智能卡COS芯片層模塊設計與測試方案研究

1 智能卡操作系統概述
片內操作系統(Chip Operating System，COS)一般是緊緊圍繞著(zhù)它所服務(wù)的智能卡的特點(diǎn)而開(kāi)發(fā)的。與常見(jiàn)的微機上的操作系統相比，COS在本質(zhì)上更加接近于監控程序。在此以具體開(kāi)發(fā)實(shí)例說(shuō)明卡片操作系統的基本問(wèn)題，并提出一種可行可測試的芯片層設計方案及一種芯片底層的測試方案。

2 COS芯片模塊設計
COS底層模塊在設計時(shí)一般都是緊密結合智能卡內存儲器分區的情況，按照國際標準中所規定的一些功能進(jìn)行設計、開(kāi)發(fā)。
IS07816是接觸式智能卡必須遵循的國際規范其中IS07816―3主要描述接觸式智能卡的電信號和傳輸協(xié)議，其中包括各個(gè)觸點(diǎn)的電壓電流承受范圍、卡復位應答各個(gè)信息位的實(shí)際表示和T=0，T=1的傳輸協(xié)議。ISO／IEC 7816―3規定了IC卡的電氣特性和傳輸協(xié)議。包括該類(lèi)卡和接口設備問(wèn)的電源、電氣信號協(xié)議和信息交換協(xié)議。通信過(guò)程中，由接口設備給IC卡提供電源(Vcc)，復位信號(RST)和時(shí)鐘(CLK)，卡和接口設備間通過(guò)I／O端口進(jìn)行串行通信。
(1)通信模塊設計。根據T=0異步半雙工字符傳輸協(xié)議，Ic卡和接口設備之間以字符為單位(簡(jiǎn)稱(chēng)字符幀)進(jìn)行傳輸，采用偶校驗，每個(gè)字符由10 b組成。傳輸字符幀之前，I／O線(xiàn)處于狀態(tài)z，第1 b為起始位(狀態(tài)A)；后面8 b為數據位D1～D8；第10 b為偶校驗位，即8位數據和奇偶校驗位中1的個(gè)數為偶數。
串行通信是按位傳送的，每位信息寬度(持續時(shí)間)定義為基本時(shí)間單位ETU(Elementary Time Unit)。在復位應答期間的信息寬度稱(chēng)為“初始ETU”，它等于372個(gè)時(shí)鐘周期，即1ETU=372／f。復位應答后的信息寬度稱(chēng)為“當前ETU”，其計算公式為：當前ETU=(F／D)(1／f)。其中：F是時(shí)鐘頻率變換因數；D是比特率調整因數；f是時(shí)鐘頻率。
IC卡必須與相應的讀寫(xiě)設備(IFD)通信。從這個(gè)角度講，智能IC卡操作系統的作用就是從讀寫(xiě)設備(IFD)接收命令、執行命令并將結果返回讀寫(xiě)設備(IFD)。所以，通信管理功能模塊在操作系統中具有十分重要的作用。通信管理功能模塊主要實(shí)現以下幾種功能：實(shí)現某一通信協(xié)議的數據鏈路層的傳輸管理功能；實(shí)現ISO／IEC 7816標準規定的ATR(復位響應)等功能；為操作系統中的其他功能模塊提供相應接口。
按ISO／IEC 7816標準，IC卡和讀寫(xiě)設備之間的通信協(xié)議有多種，一般一種卡片只支持某一種通信協(xié)議。下面以符合ISO／IEC 7816―3標準的T=0字符傳輸協(xié)議的智能IC卡為例介紹通信管理功能(支持其他通信協(xié)議的卡的通信管理功能與此相似)。
ICC上電之后，IFD將向ICC發(fā)送命令數據，在這樣一次典型的通信過(guò)程中，通信管理功能主要從事6個(gè)步驟的具體工作。如圖1所示。

以下是卡片接收指令相關(guān)的源代碼：