基于SLE4442加密存儲卡的汽車(chē)行駛記錄儀中駕駛員身

引言

近年來(lái)，隨著(zhù)經(jīng)濟的發(fā)展以及人們生活水平的提高，小汽車(chē)越來(lái)越多的走進(jìn)了人們的生活。但是，交通事故頻發(fā)，汽車(chē)駕駛安全又成為一個(gè)問(wèn)題。汽車(chē)行駛記錄儀的使用對遏止疲勞駕駛和車(chē)輛超速等交通事故，約束駕駛員的不良行駛行為，保障車(chē)輛運行安全，規范車(chē)輛管理都具有重要作用。規范駕駛員行為，作為汽車(chē)行駛記錄儀的基本功能之一，它首先應該能夠準確識別駕駛員的身份。使用汽車(chē)行駛記錄儀的單位應當為每個(gè)駕駛員配置IC卡，而駕駛員出車(chē)時(shí)再用IC卡登陸。該記錄儀主要通過(guò)讀取IC卡來(lái)確認駕駛員的唯一身份。而PC管理軟件中的IC卡管理模塊則主要用來(lái)給駕駛員的IC卡進(jìn)行合法身份注冊，使用單位可以編輯卡中駕駛員的身份信息，包括擦除、寫(xiě)人和讀取等功能。

1設計方案的選擇

目前汽車(chē)行駛記錄儀采用的駕駛員身份識別方式主要有非接觸式IC卡識別和接觸式IC卡識別兩種方式。

非接觸式IC卡識別系統的凄寫(xiě)過(guò)程通常由非接觸式IC片和讀寫(xiě)設備問(wèn)的無(wú)線(xiàn)電波來(lái)完成。非接觸式lC卡識別方式的操作過(guò)程比較簡(jiǎn)單，但是抗干擾能力相對較弱，且成本較高。

接觸式IC卡識別系統中的CPU一旦探測到有IC卡插入，則立即通過(guò)卡的I/O口讀取數據，接著(zhù)進(jìn)行程序的判斷和處理。當確定為合法的IC駕駛員IC卡后，再按照協(xié)議凄取駕駛員信息。該接觸式IC卡存儲量大，凄寫(xiě)機構造價(jià)便宜，維護比較方便。

本設計中考慮到汽車(chē)行駛記錄儀的應用環(huán)境較為復雜，而非接觸式IC卡容易受汽車(chē)點(diǎn)火的電磁干擾，而且駕駛員身份數據的存儲量不人，所以，本設計選擇方案二的接觸式IC卡識別方式來(lái)進(jìn)行設汁。

2 駕駛員身份識別系統的硬件設計

2.1 IC卡芯片的選擇

目前用于IC卡的通用存儲器芯片多為EEPROM，其常用的協(xié)議主要有兩線(xiàn)串行連接協(xié)議(I⒉C) 和二三線(xiàn)串行連接協(xié)議。邏輯加密存儲卡可采用密碼控制邏輯來(lái)控制對EEPROM存儲器的訪(fǎng)問(wèn)和改寫(xiě)，因此，它不像存儲卡一樣可以被任意的復制或改寫(xiě)。設計中，由于駕駛員身份識別要求安全保密，所以，本設計選擇西門(mén)子公司設計的邏輯加密存儲卡SLE4442來(lái)作為IC卡存儲芯片。

SLE4442 具有2KB的存儲容量和完全獨立的可編程加密代碼(PSC，Programmable security code)存儲器。其內部的電壓提升電路可保證芯片以單+5V電壓工作，而其較大的存儲容量則能夠滿(mǎn)足通常應用領(lǐng)域的各種要求。因此，SLE4442是目前國內應用較多的一種IC卡芯片。

SLE4442卡芯片的主要特點(diǎn)如下：

◇采用多存儲器結構，主要包括三個(gè)存儲器：256x8位的EEl，ROM型主存儲器、32xl位的PROM型保護存儲器和4x8位的EEPROM型加密存儲器：

◇采用2線(xiàn)連接協(xié)議，串行接口滿(mǎn)足IS07816同步傳輸協(xié)議；

◇采用NMOS工藝技術(shù)，每個(gè)字節的寫(xiě)入，擦除編程時(shí)間為2 5 ms；

◇具有至少104次的寫(xiě)入，擦除周期，數據保持時(shí)間至少10年。

SLE4442存儲芯片的引出端分布如圖1所示，表1所列是其引腳功能描述。

2.2 IC卡硬件接口電路

SLE4442為2線(xiàn)連接總線(xiàn)方式，其中I/O是串行數據線(xiàn)，該引腳為開(kāi)漏極驅動(dòng)，可雙向傳輸數據，主要用于地址數據的輸人和數據的輸出。CLK腳則為時(shí)鐘，為器件數據傳輸的同步時(shí)鐘信號。本汽車(chē)行駛記錄儀中的微控制器采用S3C2410，該微控制器內含I2C總線(xiàn)控制器，可以方便的與各種帶有I⒉C 接口的器件相連接。設計中，主控制器的ⅡCSDA、ⅡCSCL和RESET分別接IC卡的I/O、CLK和RST，其總線(xiàn)受微控器控制，并可由程序控制產(chǎn)生串行時(shí)鐘以控制總線(xiàn)的存取，進(jìn)而發(fā)送START和STOP信號。SLE4442與S3C2410的接口電路圖如圖2所示。

3 IC卡的I2C傳送協(xié)議

心傳送協(xié)議是接口設備與IC卡集成電路之間的兩線(xiàn)連接協(xié)議，SLE4442芯片l/O線(xiàn)上數據變化只在CLK信號的下降沿有效。

I2C傳進(jìn)協(xié)議包括復位和復位響應、命令模式、輸出數據模式和處理模式等4種模式。

3.1 復位和復位響應

復位響應是根據ISO/IEC 7816-3 (ATR)標準來(lái)進(jìn)行的，在操作期間的任意時(shí)刻都可以復位。開(kāi)始，地址計數器隨一個(gè)時(shí)鐘脈沖而被設置為O。當RST線(xiàn)從高狀態(tài)(H狀態(tài))變?yōu)榈蜖顟B(tài)(L狀態(tài))時(shí)，第一個(gè)數據位(LSB)的內容將被送到I/O上。若連續輸入32個(gè)時(shí)鐘脈沖，則主存儲器中的前4個(gè)字節地址單元中的內容將被讀出。而在第33個(gè)時(shí)鐘脈沖的下降沿，I／O線(xiàn)被置高而關(guān)閉。在復位響應期間，“啟動(dòng)”和“停止”狀態(tài)都被忽略。

3 2命令模式

復位響應以后，芯片將等待命令。每條命令都以一個(gè)“啟動(dòng)狀態(tài)”開(kāi)始。整個(gè)命令包括3個(gè)字節。隨后緊跟一個(gè)附加脈沖并用一個(gè)“停止狀態(tài)”來(lái)結束操作。在cLK為高狀態(tài)期間，I／O線(xiàn)的下降沿為啟動(dòng)信號：在cLK為高狀態(tài)期間，I／O線(xiàn)的上升沿為停止信號。

3.3 輸出數據模式

在這一模式下，IC卡芯片將發(fā)送數據給外部接口設備。在第一個(gè)CLK脈沖的下降沿，I/O線(xiàn)上的第一位數據變?yōu)橛行?。當所需要的最后一個(gè)數據送出以后，還需要再附加一個(gè)時(shí)鐘脈沖來(lái)把I/O線(xiàn)置成高阻狀態(tài)(Z狀態(tài))，以準備接收新的命令。在輸出數據期間，任何“啟動(dòng)狀態(tài)”和“停止狀態(tài)”均被屏蔽。

3.4 數據處理模式

在數據處理模式下，系統將對IC卡芯片進(jìn)行內部處理。在整個(gè)處理過(guò)程中，I/O線(xiàn)被鎖定成低狀態(tài)，任何“啟動(dòng)狀態(tài)”和“停止狀態(tài)”均將被屏蔽。

4 系統軟件設計

SLF4442 芯片的每條操作命令都包含3個(gè)字節，其排列順序和操作格式如表2所列，命令的傳送總是從控制字節開(kāi)始，首先傳送字節的最低位LSB (即B0位)，控制字節傳送完畢之后，依次傳送地址字節和數據字節，均為低位在前。在最后一位(D7)傳送完成之后，需要增加一個(gè)附加時(shí)鐘脈沖來(lái)把I／O 線(xiàn)置成高狀態(tài)。

駕駛員的身份信息存儲在IC卡的主存儲器后的224個(gè)字節(應用數據區)，共占用83字節，其余字節為0。地址從32(20H)-255(FFH)，這部分的數據讀出不受限制，但擦除和寫(xiě)入需要校驗密碼，校驗密碼成功后，芯片的加密控制邏輯才會(huì )打開(kāi)芯片的主存儲器，以允許后面的擦除和寫(xiě)入操作。其信息存儲格式如表3所列。圖3所示是系統的主程序流程圖。

5 結束語(yǔ)

SLE4442作為IC卡存儲芯片，能夠方便的與帶有I⒉C總線(xiàn)的微控制器相連，而且具有讀寫(xiě)機構造價(jià)便宜，安全保密，使用靈活，電路設計簡(jiǎn)單，維護方便，抗干擾能力強等特點(diǎn)，十分適合汽車(chē)行駛記錄儀的工作環(huán)境和特點(diǎn)，因此，在汽車(chē)行駛記錄儀中具有很好的應用價(jià)值。