智能卡cos高速下載系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】智能卡COS高速下載系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括COS下載硬件部分、COS下載軟件部分；所述硬件包括讀卡器和智能卡；所述軟件包括指令的發(fā)送、指令的解析、執(zhí)行COS程序；智能卡COS的下載是讀卡器與智能卡通過(guò)非接觸式進(jìn)行指令交互的形式來(lái)完成的，當(dāng)讀卡器和智能卡進(jìn)行通信時(shí)，智能卡ROM中的Bootloader完成相應(yīng)初始化，準(zhǔn)備接收下載指令，讀卡器通過(guò)上位機(jī)程序連接智能卡，智能卡接收到指令后解析指令將編譯后的COS二進(jìn)制文件下載到智能卡的eflash中。其次，智能卡接收到讀卡器發(fā)送的指令后，對(duì)每條指令進(jìn)行解析，完成之后回復(fù)相應(yīng)的指令，下載COS的操作完成。完成COS的下載之后，智能卡重新上電時(shí)Bootloader判斷是否已經(jīng)下載COS的標(biāo)志位，如果已經(jīng)下載完COS則直接執(zhí)行COS程序。
【專利說(shuō)明】智能卡COS高速下載系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種智能卡C0S，尤其涉及一種智能卡COS高速下載系統(tǒng)，屬于智能卡

【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002] 智能卡（Smart Card)的定義是封裝著集成電路（IC，integrated circuit)的具 備傳輸存儲(chǔ)以及數(shù)據(jù)處理能力的塑料卡片，憑借其良好的處理能力和上佳的保密性能，使 其成為IC卡發(fā)展的主要方向。
[0003] COS是伴隨著CPU卡的出現(xiàn)而產(chǎn)生的，并且根據(jù)CPU的差異而有所不同。COS是一 種專用而非通用的系統(tǒng)，一般來(lái)講一個(gè)COS只能用于特定的一種智能卡。
[0004] 智能卡操作系統(tǒng)（Chip Operation System, C0S)，以什么樣的形式存于卡中。目 前主流有兩種方式：一種是把已經(jīng)經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的COS直接通過(guò)掩膜的方式，在生產(chǎn)過(guò)程中固 化到智能卡芯片的只讀存儲(chǔ)器（Read only memory, ROM)中；另一種是芯片生產(chǎn)結(jié)束后,通 過(guò)ROM中的B00TL0AD程序?qū)OS下載到智能卡中的非遺失儲(chǔ)存器（flash，EEPROM等）中。 相比于COS固化在ROM中COS不會(huì)被惡意修改的優(yōu)勢(shì)，采用B00TL0AD下載COS的方式使 COS具有更大的靈活性，更能讓COS適應(yīng)瞬息萬(wàn)變的市場(chǎng)，而不用被修改掩膜的長(zhǎng)時(shí)間周期 所拖累。
[0005] 本發(fā)明主要研究智能卡COS下載速度的提高，本發(fā)明以北京市嵌入式系統(tǒng)重點(diǎn) 實(shí)驗(yàn)室自主研發(fā)的非接觸式智能卡BES2416版本9和版本10為基礎(chǔ)，非接觸式智能卡 BES2416已經(jīng)成功流片，實(shí)際應(yīng)用表明，實(shí)驗(yàn)室智能卡滿足客戶的需求和實(shí)際情況。
[0006] 智能卡COS下載速度的提高可以縮短開(kāi)發(fā)COS的周期和相應(yīng)測(cè)試COS的周期，開(kāi) 發(fā)期間下載COS仿真和測(cè)試將會(huì)節(jié)省大量時(shí)間，測(cè)試階段COS的重復(fù)下載也會(huì)節(jié)省大量的 時(shí)間，時(shí)間就是成本，時(shí)間就是企業(yè)生命線，節(jié)省了時(shí)間就意味著節(jié)省了成本，同時(shí)提高了 效益。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的內(nèi)容為智能卡COS高速下載系統(tǒng)，其中智能卡COS的下載機(jī)制為非接觸 式下載，與智能卡通信的讀卡器是通過(guò)射頻13. 56M非接觸式通信，其中非接觸式接口服從 IS014443協(xié)議，它們之間通信是通過(guò)指令的發(fā)送和接收（解析）。本發(fā)明的目的是智能卡 COS下載速度的提高，主要解決制約讀卡器下載COS到智能卡里的下載速度較慢的問(wèn)題，包 括數(shù)據(jù)傳輸速度和COS寫入EFLASH的速度。
[0008] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為智能卡COS高速下載系統(tǒng)。
[0009] 所述智能卡COS高速下載系統(tǒng)包括COS下載硬件部分、COS下載軟件部分；所述硬 件包括讀卡器和智能卡；所述軟件包括指令的發(fā)送、指令的解析、執(zhí)行COS程序；整個(gè)系統(tǒng) 下載的工作步驟，首先，智能卡COS的下載是讀卡器與智能卡通過(guò)非接觸式進(jìn)行指令交互 的形式來(lái)完成的，當(dāng)讀卡器和智能卡進(jìn)行通信時(shí)，智能卡ROM中的Bootloader完成相應(yīng)初 始化，準(zhǔn)備接收下載指令，讀卡器通過(guò)上位機(jī)程序連接智能卡，接下來(lái)發(fā)送COS下載指令， 智能卡接收到指令后解析指令將編譯后的COS二進(jìn)制文件下載到智能卡的eflash中。其 次，智能卡接收到讀卡器發(fā)送的指令后，對(duì)每條指令進(jìn)行解析，根據(jù)不同的結(jié)果做出相對(duì)應(yīng) 的處理，當(dāng)收到下載COS的指令時(shí)，對(duì)其指令進(jìn)行解析，取出數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)寫到對(duì)應(yīng)的存 儲(chǔ)器對(duì)應(yīng)區(qū)域中，完成之后回復(fù)相應(yīng)的指令，下載COS的操作完成。最后，完成COS的下載 之后，智能卡重新上電時(shí)Boot loader判斷是否已經(jīng)下載COS的標(biāo)志位，如果已經(jīng)下載完COS 則直接執(zhí)行COS程序。
[0010] 所述智能卡COS高速下載系統(tǒng)是數(shù)據(jù)傳輸速度和數(shù)據(jù)寫入EFLASH的速度；其中所 述數(shù)據(jù)傳輸速度是讀卡器產(chǎn)生耦合到智能卡的RF電磁場(chǎng)，用以傳送能量和雙向通信，智能 卡獲得能量后，將其轉(zhuǎn)換成直流電壓；讀卡器和智能卡之間的非接觸式接口遵從IS014443 協(xié)議，影響數(shù)據(jù)傳送有兩個(gè)因素，既讀卡器提供的時(shí)鐘信號(hào)CLK和讀卡器與智能卡通過(guò)天 線耦合的場(chǎng)強(qiáng)大小。本發(fā)明通過(guò)調(diào)整CLK信號(hào)線上的頻率，可以將提供的CLK信號(hào)線上的 頻率f提高到比市場(chǎng)上已有讀卡器可提供頻率的2倍，由此，整個(gè)系統(tǒng)可以將數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃?度提高到原來(lái)的8倍，這是提高下載的速度重要方法。
[0011] 所述數(shù)據(jù)寫入EFLASH的速度，指的是讀卡器和智能卡的天線耦合設(shè)計(jì)，讀卡器模 塊的外圍天線電路匹配電阻的最終定值為R4 = 2K，R5 = 2. 7K，R6 = 2. 7K ;電容值的大小 設(shè)定為C6 = 150pf，C7 = 270pf，C8 = 150pf ;實(shí)際測(cè)量顯示讀卡器可以提供給智能卡的磁 場(chǎng)強(qiáng)度大小為5. 5A/m-6A/m,在協(xié)議規(guī)定的范圍內(nèi)，而且磁場(chǎng)強(qiáng)度較強(qiáng)，大于一般讀卡器提 供的磁場(chǎng)強(qiáng)度，讀卡器和智能卡的通信速度提高，下載速度提高1-2倍，這是提高下載的另 一個(gè)措施。
[0012] 所述智能卡COS下載指的是下載到智能卡里的EFLASH相應(yīng)的區(qū)域，即寫入EFLASH 中。首先，EFLASH的工作原理決定了它的工作方式，如果要對(duì)其中的區(qū)域進(jìn)行寫操作，需要 先做擦除處理，擦除使它所有的數(shù)據(jù)位都變成1，之后再進(jìn)行寫操作，寫操作其實(shí)就是將某 些位編程為0,已經(jīng)變?yōu)?的數(shù)據(jù)位無(wú)法再寫成1，除非重新擦除。其次，對(duì)COS下載操作的 時(shí)候不需要保留智能卡EFLASH中原始信息，可以將智能卡EFLASH的內(nèi)容全部擦除，之后再 把COS全部按字節(jié)寫進(jìn)去，因?yàn)檎麄€(gè)EFLASH已經(jīng)被完整擦除，所以COS下載時(shí)不會(huì)出現(xiàn)需 要修改某個(gè)地方的操作，只需要按順序?qū)OS寫到某塊區(qū)域，所以這樣的操作流程可以節(jié) 約一定的時(shí)間。最后，更改智能卡下載過(guò)程中的寫EFLASH的方式，以前的方式為直接調(diào)用 寫EFLASH的驅(qū)動(dòng)，現(xiàn)在改為直接配置相應(yīng)的特殊功能寄存器進(jìn)行寫操作，通過(guò)這樣改變減 少了程序調(diào)用的開(kāi)銷和程序執(zhí)行的時(shí)間，通過(guò)研究減少數(shù)據(jù)寫入EFLASH的時(shí)間，以此來(lái)提 高COS的下載速度。
[0013] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果。
[0014] 本發(fā)明是智能卡COS高速下載系統(tǒng)，智能卡COS下載速度的提高可以縮短開(kāi)發(fā)COS 的周期和相應(yīng)測(cè)試COS的周期，開(kāi)發(fā)期間下載COS仿真和測(cè)試將會(huì)節(jié)省大量時(shí)間，測(cè)試階段 COS的重復(fù)下載也會(huì)節(jié)省大量的時(shí)間。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0015] 圖1是下載流程。
[0016] 圖2是初始化工作流程。
[0017] 圖3是命令解釋流程。

【具體實(shí)施方式】
[0018] 本發(fā)明是智能卡COS高速下載系統(tǒng)，主要研究制約讀卡器下載COS到智能卡里的 下載速度的因素有哪些，包括數(shù)據(jù)傳輸速度和COS寫入EFLASH的速度，智能卡COS下載速 度的提高可以縮短開(kāi)發(fā)COS的周期和相應(yīng)測(cè)試COS的周期。
[0019] 為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下參考附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)一 步說(shuō)明。
[0020] 圖1為智能卡下載模塊實(shí)現(xiàn)下載流程，Bootloader所有操作前都需要進(jìn)行權(quán)限密 鑰的驗(yàn)證，只有驗(yàn)證通過(guò)了才能使用bootloader的功能。為了統(tǒng)一下載和升級(jí)COS的流程， 本設(shè)計(jì)為下載過(guò)程中，在寫入COS數(shù)據(jù)前都會(huì)對(duì)COS區(qū)進(jìn)行擦除，數(shù)據(jù)區(qū)是否擦除可根據(jù)升 級(jí)需要來(lái)選擇。COS下載過(guò)程是一個(gè)收數(shù)并寫入的重復(fù)過(guò)程，直到COS完全寫入到FLASH中 并確認(rèn)寫入內(nèi)容無(wú)誤，才將COS存在標(biāo)志寫入。在接收數(shù)據(jù)前先進(jìn)行傳輸速率的調(diào)節(jié)，傳輸 速率的提高可以顯著的提高下載效率。接收數(shù)據(jù)并寫入COS區(qū)包含幾個(gè)步驟：1、對(duì)接收的 數(shù)據(jù)做校驗(yàn)和計(jì)算，結(jié)果為兩字節(jié)。2、對(duì)命令進(jìn)行解析，計(jì)算該次的數(shù)據(jù)寫入地址，并將數(shù) 據(jù)順序?qū)懭搿?、該次數(shù)據(jù)寫入完畢后，讀取寫入數(shù)據(jù)并做校驗(yàn)和計(jì)算，結(jié)果為兩字節(jié)。4、返 回由寫入地址，接收數(shù)據(jù)校驗(yàn)和及寫入數(shù)據(jù)校驗(yàn)和組成的信息給讀寫機(jī)具。通過(guò)兩次數(shù)據(jù) 校驗(yàn)，可以避免寫入數(shù)據(jù)錯(cuò)誤情況大量發(fā)生。在COS完全寫入之后，寫入COS存在標(biāo)志即完 成COS下載流程。再次上電后，直接執(zhí)行COS。
[0021] 圖2是智能卡COS實(shí)現(xiàn)的初始化工作流程，初始化模塊負(fù)責(zé)完成智能卡上電后到 接收指令前的初始化工作，除常規(guī)的初始化外，從安全性考慮，具體工作包含：1、初始化安 全狀態(tài)，設(shè)置當(dāng)前安全狀態(tài)為最低權(quán)限。2、初始化交易狀態(tài)，設(shè)置當(dāng)前交易狀態(tài)為空閑。3、 判斷工作模式，并初始化對(duì)應(yīng)的硬件接口，并生成ATR或ATS信息。4、判斷是否需要進(jìn)行 數(shù)據(jù)恢復(fù)。卡片在非接觸式工作模式下在完成防沖突后，接收到讀寫機(jī)具的選擇應(yīng)答請(qǐng)求 RATS后，回復(fù)選擇應(yīng)答信息ATS，表明卡片支持的功能。IS0/IEC14443TypeA的ATS信息格 式如表4-3。
[0022] 表 I ATS 結(jié)構(gòu)
[0023] Table4-3ATS Structure [00241

【權(quán)利要求】
1.智能卡cos高速下載系統(tǒng)，其特征在于： 所述智能卡cos高速下載系統(tǒng)包括cos下載硬件部分、cos下載軟件部分；所述硬件包 括讀卡器和智能卡；所述軟件包括指令的發(fā)送、指令的解析、執(zhí)行cos程序；整個(gè)系統(tǒng)下載 的工作步驟，首先，智能卡cos的下載是讀卡器與智能卡通過(guò)非接觸式進(jìn)行指令交互的形 式來(lái)完成的，當(dāng)讀卡器和智能卡進(jìn)行通信時(shí)，智能卡ROM中的Bootloader完成相應(yīng)初始化， 準(zhǔn)備接收下載指令，讀卡器通過(guò)上位機(jī)程序連接智能卡，接下來(lái)發(fā)送COS下載指令，智能卡 接收到指令后解析指令將編譯后的COS二進(jìn)制文件下載到智能卡的eflash中；其次，智能 卡接收到讀卡器發(fā)送的指令后，對(duì)每條指令進(jìn)行解析，根據(jù)不同的結(jié)果做出相對(duì)應(yīng)的處理， 當(dāng)收到下載COS的指令時(shí)，對(duì)其指令進(jìn)行解析，取出數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)寫到對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)器對(duì)應(yīng) 區(qū)域中，完成之后回復(fù)相應(yīng)的指令，下載cos的f呆作完成；最后，完成COS的下載之后，智能 卡重新上電時(shí)Bootloader判斷是否已經(jīng)下載COS的標(biāo)志位，如果已經(jīng)下載完COS則直接執(zhí) 行COS程序； 所述智能卡COS高速下載系統(tǒng)是數(shù)據(jù)傳輸速度和數(shù)據(jù)寫入EFLASH的速度；其中所述 數(shù)據(jù)傳輸速度是讀卡器產(chǎn)生耦合到智能卡的RF電磁場(chǎng)，用以傳送能量和雙向通信，智能卡 獲得能量后，將其轉(zhuǎn)換成直流電壓；讀卡器和智能卡之間的非接觸式接口遵從IS014443協(xié) 議，影響數(shù)據(jù)傳送有兩個(gè)因素，既讀卡器提供的時(shí)鐘信號(hào)CLK和讀卡器與智能卡通過(guò)天線 耦合的場(chǎng)強(qiáng)大??；通過(guò)調(diào)整CLK信號(hào)線上的頻率，可以將提供的CLK信號(hào)線上的頻率f提高 到比市場(chǎng)上已有讀卡器可提供頻率的2倍； 所述數(shù)據(jù)寫入EFLASH的速度，指的是讀卡器和智能卡的天線耦合設(shè)計(jì)，讀卡器模塊的 外圍天線電路匹配電阻的最終定值為R4 = 2K，R5 = 2. 7K，R6 = 2. 7K;電容值的大小設(shè)定 為C6 = 150pf，C7 = 270pf，C8 = 150pf; 所述智能卡COS下載指的是下載到智能卡里的EFLASH相應(yīng)的區(qū)域，即寫入EFLASH中； 首先，EFLASH的工作原理決定了它的工作方式，如果要對(duì)其中的區(qū)域進(jìn)行寫操作，需要先做 擦除處理，擦除使它所有的數(shù)據(jù)位都變成1，之后再進(jìn)行寫操作，寫操作其實(shí)就是將某些位 編程為0,已經(jīng)變?yōu)?的數(shù)據(jù)位無(wú)法再寫成1，除非重新擦除；其次，對(duì)COS下載操作的時(shí)候 不需要保留智能卡EFLASH中原始信息，將智能卡EFLASH的內(nèi)容全部擦除，之后再把COS全 部按字節(jié)寫進(jìn)去，因?yàn)檎麄€(gè)EFLASH已經(jīng)被完整擦除，所以COS下載時(shí)不會(huì)出現(xiàn)需要修改某 個(gè)地方的操作，只需要按順序?qū)OS寫到某塊區(qū)域，所以這樣的操作流程可以節(jié)約一定的 時(shí)間；最后，更改智能卡下載過(guò)程中的寫EFLASH的方式，以前的方式為直接調(diào)用寫EFLASH 的驅(qū)動(dòng)，現(xiàn)在改為直接配置相應(yīng)的特殊功能寄存器進(jìn)行寫操作。
【文檔編號(hào)】G06K7/00GK104376283SQ201410660516
【公開(kāi)日】2015年2月25日 申請(qǐng)日期:2014年11月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月18日
【發(fā)明者】劉素娟, 薛明策 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)