基于FRAM的公交收費系統的實(shí)現

摘要：FRAM是美國RAMTRON公司推出的一種集擦寫(xiě)次數多，讀寫(xiě)速度快，可靠性高的一種新型存儲器。本文介紹了一種采用FRAM，藍牙模塊實(shí)現的公交車(chē)刷卡，數據采集的實(shí)現方法。

關(guān)鍵詞：FRAM；藍牙模塊；

引言：自從20世紀70年代IC卡誕生以來(lái)，在飛速發(fā)展的微電子技術(shù)的帶動(dòng)下，IC卡已經(jīng)深入到社會(huì )生活的各個(gè)角落，各種各樣的卡大大方便了人們的生活：銀行的食堂卡、信用卡，公交車(chē)使用的交通卡，就餐使用的食堂卡，出入管理使用的考勤卡，打電話(huà)使用的付費電話(huà)卡，手機中使用的SIM卡等等。
一 開(kāi)發(fā)背景
公共交通是我國居民出行的主要方式，但由于我國人口眾多，公共汽車(chē)常常擁擠不堪，售票員工作量較大，工作環(huán)境惡劣，公交收費、找零、財務(wù)管理及對售票員的監督難度較大。如果乘客人手一張智能卡，上車(chē)時(shí)只需將卡輕輕一晃，票款就自動(dòng)記錄下來(lái)，公交管理的問(wèn)題將應刃而解。

二 系統概述
該系統運用先進(jìn)的非接觸式IC技術(shù)，FRAM存儲和高效的籃牙網(wǎng)關(guān)系統，為公交支付提供了安全可靠，低成本，方便高效的支付方式和完整的業(yè)務(wù)處理系統，為提高公交行業(yè)的服務(wù)質(zhì)量，樹(shù)立公交行業(yè)優(yōu)質(zhì)高效服務(wù)的新形象，奠定了堅實(shí)的技術(shù)基礎。同時(shí)，也為銀行更進(jìn)一步地發(fā)展持卡消費，創(chuàng )造了良好的條件。此外，非接觸式IC卡多應用技術(shù)的實(shí)施，使得同一張IC卡能夠提供更多的社會(huì )服務(wù)（如輪渡、地鐵及公園門(mén)票的非接觸式收費），真正做到一卡多用，從而產(chǎn)生積極的社會(huì )效益和可觀(guān)的經(jīng)濟效益。

RAMTRON公司的FRAM芯片跟傳統的EEPROM，FLASH相比有著(zhù)幾乎無(wú)限次擦寫(xiě)次數，數據安全性高等優(yōu)點(diǎn)，它的應用，使得公交支付服務(wù)具備了以下優(yōu)點(diǎn)：

（1） 使用方便。公交車(chē)每次到達車(chē)站時(shí)，本次（一個(gè)來(lái)回）的刷卡記錄可以在到站時(shí)通過(guò)籃牙網(wǎng)關(guān)實(shí)時(shí)的傳到站內的PC機中，所有操作均無(wú)需接觸，全部由系統自動(dòng)完成，不需人員干涉，降低人工成本。

（2） 簡(jiǎn)化讀卡器的結構。傳統方案的數據至少需要保存一周左右，采用籃牙網(wǎng)關(guān)以后數據只用保存公交車(chē)出行一個(gè)來(lái)回的時(shí)間，數據就可以傳到站內PC機，讀卡器內的數據就可以清除，因為采用FRAM（如：FM1808等并口系列芯片），數據不需要冗余雙備份，從體積，成本等方面來(lái)考慮都有所減少。

（3） 降低數據丟失的概率。數據在讀卡器里滯留的時(shí)間越長(cháng)，發(fā)生出錯的概率越高，再加上采用FRAM來(lái)存儲交易記錄,更能保證數據不會(huì )出錯。

（4） 良好的系統開(kāi)放性和通用性。通過(guò)采用良好的籃牙通用網(wǎng)關(guān)設備，使得系統可靈活增減符合籃牙協(xié)議標準協(xié)議的公交讀卡器節點(diǎn)。為靈活組網(wǎng)提供了硬件基礎。 （5） 結算方便簡(jiǎn)捷。通過(guò)高效的金融網(wǎng)絡(luò )系統可方便高效地進(jìn)行資金結算，大大加快了資金流動(dòng)，減少了資金周轉時(shí)間，為公交支付服務(wù)的進(jìn)一步發(fā)展提供了保證。

三 系統結構
3.1系統結構示意圖
3.2系統結構說(shuō)明：

（1） 銀行帳務(wù)主機：管理卡及帳戶(hù)檔案，以及所有卡及卡帳戶(hù)的帳務(wù)處理，IC卡業(yè)務(wù)的收發(fā)包處理，IC卡黑名單管理等，可通過(guò)X.25或TCP/IP協(xié)議與公交公司帳務(wù)主機通訊。

（2） 銀行網(wǎng)點(diǎn)加值系統：完成公交IC卡的開(kāi)卡，存款以及日常結算工作，通過(guò)銀行內部網(wǎng)絡(luò )與銀行帳務(wù)主機相聯(lián)?！?/P>

（3） 公交主機系統：負責與銀行主機的數據通訊及交易的管理，以及通訊，日志，統計管理等。

（4） 公交分公司系統：負責與公交主機系統的數據通訊及交易的管理，包括對下級車(chē)載機系統管理，駕駛員管理，通訊管理，統計管理，日志管理等。

（5） 車(chē)載機收費及數據采集系統：非接觸式收費方式，均由非接觸式接收器和相應通訊設施組成，完成公交IC卡的扣款，累計的交易統計數據在車(chē)行駛過(guò)程中暫存到FRAM中，然后通過(guò)籃牙模塊在公交車(chē)進(jìn)站時(shí)傳輸到數據系統中，再經(jīng)過(guò)網(wǎng)絡(luò )傳輸到公交主機。

四 硬件組成
4.1 計算機
主機：486以上機型即可，內存8M以上，硬盤(pán)空間110兆以上，標準VGA彩顯，分辯率640480，鼠標。

4.2 網(wǎng)絡(luò )
銀行主機、公交總公司主機與各分公司主機可通過(guò)X.25或TCP/IP協(xié)議聯(lián)網(wǎng)，車(chē)載收費器與公交站之間的數據通訊采用標準的籃牙協(xié)議。

4.3 讀寫(xiě)設備
讀寫(xiě)器采用硬件加密的3DES（TRIPLE DES）。

4.4 智能卡選型
采用普通邏輯加密卡即可，例如SLE4428；

五 軟件組成
5.1公交系統功能說(shuō)明
系統軟件主要有以下部分組成：公交系統由車(chē)載系統，紅外線(xiàn)數據采集系統，以及公交公司信息數據網(wǎng)絡(luò )系統等部分組成。

1． 車(chē)載系統

車(chē)載系統安裝于公共汽車(chē)上，使用公共汽車(chē)電源。它具有以下功能。

（1） 車(chē)載機開(kāi)機

車(chē)載機開(kāi)機，駕駛員卡啟動(dòng)完成。開(kāi)機后，可設置車(chē)票票額及路線(xiàn)。

（2） 車(chē)載機驗票扣款

顧客上車(chē)后，使用IC卡，在10cm范圍內，驗票扣款?？ㄆ煞旁阱X(qián)包內，不必取出。交易時(shí)間少于0.1秒。

（3） 語(yǔ)音及指示燈功能

正常交易及異常情況均有不同的鈴聲提示及指示燈顯示。

（4） 余額顯示

在每次驗票扣款后，均有卡余額顯示。 （5） 防碰撞功能（自動(dòng)分辨功能）

當多張卡同時(shí)進(jìn)入操作區時(shí)，車(chē)載機會(huì )提示只能一張卡進(jìn)入，當一張卡完成操作未離開(kāi)操作區而有另一張卡進(jìn)入時(shí)，則這張卡不會(huì )對之前的卡片有影響。讀寫(xiě)機也不會(huì )與后來(lái)的卡片交易，直至第一張卡離開(kāi)讀寫(xiě)區為卡。

（6） 駕駛員卡結算

駕駛員每天換班時(shí)，用其駕駛員卡結算本機的收入總數，人次總數，月票人次數，以及結算時(shí)間，機號，駕駛員號等信息。

2． 數據采集系統

（1） 黑名單下載

公交信息系統下載來(lái)自銀行的黑名單數據，傳輸方式采用籃牙協(xié)議傳輸。 （2） 黑名單安裝

在公交車(chē)發(fā)車(chē)時(shí)，對車(chē)載機黑名單通過(guò)籃牙模塊與公交車(chē)站內的PC機進(jìn)行更新。

（3） 車(chē)載機籃牙數據采集

對車(chē)載機交易明細數據進(jìn)行采集。

（4） 交易數據傳輸

車(chē)載機內FRAM的數據通過(guò)籃牙模塊送至公交站內的PC系統中，再經(jīng)由公交公司信息網(wǎng)絡(luò )系統上送公交主機及銀行后臺主機。

3． 公交公司信息網(wǎng)絡(luò )系統

該系統由分公司系統及總公司系統組成。通過(guò)高速MODEM進(jìn)行數據傳輸。

5.2 發(fā)卡系統及設計
在非接觸IC卡應用系統中，發(fā)卡系統的安全及其管理機制，影響著(zhù)整個(gè)系統的安全。銀行在指定范圍內發(fā)行IC卡，如何安全地控制和管理發(fā)卡應用系統，便成為IC卡應用系統安全的關(guān)鍵。

本IC卡發(fā)卡系統，采用集中管理的方式，對于主密鑰的安全存儲采用硬件加密存儲。發(fā)卡系統核心密鑰的傳輸也采用3DES的方式實(shí)現。從而確保了整個(gè)發(fā)卡系統密鑰的安全性。

1． 發(fā)卡系統說(shuō)明

（1） 發(fā)卡系統結構說(shuō)明

（2） 主密鑰生成

由多人輸入發(fā)卡主密鑰。主密鑰經(jīng)由工廠(chǎng)密鑰（Manufacture Key）經(jīng)3DES加密后，傳輸至非接觸式讀卡機，并在讀卡機內部經(jīng)3DES解密，存放于加密存儲器芯片中。主密鑰包含以下密鑰： ① ISSUER KEY：發(fā)行者密鑰，用于系統控制。

② UPDATE KEY：個(gè)人信息修改密鑰，用于修改個(gè)人信息控制。

③ DEBIT KEY：錢(qián)包扣款密鑰，用于驗票扣款。

④ CREDIT KEY：錢(qián)包存款密鑰，用于錢(qián)包存款。

（3） 發(fā)卡過(guò)程說(shuō)明

① 采用發(fā)卡管理卡啟動(dòng)發(fā)卡系統。

②輸入卡號等發(fā)卡信息。

③ 讀卡機讀取卡片序列號（Card Serial Number）

④ 在讀卡機內，根據卡片序列號對各主密鑰進(jìn)行處理。

⑤ 將密鑰處理結果及數據寫(xiě)入卡片中。

⑥ 卡片初始狀態(tài)為非啟用狀態(tài)。

5.3系統安全說(shuō)明
本系統IC卡脫機消費的特性，使得其安全性控制顯得尤為重要，在本系統的安全性能設計中，主要考慮了銀行后臺安全控制，交易認證等一系列措施。

1． 銀行后臺安全控制機制

為了確保系統的安全性，非接觸式IC卡的錢(qián)包存款采用聯(lián)機交易的方式，并且將存款密鑰存放于銀行后臺的安全芯片中，每次存款交易由銀行主機進(jìn)行校驗，有效地防止了偽造存款現象的發(fā)生。

2． 交易認證

本系統中，車(chē)載機在進(jìn)行驗票扣款時(shí)，采用3次密碼的雙向認證（符合ISO DIS9789-2要求）。所有數據均有16BIT的CRC校驗。

3． 網(wǎng)絡(luò )系統信息安全 在該IC卡網(wǎng)絡(luò )系統的信息安全控制上，采用的是MAC（Message Authentication Code）校驗的技術(shù)，確保交易信息的完整性和一致性。

4． 黑名單管理

黑名單管理是指IC卡處理時(shí)對黑名單卡信息的處理，由于IC卡在公交系統的大量脫機消費交易，使得黑名單的管理顯得尤為重要，車(chē)載機上必須保存最新的黑名單信息，如上所述，黑名單管理采用了聯(lián)機下傳的方式。