專利名稱：基于sm7電子標(biāo)簽讀寫(xiě)器的射頻讀寫(xiě)模塊及電子標(biāo)簽讀寫(xiě)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及信息安全領(lǐng)域，具體而言，涉及一種基于SM7電子標(biāo)簽讀寫(xiě)器的射頻 讀寫(xiě)模塊及電子標(biāo)簽讀寫(xiě)器。
背景技術(shù)：
2009年初國(guó)外MIFARE IC芯片的密碼算法被破解，我國(guó)一些采用該芯片的非接觸 IC卡系統(tǒng)的安全正受到嚴(yán)重威脅。為保障國(guó)家信息安全，我國(guó)的密碼管理政策要求在信息 安全領(lǐng)域必須使用國(guó)產(chǎn)密碼產(chǎn)品。近日國(guó)家密碼管理局發(fā)布了 RFID專用密碼算法SM7，該 算法可保護(hù)數(shù)據(jù)交換的安全，從根本上解決安全威脅。SM7電子標(biāo)簽讀寫(xiě)器模塊的硬件電 路主要包括微處理器SSX45、射頻芯片MF RC531、外圍電路等。系統(tǒng)的工作方式主要是由 SSX45對(duì)MF RC531進(jìn)行控制與通信，MF RC531驅(qū)動(dòng)外圍電路對(duì)SM7用戶卡進(jìn)行讀寫(xiě)操作。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種基于SM7電子標(biāo)簽讀寫(xiě)器的射頻讀寫(xiě)模塊及電子標(biāo)簽讀寫(xiě)器，用 以提高門(mén)禁和公交等多種應(yīng)用系統(tǒng)的安全性，滿足應(yīng)用系統(tǒng)的安全需求。。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種基于SM7電子標(biāo)簽讀寫(xiě)器的射頻讀寫(xiě)模塊， 其包括控制單元、射頻讀卡芯片和外圍電路，其中
控制單元用于根據(jù)來(lái)自PC機(jī)的指令控制射頻讀卡單元通過(guò)外圍電路與射頻卡進(jìn) 行通信；
射頻讀卡單元用于對(duì)信號(hào)進(jìn)行編碼、解碼，以及對(duì)信號(hào)進(jìn)行調(diào)制、解調(diào)；
外圍電路用于實(shí)現(xiàn)射頻讀卡單元與射頻卡之間的通信；
其中，控制單元內(nèi)嵌有SSF33密碼算法和SM7算法的IP核，射頻卡為符合IS0/IEC 14443標(biāo)準(zhǔn)并支持國(guó)產(chǎn)SM7密碼算法的TYPE A或TYPE B型用戶卡。
較佳的，控制單元為SSX45安全芯片。
較佳的，射頻讀卡單元為MF RC531芯片。
較佳的，外圍電路包括時(shí)鐘電路、EMC低通濾波器、接收電路、天線匹配電路及接 口和天線。
較佳的，時(shí)鐘電路內(nèi)部集成有振蕩器緩沖，其連接外部的13. 56MHz的石英震蕩晶 體，以獲取低相位抖動(dòng)。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明還提供了一種電子標(biāo)簽讀寫(xiě)器，其包括上述射頻讀寫(xiě)模 塊。
在上述本實(shí)施例中，通過(guò)采用集成有SM7密碼算法IP核的控制單元控制射頻讀卡 單元與射頻卡進(jìn)行通信，具有比采用其它國(guó)外密碼算法的讀寫(xiě)器更高的安全性，可以長(zhǎng)時(shí) 間高負(fù)荷穩(wěn)定運(yùn)行，具有較高的可靠性。


為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn) 有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本 發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以 根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
圖1為本發(fā)明一實(shí)施例的基于SM7電子標(biāo)簽讀寫(xiě)器的射頻讀寫(xiě)模塊示意圖2為本發(fā)明一實(shí)施例的SM7電子標(biāo)簽的讀寫(xiě)射頻卡工作流程圖。
具體實(shí)施方式
下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完 整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于 本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有付出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他 實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
圖1為本發(fā)明一實(shí)施例的基于SM7電子標(biāo)簽讀寫(xiě)器的射頻讀寫(xiě)模塊示意圖；如圖1所示，該射頻讀寫(xiě)模塊包括控制單元10、射頻讀卡芯片20和外圍電路30，其中
控制單元10用于根據(jù)來(lái)自PC機(jī)的指令控制射頻讀卡芯片20通過(guò)外圍電路30與 射頻卡40進(jìn)行通信；
射頻讀卡單元20用于對(duì)信號(hào)進(jìn)行編碼、解碼，以及對(duì)信號(hào)進(jìn)行調(diào)制、解調(diào)；
外圍電路30用于實(shí)現(xiàn)射頻讀卡單元20與射頻卡40之間的通信；
其中，控制單元10內(nèi)嵌有SSF33密碼算法和SM7算法的IP核，射頻卡40為符合 IS0/IEC 14443標(biāo)準(zhǔn)并支持國(guó)產(chǎn)SM7密碼算法的TYPE A或TYPE B型用戶卡。
本實(shí)施例中，通過(guò)采用集成有SM7密碼算法IP核的控制單元控制射頻讀卡單元與 射頻卡進(jìn)行通信，具有比采用其它國(guó)外密碼算法的讀寫(xiě)器更高的安全性，可以長(zhǎng)時(shí)間高負(fù) 荷穩(wěn)定運(yùn)行，具有較高的可靠性。
例如，控制單元為SSX45安全芯片，射頻讀卡單元為MF RC531芯片。
控制單元SSX45通過(guò)數(shù)據(jù)線、地址線、控制線等并行控制接口與射頻讀寫(xiě)芯片MF RC531連接，控制射頻讀寫(xiě)芯片MF RC531的正常工作，實(shí)現(xiàn)與射頻卡(非接觸IC卡)的通 信。在每次上電或硬件復(fù)位后，MF RC531也復(fù)位其并行微處理器接口模式并自動(dòng)檢測(cè)當(dāng)前 微處理器接口的類型。SM7電子標(biāo)簽讀寫(xiě)器模塊選用具有公共讀寫(xiě)選通和掛鉤功能的MCU 連接方式，系統(tǒng)采用中斷(INTl)工作模式，即MCU利用MFRC531提供中斷信息對(duì)其進(jìn)行控 制。另外，根據(jù)系統(tǒng)的需要，可以采用查詢方式對(duì)MF RC531進(jìn)行操作。
系統(tǒng)的工作方式即是由控制單元SSX45對(duì)射頻讀卡芯片MF RC531進(jìn)行控制與通 信，MF RC531驅(qū)動(dòng)外圍電路對(duì)SM7射頻用戶卡進(jìn)行讀寫(xiě)操作。具體說(shuō)來(lái)，MCU(即SSX45)通 過(guò)RS232串口接收PC機(jī)的指令，完成對(duì)用戶卡的操作和整個(gè)讀寫(xiě)器的管理；MF RC531負(fù)責(zé) 信號(hào)的編碼、解碼，信號(hào)的調(diào)制、解調(diào)；外圍電路建立射頻讀寫(xiě)芯片同射頻用戶卡之間的聯(lián) 系，此部分的設(shè)計(jì)直接影響到射頻功率的大小以及系統(tǒng)的抗干擾能力；SM7射頻用戶卡是 系統(tǒng)的應(yīng)用終端，接收射頻讀寫(xiě)芯片的指令并返回指令執(zhí)行結(jié)果；由集成有SM7算法的控 制單元進(jìn)行加解密等安全控制。
系統(tǒng)在運(yùn)行的過(guò)程中需要對(duì)MF RC531進(jìn)行初始化，接收上位計(jì)算機(jī)的指令，控制MF RC531，并且把MF RC531的狀態(tài)信息反饋給上位計(jì)算機(jī)。
例如，外圍電路包括時(shí)鐘電路、EMC低通濾波器、接收電路、天線匹配電路及接口 和天線。
例如，時(shí)鐘電路內(nèi)部集成有振蕩器緩沖，其連接外部的13. 56MHz的石英震蕩晶 體，以獲取低相位抖動(dòng)。
MCU對(duì)MF RC531的控制是通過(guò)對(duì)其內(nèi)部寄存器的讀寫(xiě)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。MFRC531內(nèi)部共 有64個(gè)寄存器，分成8頁(yè)，每頁(yè)8個(gè)寄存器。
MCU對(duì)SM7用戶卡操作的命令主要有打開(kāi)卡片、關(guān)閉卡片、寫(xiě)控制字、寫(xiě)密鑰、個(gè)人 化、讀寫(xiě)塊、增值減值等。無(wú)論哪種操作都必須先把命令代碼寫(xiě)入到Command寄存器，比如 執(zhí)行驗(yàn)證密碼則需要執(zhí)行WriteRC (RegCommand, OxOc)命令。
MF RC531射頻芯片是整個(gè)讀寫(xiě)器的核心，它實(shí)現(xiàn)讀寫(xiě)射頻卡所有必需的功能，包 括RF信號(hào)的產(chǎn)生、調(diào)制、解調(diào)、安全認(rèn)證和防沖突等。作為微處理器與射頻卡通信的中介， MF RC531與射頻卡通過(guò)射頻場(chǎng)來(lái)建立無(wú)線連接并完成數(shù)據(jù)交換。MF RC531方便的并行接口 可直接連接到任何8位微處理器，對(duì)讀卡器和終端的設(shè)計(jì)提供了極大的靈活性。MF RC531 的內(nèi)部EEPROM分為4部分，分別用于保存產(chǎn)品有關(guān)信息、存放寄存器初始化啟動(dòng)文件以及 存放加密運(yùn)算的密鑰等。8X64位的FIFO用于緩存微控制器與芯片之間的輸入/輸出數(shù)據(jù) 流，可處理數(shù)據(jù)流長(zhǎng)度達(dá)64字節(jié)。芯片的中斷請(qǐng)求有定時(shí)設(shè)置到、發(fā)送請(qǐng)求、接收請(qǐng)求、一 個(gè)命令執(zhí)行完、FIFO滿、FIFO空等六種。MF RC531內(nèi)有定時(shí)器，其時(shí)鐘源于13. 56MHz晶振 信號(hào)，13. 56MHz信號(hào)由晶振電路外接石英晶體產(chǎn)生。微處理器可借助于定時(shí)器完成有關(guān)定 時(shí)任務(wù)的管理。定時(shí)器可用于定時(shí)輸出計(jì)數(shù)、看門(mén)狗計(jì)數(shù)、停止監(jiān)測(cè)、定時(shí)觸發(fā)等工作。
匹配電路包括EMC低通濾波器、接收電路、天線匹配電路和天線。EMC低通濾波 電路系統(tǒng)在13. 56MHz頻率下操作，石英晶振產(chǎn)生用于驅(qū)動(dòng)MFRC531以及作為驅(qū)動(dòng)天線的 13. 56MHz能量載波的基頻，這樣會(huì)產(chǎn)生比該頻率更高的諧波，因此對(duì)輸出信號(hào)必須進(jìn)行適 當(dāng)?shù)臑V波，低通濾波器元件包括LO和CO。接收電路——MF RC531的內(nèi)部接收部分使用一 個(gè)受益于副載波雙邊帶的概念裝入卡響應(yīng)的調(diào)整，因此可以使用內(nèi)部產(chǎn)生的VMID電勢(shì)作 為RX腳的輸入電勢(shì)。另外在VMID管腳接一個(gè)對(duì)地電容,提供一個(gè)穩(wěn)定的參考電壓。
為了獲得穩(wěn)定、可靠的射頻信號(hào)，天線部分的電路設(shè)計(jì)非常關(guān)鍵。MFRC531根據(jù)其 寄存器的設(shè)定對(duì)發(fā)送數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制得到發(fā)送的信號(hào)，通過(guò)由天線驅(qū)動(dòng)引腳TXl和TX2驅(qū)動(dòng) 的天線以13. 56MHz的電磁波形式發(fā)送出去。在其射頻范圍內(nèi)的非接觸卡采用RF場(chǎng)的負(fù)載 調(diào)制進(jìn)行響應(yīng)。天線接收到卡片的響應(yīng)信號(hào)經(jīng)過(guò)天線匹配電路送到MF RC500的接收引腳 RX，芯片內(nèi)部的接收器對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行解調(diào)、譯碼，并根據(jù)寄存器的設(shè)定進(jìn)行處理，最后將 數(shù)據(jù)發(fā)送到并行接口由微控制器讀取。
為了給射頻卡提供足夠的能量，因此天線線圈采用直徑為Imm的導(dǎo)線，設(shè)計(jì)為三 圈的方形天線。
本發(fā)明實(shí)施例中的射頻讀寫(xiě)模塊采用自主研發(fā)的芯片操作系統(tǒng)，無(wú)論從安全設(shè)計(jì) 方面，還是算法優(yōu)化設(shè)計(jì)角度，都有一定的先進(jìn)性。在確保產(chǎn)品具有很高的安全性和可靠性 的基礎(chǔ)上，還設(shè)計(jì)了規(guī)范的RS232接口與上位機(jī)通訊，可讀取所有符合IS0-14443標(biāo)準(zhǔn)的射 頻卡，保證了產(chǎn)品的易操作性和通用性。
讀寫(xiě)器作為通用型RFID讀寫(xiě)器首次支持專有國(guó)家密碼算法SM7，可實(shí)現(xiàn)對(duì)SM7射頻卡的安全讀寫(xiě)自主研發(fā)的芯片操作系統(tǒng)。作為SM7電子標(biāo)簽讀寫(xiě)器模塊的核心，高性能 的芯片操作系統(tǒng)提供設(shè)備運(yùn)行所需的高效環(huán)境，以及拓展對(duì)各種應(yīng)用的靈活支持。
圖2為本發(fā)明一實(shí)施例的SM7電子標(biāo)簽的讀寫(xiě)射頻卡工作流程圖；參閱圖2，基于 SM7電子標(biāo)簽讀寫(xiě)器的射頻模塊的工作流程為
首先初始化SPI串行接口，讀Co_and (命令)寄存器直到Co_and寄存器的6位 值為00H，內(nèi)部初始化階段此時(shí)結(jié)束，MF RC531準(zhǔn)備接收控制；將80H寫(xiě)入Page (頁(yè))寄存 器以初始化微處理器接口 ；讀Command寄存器，如果該值為OOH則微處理器接口初始化成 功；在接口初始化之后通過(guò)將0X00寫(xiě)入頁(yè)寄存器，激活線性地址模式。
接著為對(duì)SM7用戶卡的操作。MCU對(duì)SM7用戶卡操作的命令主要有打開(kāi)卡片、關(guān)閉 卡片、寫(xiě)控制字、寫(xiě)密鑰、個(gè)人化、讀寫(xiě)塊、增值減值等。無(wú)論哪種操作都必須先把命令代碼 寫(xiě)入到Command寄存器，比如執(zhí)行驗(yàn)證密碼則需要執(zhí)行WriteRC (RegCommand, OxOc)命令。
從操作流程上，可以把SM7用戶卡的操作分為以下幾項(xiàng)復(fù)位請(qǐng)求、反碰撞操作、 卡選擇操作、寫(xiě)控制字、寫(xiě)密鑰、個(gè)人化、讀個(gè)人信息、認(rèn)證操作、讀寫(xiě)操作和增減值操作。完 成對(duì)SM7用戶卡的數(shù)據(jù)處理。然后將處理過(guò)后的用戶數(shù)據(jù)輸出至MF RC531芯片并控制外 圍電路最終完成對(duì)SM7用戶卡的操作。
綜上所述，本發(fā)明提供了基于SM7電子標(biāo)簽讀寫(xiě)器的射頻讀寫(xiě)模塊硬件實(shí)現(xiàn)方 案，SM7電子標(biāo)簽讀寫(xiě)器模塊是一種讀寫(xiě)射頻卡的硬件設(shè)備，是搭建以射頻讀寫(xiě)為基礎(chǔ)的應(yīng) 用系統(tǒng)的核心組成部分。通常RFID讀寫(xiě)器由MCU、射頻芯片、外圍電路等幾個(gè)部分組成，通 過(guò)加載的密碼算法實(shí)現(xiàn)對(duì)SM7射頻卡的訪問(wèn)控制和讀寫(xiě)功能。該產(chǎn)品由自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的安 全芯片SSX45芯片及MF RC531射頻芯片為主要組成部分，可實(shí)現(xiàn)對(duì)加載國(guó)有SM7密碼算法 的射頻卡進(jìn)行安全讀寫(xiě)?？梢詽M足門(mén)禁和公交等多種應(yīng)用系統(tǒng)的安全需求，并極大的提高 了應(yīng)用系統(tǒng)的安全性，且具有明顯的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益.·
本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解附圖只是一個(gè)實(shí)施例的示意圖，附圖中的模塊或 流程并不一定是實(shí)施本發(fā)明所必須的。
本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解實(shí)施例中的裝置中的模塊可以按照實(shí)施例描述分 布于實(shí)施例的裝置中，也可以進(jìn)行相應(yīng)變化位于不同于本實(shí)施例的一個(gè)或多個(gè)裝置中。上 述實(shí)施例的模塊可以合并為一個(gè)模塊，也可以進(jìn)一步拆分成多個(gè)子模塊。
最后應(yīng)說(shuō)明的是以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制；盡 管參照前述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解其依然 可以對(duì)前述實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換； 而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明實(shí)施例技術(shù)方案的精神和范 圍。
權(quán)利要求
1.一種基于SM7電子標(biāo)簽讀寫(xiě)器的射頻讀寫(xiě)模塊，其特征在于，包括控制單元、射頻讀卡單元和外圍電路，其中 所述控制單元用于根據(jù)來(lái)自PC機(jī)的指令控制所述射頻讀卡單元通過(guò)所述外圍電路與射頻卡進(jìn)行通信； 所述射頻讀卡單元用于對(duì)信號(hào)進(jìn)行編碼、解碼，以及對(duì)信號(hào)進(jìn)行調(diào)制、解調(diào)； 所述外圍電路用于實(shí)現(xiàn)所述射頻讀卡單元與射頻卡之間的通信； 其中，所述控制單元內(nèi)嵌有SSF33密碼算法和SM7算法的IP核，所述射頻卡為符合ISO/IEC 14443標(biāo)準(zhǔn)并支持國(guó)產(chǎn)SM7密碼算法的TYPE A或TYPE B型用戶卡。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的射頻讀寫(xiě)模塊，其特征在于，所述控制單元為SSX45安全芯片。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的射頻讀寫(xiě)模塊，其特征在于，所述射頻讀卡單元為MFRC531芯片。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的射頻讀寫(xiě)模塊，其特征在于，所述外圍電路包括 時(shí)鐘電路、EMC低通濾波器、接收電路、天線匹配電路及接口和天線。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的射頻讀寫(xiě)模塊，其特征在于，所述時(shí)鐘電路內(nèi)部集成有振蕩器緩沖，其連接外部的13. 56MHz的石英震蕩晶體，以獲取低相位抖動(dòng)。
6.一種電子標(biāo)簽讀寫(xiě)器，其特征在于，其包括權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的射頻讀寫(xiě)模塊。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于SM7電子標(biāo)簽讀寫(xiě)器的射頻讀寫(xiě)模塊及電子標(biāo)簽讀寫(xiě)器，其中射頻讀寫(xiě)模塊包括控制單元、射頻讀卡芯片和外圍電路，其中，控制單元用于根據(jù)來(lái)自PC機(jī)的指令控制射頻讀卡單元通過(guò)外圍電路與射頻卡進(jìn)行通信；射頻讀卡單元用于對(duì)信號(hào)進(jìn)行編碼、解碼，以及對(duì)信號(hào)進(jìn)行調(diào)制、解調(diào)；外圍電路用于實(shí)現(xiàn)射頻讀卡單元與射頻卡之間的通信；其中，控制單元內(nèi)嵌有SSF33密碼算法和SM7算法的IP核，射頻卡為符合ISO/IEC14443標(biāo)準(zhǔn)并支持國(guó)產(chǎn)SM7密碼算法的TYPE A或TYPE B型用戶卡。
文檔編號(hào)G06K17/00GK103034875SQ20111029365
公開(kāi)日2013年4月10日 申請(qǐng)日期2011年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月29日
發(fā)明者郭寶安, 羅世新, 田心, 王卓, 尹剛, 何麗 申請(qǐng)人:航天信息股份有限公司