基于UART的智能卡接口IP核設計

REG模塊通過(guò)tx_wr_strobe把數據tx_data寫(xiě)到TX模塊中，TX模塊按照設定的波特率往txd串行發(fā)送數據，同時(shí)把發(fā)送寄存器和發(fā)送移位寄存器的狀態(tài)通過(guò)tx_ready和tx_shift_empty傳回REG模塊。
RX模塊根據設定的波特率對rxd進(jìn)行采樣接收，當接收到1字節有效數據時(shí)置rx_char_ready有效，REG模塊通過(guò)rx_rd_strobe讀取接收的數據。
REG模塊中包含控制寄存器、狀態(tài)寄存器、波特率寄存器、數據寄存器，還包含Avalon總線(xiàn)接口邏輯以及各種寄存器的操作邏輯。
2．2 智能卡接口IP核結構設計，
智能卡的引腳有電源、地、復位、時(shí)鐘、數據，其中只有復位和數據線(xiàn)與操作有關(guān)，因此在IP核中只需要復位線(xiàn)和數據線(xiàn)。
智能卡操作過(guò)程中，接收的數據和發(fā)送的指令都需要哲存在IP核內，因此要在UART核上增加發(fā)送和接收緩沖。除此之外，還需要增加協(xié)議處理模塊用于操作過(guò)程中的判斷和交互，增加收發(fā)切換模塊實(shí)現異步半雙工的切換，增加發(fā)送控制模塊用于發(fā)送不同的數據?；?a class="contentlabel" href="http://dyxdggzs.com/news/listbylabel/label/UART">UART核的智能卡接口IP核結構如圖4所示。

圖4中，保留UART的RX和TX模塊不變，在REG模塊中增加了RX_BUF、TX_BUF、緩沖區長(cháng)度寄存器，還增加了清緩沖區等功能。
在UART核的基礎上增加協(xié)議處理模塊，它是操作智能卡的核心。協(xié)議處理模塊從RX模塊直接截取數據并處理，根據流程進(jìn)行各種操作。協(xié)議處理模塊可以清除接收緩沖區中的過(guò)程數據、清除無(wú)效的發(fā)送指令，協(xié)議處理模塊還控制收發(fā)的切換、控制發(fā)送指令、控制IC卡復位。
發(fā)送控制根據協(xié)議處理中的狀態(tài)和命令，發(fā)送不同的指令到智能卡中。
2．3 協(xié)議處理的實(shí)現
在圖4中，協(xié)議處理模塊是實(shí)現CPU與智能卡交互的關(guān)鍵，本文采用狀態(tài)轉換的方法來(lái)實(shí)現。根據復位操作(圖1)和指令操作(圖2)的流程，可將智能卡的操作總結為7種狀態(tài)：空閑狀態(tài)、復位狀態(tài)、接收1字節狀態(tài)、接收定長(cháng)數據狀態(tài)、收到0x61狀態(tài)、收到0x6c狀態(tài)、其他狀態(tài)。狀態(tài)轉換的主要條件是接收到特定的數據或接收到特定個(gè)數的數據，輔助條件是當前的狀態(tài)和其他參數。狀態(tài)轉換圖如圖5所示。

空閑狀態(tài)：剛上電或無(wú)操作時(shí)處于空閑狀態(tài)，IP核等待CPU的命令。
復位狀態(tài)：在空閑狀態(tài)下收到復位命令后，復位智能卡并進(jìn)入復位狀態(tài)，等待接收數據。根據前2字節的回復設置接收數據長(cháng)度，然后進(jìn)入接收定長(cháng)數據狀態(tài)。
接收定長(cháng)數據狀態(tài)：根據前一狀態(tài)的設置，等待接收固定個(gè)數的數據，當接收到設定個(gè)數的數據時(shí)，向CPU發(fā)送中斷請求并跳轉到空閑狀態(tài)。
接收1字節狀態(tài)：在空閑狀態(tài)下當有效指令操作下發(fā)時(shí)，發(fā)送5字節命令頭，進(jìn)入接收1字節狀態(tài)。在該狀態(tài)下，收到0x60則不進(jìn)行任何處理；收到INS時(shí)需判斷LC，若LC不為0則發(fā)送剩余指令，若LC為0則設置接收長(cháng)度進(jìn)入到接收定長(cháng)數據狀態(tài)；接收到0x61或0x6c則分別進(jìn)入到相應狀態(tài)；接收到其他回復則設置固定接收長(cháng)度為2，并進(jìn)入接收定長(cháng)數據狀態(tài)。
收到0x61狀態(tài)；接收1字節數據為0x61時(shí)進(jìn)入該狀態(tài)，在該狀態(tài)下等待接收1字節數據并將該數據加到00 C0 00 00后一起發(fā)送，同時(shí)回到接收1字節狀態(tài)。
收到0x6c狀態(tài)：與收到0x61過(guò)程基本一樣，將接收到的數據加到CLA INS P1 P2后面發(fā)送。
設計時(shí)，在非空閑狀態(tài)下設定超時(shí)計數器，計數器溢出后無(wú)條件返回到空閑狀態(tài)，同時(shí)清除接收和發(fā)送緩沖，表示本次操作失敗。另外，所有的過(guò)程字節在狀態(tài)處理時(shí)都被清除。