解讀智能卡數據傳輸協(xié)議I2C總線(xiàn)

由于串行時(shí)鐘同步數據傳輸是不復雜而通用的，它們就被用的比較頻繁。使用I2C(Inte-Integrated Circuit)總線(xiàn)的元件首先由Philips開(kāi)發(fā)，從1990年就可以使用了。這個(gè)總線(xiàn)立足于一根串行的雙向數據引 線(xiàn)和一根串行的時(shí)鐘引線(xiàn)，Pc總線(xiàn)的規定包括了硬件(兩條引線(xiàn))和軟件兩方面，具有數據傳輸格式化的意 義。每個(gè)在總線(xiàn)上的器件可以取得對總線(xiàn)的控制并能對在總線(xiàn)上的其他器件發(fā)出請求。

由于存儲卡也是被同步時(shí)鐘控制的，Pc總線(xiàn)很快就得以立足于芯片卡行業(yè)之中，大量的存儲器可以在卡中 使用。下面的例子是基于SGS-ThornsON ST 24C04存儲器芯片的，它有512字節的可自由讀出或寫(xiě)人的EPROM 。對EEPROM編程的時(shí)聞安排由芯片內部處理，所以這方面不受外部控制。

I2C總線(xiàn)的硬件包括了在終端和卡之間的兩條線(xiàn)，串行時(shí)鐘SCL(Serial Clock)線(xiàn)傳送時(shí)鐘，其范圍可達 100kHz，它產(chǎn)生的數據傳輸率高達100kb/s，對智能卡來(lái)說(shuō)是比較高的，另一條線(xiàn)，串行數據SDA(Serial Data)線(xiàn)，用來(lái)雙向交換卡和終端之間的數據。SDA線(xiàn)經(jīng)一上拉電阻連接到終端的供電電源(Voc)。通信的 雙方只能把這條線(xiàn)下拉至地。于是送出一高電平就毫無(wú)作用，這包括發(fā)送方把它的輸出轉換為高阻狀態(tài)(三 態(tài))，而上拉電阻把SDA線(xiàn)拉至供電電壓電平。

在智能卡的環(huán)境中，終端總是Pc總線(xiàn)為主而卡是從。數據傳送總是按單字節打包，字節的最高位(第8位) 首先發(fā)送，每次在SDA線(xiàn)上的傳送由開(kāi)始信號啟動(dòng)并由停止信號結束，開(kāi)始信號包括了在SDA線(xiàn)上的下降邊而 此時(shí)在SCL線(xiàn)上的信號為高。相反，SDA線(xiàn)上的上升邊而SCL線(xiàn)上的信號為低則指示出停止信號，參見(jiàn)圖1。接 收方必須使SDA線(xiàn)接地一個(gè)時(shí)鐘周期以便對每1字節的接收給以確認。

圖1 I2C總線(xiàn)上的開(kāi)始與停止信號

通信開(kāi)始后，第1字節的頭7位為接收方的地址。在我們的例子中，為了簡(jiǎn)單起見(jiàn)，我們假定地址的二進(jìn)制 之值為1010000X。當然這可能隨芯片的類(lèi)型而改變，對某些存儲器可在某限度內選擇改變。地址中的最后一 位(x)向接收方指示是讀出還是寫(xiě)入數據，1為讀出而0則是寫(xiě)人。

下面的例子說(shuō)明Pc總線(xiàn)用于智能卡時(shí)的一般功能。

1)從一地址讀出

對于從智能卡EEPROM的讀出有幾種類(lèi)型的訪(fǎng)問(wèn)，此處所述類(lèi)型為一次讀出一字節，然而，也有可能從一列 中讀出幾個(gè)字節，如圖2所示。

圖2 用I2C總線(xiàn)從存儲器讀出一個(gè)字節

讀序列由開(kāi)始信號啟動(dòng)，接著(zhù)各位含有卡的地址以及規定的寫(xiě)控制位。這向卡表明它必須立即把緊接的數據存儲在內部緩存器中。這個(gè)緩沖器不過(guò)是EEPROM的面向字節的地址指針?？ń邮盏降?字節后，它把SDA線(xiàn)接地一個(gè)周期以示確認。而后，終端把EEPROM地址傳送給卡，再一次，卡確認收到的數據。終端于是送出一個(gè)開(kāi)始信號和卡的地址以及規定的讀出位。接收到了這些，卡從指針給出的地址處取出數據送給終端。終端不需要對收到數據予以確認，它僅僅給卡一個(gè)停止信號，從而結束讀出一字節的序列。

2)寫(xiě)人一地址

像從卡的EEPROM讀出數據那樣，寫(xiě)入數據也有不同的模式，它們中最簡(jiǎn)單的說(shuō)明如下，用它可以在存儲器中的任何地方寫(xiě)人單獨的一個(gè)字節。

再一次，序列由終端的開(kāi)始信號啟動(dòng)，緊接著(zhù)卡的地址以及規定的寫(xiě)人位?？ù_認收到后，從終端接收要寫(xiě)人數據的EEPROM的地址。

卡確認所有這些，于是接收數據。當終端收到第3次的確認，它表示卡已接收到了數據，便送出一個(gè)停止信號。接著(zhù)，卡開(kāi)始把收到的數據寫(xiě)人EEPROM，它不需要外部的定時(shí)信號。這樣就結束了寫(xiě)入序列，而此字節已存人EEPROM，如圖3所示。

圖3 用I2C總線(xiàn)向存儲器寫(xiě)人一個(gè)字節