫。其中：第04個字節(jié)為卡片的序列號，第5個字節(jié)為序列號的校驗碼；第6個字節(jié)為卡片的容量“SIZE”字節(jié)

41、；第7，8個字節(jié)為卡片的類型號字節(jié)，即Tagtype字節(jié)；其他字節(jié)由廠商另加定義。 Mifare 1 卡片的扇區(qū)0中的塊0（Block 0）存儲的16個字節(jié)的內(nèi)容可能為：420a7e00368804004481740630373937h。下面將對密碼A，密碼B，存取控制與數(shù)據(jù)區(qū)的關(guān)系加以說明： 存取控制的結(jié)構(gòu)如下：(四個字節(jié)中的各位依次命名為)位： 7 6 5 4 3 2 1 0C2X3_bC2X2_bC2X1_bC2X0_bC1X3_bC1X2_bC1X1_bC1X0_bC1X3C1X2C1X1C1X0C3X3_bC3X2_bC3X1_bC3X0_bC3X3C3X2C3X

42、1C3X0C2X3C2X2C2X1C2X0BX7BX6BX5BX4BX3BX2BX1BX0_b 表示取反，如C2X3_b 即C2X3取反；X表示扇區(qū)號；Y表示第幾塊；C表示控制位；B表示備用位； 存取控制對塊3的控制如下：(X=0-15)   密碼A密碼A存取控制 存取控制密碼B密碼BC1X3C2X3C3X3readWritereadwriteread write000neverKEYA|BKEYA|BneverKEYA|BKEYA|B010neverNeverKEYA|BneverKEYA|Bnever100neverKEYBKEYA|Bneverne

43、verKEYB110neverNeverKEYA|Bnevernevernever001neverKEYA|BKEYA|BKEYA|BKEYA|BKEYA|B011neverKEYBKEYA|BKEYBneverKEYB101neverNeverKEYA|BKEYBnevernever111neverNeverKEYA|BneverneverneverKEYA|B 表示密碼A或密碼B；never表示沒有條件實現(xiàn)。 對數(shù)據(jù)塊的控制如下表：(X=0-15扇區(qū)、Y=每個扇區(qū)的0-2塊)C1XYC2XYC3XYReadWriteIncrement Decr,Transfer,restore0

44、00KEYA|BKEYA|BKEYA|BKEYA|B010KEYA|Bnevernevernever100KEYA|BKEYBnevernever110KEYA|BKEYBKEYBKEYA|B001KEYA|BneverneverKEYA|B011KEYBKEYBnevernever101KEYBnevernevernever111Nevernevernevernever塊3的初始化值為：a0,a1,a2,a3,a4,a5,ff,07,80,69,b0,b1,b2,b3,b4,b5共16個字節(jié)，其中 KEYA是a0,a1,a2,a3,a4,a5，KEYB是b0,b1,b2,b3,b4,b5，控

45、制存取的四個字節(jié)為0xff,0x07,0x80,0x69。 存取控制位表示如下(請用戶去對照上表以確定初始化狀態(tài))：Ff h07h80h69h 位：# 7 6 5 4 3 2 1 011111111000001111000000001101001程序員可以根據(jù)自已應用的具體情況，對不同的扇區(qū)可選用不用的存取控制，不同的密碼，但應注意其每一位的格式，以免誤用！ 數(shù)據(jù)塊有兩種應用方法，一種是用作一般的數(shù)據(jù)保存用，直接讀寫。另一種用法是用作數(shù)值塊，可以進行初始化值、加值、減值、讀值的運算。系統(tǒng)配用相應的函數(shù)完成相應的功能。MCM內(nèi)核技術(shù)說明  第二章  MCM

46、的硬件內(nèi)核電路 一             MCM200/MCM500讀寫模塊說明Mifare Core Module是MCM的全稱，意為Mifare 核心模塊。Philips公司的MCM 主要有兩種產(chǎn)品型號，為MCM200和MCM500。這兩種智能模塊均被用于讀寫Mifare 1非接觸式IC智能射頻卡的讀寫器中，負責讀寫器中對非接觸式IC智能射頻卡片的讀寫等功能，一般在讀寫器中還必須有MCU（微處理單片機）來對MCM進行控制，及對讀寫器的其他方面進行控制，例如對鍵

47、盤，顯示，通信等部分的控制等等。MCM200模塊主要應用于對卡片操作距離在 25mm的卡片讀寫器中；MCM500模塊主要應用于對卡片操作距離在100mm的卡片讀寫器中。Mifare所具有的獨特的MIFARE RF（射頻）非接觸式接口標準已被制定為國際標準：ISO/IEC 14443 TYPE A 標準。 （一）。 MCM200模塊說明A特性：1標準的雙列直插32引腳2工作頻率：13.56MHZ3標準的+5V 電源供電，供電范圍4.75V至5.25V4（典型）電流消耗40MA，最大不超過80MA，最小10MA左右5讀寫卡片距離可達25MM以上6與卡片的通信速率可達106KBps7模塊與

48、卡片通信時，數(shù)據(jù)加密8每個扇區(qū)設有3套密碼及其認證和密碼存儲器9有防卡片重疊功能10    16個字節(jié)的FIFO（先進先出）隊列接收/發(fā)送緩沖寄存器11    在模塊與卡片通信時自動偵查錯誤，自動對數(shù)據(jù)流分析12    對RF（射頻）通道自動監(jiān)控13    內(nèi)建8位/16位的CRC協(xié)處理器，提供CRC，PARITY等數(shù)據(jù)校驗14    支持多種方式的活動天線，并且不需“天調(diào)系統(tǒng)”（天線調(diào)節(jié)系統(tǒng)）對天線 進行補償調(diào)節(jié)15  &#

49、160; 標準的MIFARE并行接口與MCM500 100%全兼容16    MCM200 的軟件與MCM500模塊 100%全兼容17    可控制，級聯(lián)MCM500模塊18    工作溫度范圍在：-20 +70度 BMCM200模塊引腳說明 如圖所示是該模塊的引腳排列示意圖：     D7D6D5D4D3D2D1D0BPNPAUSE1KOMP1NRSTDVDDDGNDNIRQTP1 322 313 304295286277 268

50、2592410 2311 2212 2113 2014 1915181617MCM200模塊KPROGNCSNWRNRDA0A1A2A3ALEUSEALEMODENANTANTAVDDAGNDRX                  MCM200引腳說明如下：引腳引腳名稱引腳類型將來使用類型 引腳引腳名稱引腳類型將來使用類型1D7I/O(PU)I/O(PU) 17RXI(analog)I(analo

51、g)2D6I/O(PU)I/O(PU) 18AGNDSUPPLYSUPPLY3D5I/O(PU)I/O(PU) 19ACDDSUPPLYSUPPLY4D4I/O(PU)I/O(PU) 20ANTOO5D3I/O(PU)I/O(PU) 21NANTOO6D2I/O(PU)I/O(PU) 22MODEI(PU)I(PU)7D1I/O(PU)I/O(PU) 23USEALEI(PU)I(PU)8D0I/O(PU)I/O(PU) 24ALEI(PU)I(ST,PU)9BpSUPPLYSUPPLY 25A3I(PU)I(ST

52、,PU)10NPAUSE1OO 26A2I(PU)I(ST,PU)11KOMP1I(PU)I（PU） 27A1I(PU)I(ST,PU)12NRSTII 28A0I(PU)I(ST,PU)13DVDDSUPPLYSUPPLY 29NRDI(PU)I(ST,PU)14DGNDSUPPLYSUPPLY 30NWRI(PU)I(ST,PU)15NIRQOO 31NCSI(PU)I(ST,PU)16TPO(analog)  32KPROGNCSUPPLY 上述表中：I - 輸入引腳O - 輸出引腳SUPPLY-電源供電輸入I/O -輸