專利名稱：采用可編程非易失存儲器作為其程序存儲器的智能卡的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種新型結(jié)構(gòu)的智能卡(也稱CPU卡)，確切地說，涉及一種采用可編程非易失性存儲器(NVM非易失存儲器)作為其COS載體存儲器的智能卡，屬于帶有導(dǎo)電標(biāo)記、印刷電路或半導(dǎo)體電路元件的記錄載體(例如信用卡或識別卡)的技術(shù)領(lǐng)域。
隨著全球IC卡應(yīng)用的迅速發(fā)展，國內(nèi)IC卡及其相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展已經(jīng)成為我國信息化建設(shè)的一大熱點(diǎn)和信息產(chǎn)業(yè)的新經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)。而在整個IC卡市場中，具有高度安全性的智能卡(又稱CPU卡)又成為增長最快的一個亮點(diǎn)。尤其以GSM數(shù)字移動通信終端用的SIM(Subscriber Identity Module)用戶識別卡為代表的智能卡，近幾年更是快速增長。截止到2000年9月，國內(nèi)移動電話用戶數(shù)已超過6500萬，這意味著SIM卡的市場擁有量已超過6500萬張。在其它應(yīng)用領(lǐng)域，如身份證卡和社會保障卡等，未來一到兩年內(nèi)也將迅速發(fā)展，其市場擁有量更可達(dá)10億張以上。
眾所周知，智能卡實(shí)際上是一個內(nèi)嵌微處理器的類似于計(jì)算機(jī)體系架構(gòu)的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成如

圖1所示圖中左側(cè)是智能卡芯片，右側(cè)則為該芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。作為智能卡控制中心的微處理器1通過系統(tǒng)總線與各個存儲器相連，構(gòu)成了一個微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。整個系統(tǒng)與外界依靠串行線實(shí)現(xiàn)信息交換。
目前，絕大多數(shù)的智能卡采用傳統(tǒng)的CPU+RAM+ROM+EEPROM體系架構(gòu)。其中RAM為隨機(jī)存儲器，用于存儲智能卡應(yīng)用過程中的一些臨時(shí)參數(shù)或中間變量，但是，斷電后該數(shù)據(jù)即丟失。ROM為只讀存儲器，用于存儲智能卡的COS(Chip Operating System)操作系統(tǒng)程序，以及與安全、認(rèn)證相關(guān)的加密算法或其它應(yīng)用程序等。EEPROM為電可擦可編程存儲器，用于存儲與用戶相關(guān)的一些管理數(shù)據(jù)及用戶數(shù)據(jù)等。其中的COS是智能卡的神經(jīng)中樞，它控制智能卡內(nèi)部運(yùn)轉(zhuǎn)和外界的信息交換，管理智能卡內(nèi)的存儲器并在卡內(nèi)部完成各種命令的處理。現(xiàn)在的智能卡主要是采用ROM作為COS的載體，然而，這種存儲結(jié)構(gòu)存在著以下諸多不利之處
(1)COS操作系統(tǒng)的源程序代碼必須交給芯片生產(chǎn)廠家作掩膜，由生產(chǎn)廠家將這些代碼在集成電路加工時(shí)固化在ROM里。然而，COS作為智能卡的控制中樞，除了肩負(fù)著整個卡片的數(shù)據(jù)存取、處理、運(yùn)算等運(yùn)行操作，更肩負(fù)著智能卡的安全、防攻擊、防復(fù)制等警戒功能。通常的作法是在COS中嵌入一個高等級的加密算法。COS源程序代碼交給生產(chǎn)廠家，實(shí)際上就等于把智能卡上的全部程序和算法都向生產(chǎn)芯片的廠家開放了，這一點(diǎn)對智能卡的安全是極為不利的!嚴(yán)重的時(shí)候，甚至?xí){到國家信息網(wǎng)或金融系統(tǒng)的安全。這種“窘?jīng)r”大大限制了智能卡在我國一些安全機(jī)要部門中的應(yīng)用和普及。
(2)COS使用ROM方式存儲，一旦作完掩膜后，就不能再更改。因?yàn)镽OM存儲是依靠芯片物理連線存儲程序和數(shù)據(jù)的，如果開發(fā)商或用戶想修改COS，就必須重新作掩膜，這樣不僅增大研發(fā)費(fèi)用，更延長了開發(fā)周期。
(3)由于ROM是依靠物理連線存儲程序和數(shù)據(jù)的，現(xiàn)在使用普通的半導(dǎo)體逆向分析工程，就可以輕松獲取原來存儲的代碼，使智能卡的秘密不難被攻破，同樣會危及智能卡的安全。
(4)由于ROM存儲的不可修改性，使得卡片售出后存儲在該ROM中的加密算法或其它程序都不能夠進(jìn)行再修改，即不支持在線升級或在線編程。
(5)ROM類型的卡必須在芯片加工時(shí)確定芯片未來的用途，即芯片是定制產(chǎn)品，不利于技術(shù)更新，增加了市場風(fēng)險(xiǎn)。
從上面可以看出，傳統(tǒng)的智能卡的存儲器架構(gòu)注定了智能卡只能是定制的成型產(chǎn)品，一旦芯片加工完成后，無任何可擴(kuò)展性和系統(tǒng)開放性，這些弱點(diǎn)在很大程度上限制和約束了智能卡的設(shè)計(jì)創(chuàng)新和應(yīng)用場合的拓展。
本發(fā)明的目的是提供一種可以克服現(xiàn)有智能卡的上述缺點(diǎn)，采用可編程非易失存儲器作為其程序存儲器的智能卡，該新型智能卡突破了傳統(tǒng)智能卡的固有架構(gòu)，推出了開放性智能卡平臺的概念，使智能卡的應(yīng)用更加方便、靈活、機(jī)動，且安全保密性能更強(qiáng)，該智能卡將成為IC卡技術(shù)和應(yīng)用領(lǐng)域中的新熱點(diǎn)。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的一種采用可編程非易失存儲器作為其程序存儲器的智能卡，包括有微處理器及其外圍電路，其特征在于；在該智能卡的芯片內(nèi)只設(shè)有隨機(jī)存儲器RAM及可編程非易失NVM(Non Volatile Memory)存儲器兩種存儲器模塊，其中的COS載體為可編程N(yùn)VM存儲器。
其中的可編程非易失存儲器是紫外光可擦除存儲器EPROM。
其中的可編程非易失存儲器是電荷可擦除存儲器EEPROM。
其中的可編程非易失存儲器是閃爍型電荷可擦除存儲器Flash。
其中的可編程非易失存儲器是非易失性靜態(tài)讀寫存儲器nvSRAM。
其中的可編程非易失存儲器是鐵電存儲器FeRAM。
其中的可編程非易失存儲器是利用分子極化偏角方向來存儲數(shù)據(jù)的分子型存儲器。
其中的可編程非易失NVM存儲器是兩個模塊，也可以是兩個以上的模塊；其中至少有一個或多個模塊用作存儲該智能卡COS以及與安全、認(rèn)證相關(guān)的加密算法或其它應(yīng)用程序的程序存儲器，另一個或多個模塊則作為存儲與用戶相關(guān)的用戶數(shù)據(jù)和管理數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)存儲器。
其中的可編程非易失NVM存儲器是一個模塊，通過架設(shè)兩個或兩個以上的邏輯分區(qū)，將其中一個邏輯分區(qū)用作存儲智能卡COS以及與安全、認(rèn)證相關(guān)的加密算法或其它應(yīng)用程序的程序存儲器，另一個邏輯分區(qū)則作為存儲與用戶相關(guān)的用戶數(shù)據(jù)和管理數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)存儲器。
上述可編程非易失NVM存儲器內(nèi)的邏輯分區(qū)的劃分是由用戶靈活設(shè)定的，可以是兩個對等的邏輯分區(qū)，也可以是不對等的兩個邏輯分區(qū)，還可以是三個或三個以上的邏輯分區(qū)。
本發(fā)明采用可編程非易失存儲器作為其程序存儲器的智能卡的最大特點(diǎn)是采用可編程N(yùn)VM存儲器取代原先廣泛使用的ROM存儲器作為COS存儲載體，這樣既可保留原來的智能卡采用ROM作為COS載體的全部優(yōu)點(diǎn)，又由于可編程N(yùn)VM存儲器的可改寫性，使得智能卡研制開發(fā)過程簡化，并降低了投資風(fēng)險(xiǎn)。這樣，由于可編程N(yùn)VM的可改寫性，開發(fā)商就可以根據(jù)自己的不同需求，寫入不同用途的COS，自行設(shè)計(jì)專用算法而不再需要向芯片加工廠商公布，并由于電荷存儲的不可探測性而具備高度安全，從而大大提高智能卡的安全和保密性?？梢灶A(yù)見，本發(fā)明必將使智能卡在我國一些新的領(lǐng)域中拓展應(yīng)用和得到普及。
由于在存儲器結(jié)構(gòu)相同的智能卡芯片里下載存儲不同的COS，就能夠使之成為具有不同功能、用途的智能卡。因此，本發(fā)明的智能卡所提供的系統(tǒng)平臺已經(jīng)脫離了傳統(tǒng)智能卡單一的應(yīng)用領(lǐng)域，成為一個開放性的智能卡平臺；該智能卡可以應(yīng)用于數(shù)字蜂窩移動通信、金融、保險(xiǎn)、軍事、身份認(rèn)證卡、保密通信加密卡、社會保障，以及其它各種需要使用智能卡的應(yīng)用場合。
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例詳細(xì)說明本發(fā)明的結(jié)構(gòu)、特征和功效圖1是智能卡芯片體系架構(gòu)的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本發(fā)明的智能卡芯片體系架構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。
參見圖2，本發(fā)明是一種采用可編程非易失存儲器作為其存儲器的智能卡，包括有微處理器1及其外圍電路，其主要特點(diǎn)是；在該智能卡的芯片內(nèi)只設(shè)有隨機(jī)存儲器RAM及可編程非易失NVM(Non Volatile Memory)存儲器兩種存儲器模塊，其中的COS載體為可編程N(yùn)VM存儲器。
所謂的非易失NVM存儲器就是在斷電后數(shù)據(jù)不丟失的存儲器，傳統(tǒng)的非易失性存儲器是只讀存儲器ROM，這種存儲器只能在集成電路加工時(shí)將信息固化，在使用中只能讀出信息而不能寫入或更改信息。
隨著半導(dǎo)體工藝技術(shù)的進(jìn)步，這些年來逐漸出現(xiàn)了多種非ROM型可改寫的非易失性存儲器，有紫外光可擦除存儲器，如EPROM；電荷可擦除存儲器，如EEPROM；閃爍型電荷可擦除存儲器，如Flash；非易失性靜態(tài)讀寫存儲器nvSRAM；鐵電存儲器FeRAM；以及利用分子極化偏角方向來存儲數(shù)據(jù)的分子型存儲器等，這類新型的非易失性存儲器同ROM最大的區(qū)別是可多次編程性，因此其又被稱為可編程N(yùn)VM存儲器(又稱可編程非易失存儲器)。
上述這些各種不同類型的非ROM型可改寫的非易失性存儲器，如紫外光可擦除存儲器EPROM；電荷可擦除存儲器EEPROM；閃爍型電荷可擦除存儲器Flash；非易失性靜態(tài)讀寫存儲器nvSRAM；鐵電存儲器FeRAM；以及利用分子極化偏角方向來存儲數(shù)據(jù)的分子型存儲器等，都可以用作本發(fā)明的可編程非易失NVM(Non Volatile Memory)存儲器。此外，其中的可編程非易失NVM存儲器可以是兩個模塊，也可以是兩個以上的模塊；其中至少有一個或多個模塊用作存儲該智能卡COS以及與安全、認(rèn)證相關(guān)的加密算法或其它應(yīng)用程序的程序存儲器，另一個或多個模塊則作為存儲與用戶相關(guān)的用戶數(shù)據(jù)和管理數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)存儲器。
誠然，其中的可編程非易失NVM存儲器也可以是一個模塊，通過架設(shè)兩個或兩個以上的邏輯分區(qū)，將其中一個邏輯分區(qū)用作存儲智能卡COS以及與安全、認(rèn)證相關(guān)的加密算法或其它應(yīng)用程序的程序存儲器，另一個邏輯分區(qū)則作為存儲與用戶相關(guān)的用戶數(shù)據(jù)和管理數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)存儲器。上述可編程非易失NVM存儲器內(nèi)的邏輯分區(qū)的劃分是由用戶靈活設(shè)定的，可以是兩個對等的邏輯分區(qū)，也可以是不對等的兩個邏輯分區(qū)，還可以是三個或三個以上的邏輯分區(qū)。
總之，本發(fā)明利用可編程N(yùn)VM存儲器取代原先廣泛使用的ROM存儲器作為COS存放載體，既保留了原ROM作為COS載體的全部優(yōu)點(diǎn)，又由于新型可編程N(yùn)VM存儲器的可改寫性，使得智能卡的研制開發(fā)過程簡化，降低了投資風(fēng)險(xiǎn)；開發(fā)商能夠根據(jù)自己的不同需求，寫入不同用途的COS，自行設(shè)計(jì)專用算法而不再需要向芯片加工廠商公布；且因其采用的電荷存儲方式的不可探測性而具備高度安全性。本發(fā)明還可通過在線編程或在線升級下載不同的COS就可以使之成為具有不同功能、用途的智能卡。也就是說，本發(fā)明的新型智能卡平臺已經(jīng)脫離傳統(tǒng)智能卡單一的應(yīng)用領(lǐng)域，成為一個開放性的智能卡平臺。
權(quán)利要求
1.一種采用可編程非易失存儲器作為其程序存儲器的智能卡，包括有微處理器及其外圍電路，其特征在于；在該智能卡的芯片內(nèi)只設(shè)有隨機(jī)存儲器RAM及可編程非易失NVM(Non Volatile Memory)存儲器兩種存儲器模塊，其中的COS載體為可編程N(yùn)VM存儲器。
2.如權(quán)利要求1所述的采用可編程非易失存儲器作為其程序存儲器的智能卡，其特征在于其中的可編程非易失存儲器是紫外光可擦除存儲器EPROM。
3.如權(quán)利要求1所述的采用可編程非易失存儲器作為其程序存儲器的智能卡，其特征在于其中的可編程非易失存儲器是電荷可擦除存儲器EEPROM。
4.如權(quán)利要求1所述的采用可編程非易失存儲器作為其程序存儲器的智能卡，其特征在于其中的可編程非易失存儲器是閃爍型電荷可擦除存儲器Flash。
5.如權(quán)利要求1所述的采用可編程非易失存儲器作為其程序存儲器的智能卡，其特征在于其中的可編程非易失存儲器是非易失性靜態(tài)讀寫存儲器nvSRAM。
6.如權(quán)利要求1所述的采用可編程非易失存儲器作為其程序存儲器的智能卡，其特征在于其中的可編程非易失存儲器是鐵電存儲器FeRAM。
7.如權(quán)利要求1所述的采用可編程非易失存儲器作為其程序存儲器的智能卡，其特征在于其中的可編程非易失存儲器是利用分子極化偏角方向來存儲數(shù)據(jù)的分子型存儲器。
8.如權(quán)利要求1所述的采用可編程非易失存儲器作為其程序存儲器的智能卡，其特征在于其中的可編程非易失NVM存儲器是兩個模塊，也可以是兩個以上的模塊；其中至少有一個或多個模塊用作存儲該智能卡COS以及與安全、認(rèn)證相關(guān)的加密算法或其它應(yīng)用程序的程序存儲器，另一個或多個模塊則作為存儲與用戶相關(guān)的用戶數(shù)據(jù)和管理數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)存儲器。
9.如權(quán)利要求1所述的采用可編程非易失存儲器作為其程序存儲器的智能卡，其特征在于其中的可編程非易失NVM存儲器是一個模塊，通過架設(shè)兩個或兩個以上的邏輯分區(qū)，將其中一個邏輯分區(qū)用作存儲智能卡COS以及與安全、認(rèn)證相關(guān)的加密算法或其它應(yīng)用程序的程序存儲器，另一個邏輯分區(qū)則作為存儲與用戶相關(guān)的用戶數(shù)據(jù)和管理數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)存儲器。
10.如權(quán)利要求1或9所述的采用可編程非易失存儲器作為其程序存儲器的智能卡，其特征在于上述可編程非易失NVM存儲器內(nèi)的邏輯分區(qū)的劃分是由用戶靈活設(shè)定的，可以是兩個對等的邏輯分區(qū)，也可以是不對等的兩個邏輯分區(qū)，還可以是三個或三個以上的邏輯分區(qū)。
全文摘要
一種采用可編程非易失存儲器作為其程序存儲器的智能卡,包括有微處理器及其外圍電路,在該智能卡的芯片內(nèi)只設(shè)有隨機(jī)存儲器RAM及可編程非易失NVM(Non Volatile Memory)存儲器兩種存儲器,其中的COS載體為可編程N(yùn)VM存儲器。本發(fā)明既保留采用ROM作為COS載體的全部優(yōu)點(diǎn),又因可編程N(yùn)VM存儲器的可改寫性,使得智能卡研制過程簡化,降低風(fēng)險(xiǎn);開發(fā)商可根據(jù)自己的不同需求,寫入不同用途的COS,自行設(shè)計(jì)專用算法而不再需要向芯片加工廠商公布;且因電荷存儲的不可探測性而大大提高智能卡的安全和保密性。
文檔編號G06F12/10GK1312518SQ0110441
公開日2001年9月12日 申請日期2001年2月23日 優(yōu)先權(quán)日2001年2月23日
發(fā)明者魏少軍, 楊延輝, 秦預(yù) 申請人:大唐電信科技股份有限公司微電子分公司