寫MFRC500寄存器步驟課件

1、第十八章非接觸式IC卡及其讀寫設(shè)備主要內(nèi)容 智能卡基本知識概要 非接觸式IC卡 非接觸式IC卡讀寫設(shè)備設(shè)計嵌入式應(yīng)用技術(shù)基礎(chǔ)教程課件18.1 智能卡基本知識概要18.1 智能卡基本知識概要18.1.1 關(guān)于智能卡 智能卡（“smart card”），也稱作集成電路卡（integrated circuit card），即IC卡。它一般指將集成電路芯片嵌裝于塑料等基片上制成的卡片，外形與磁卡相似，芯片具有存儲、加密及數(shù)據(jù)處理等功能。IC卡可以分為以下三類:（1）存儲卡：內(nèi)部封裝了為電可擦除可編程只讀存儲器EEPROM。 （2）邏輯加密卡：封裝了上述EEPROM存儲器外，還專設(shè)有邏輯加密電路，提供了

2、硬件加密手段。 （3）CPU卡 ：卡片內(nèi)集成了中央處理器CPU， 程序存儲器ROM， 數(shù)據(jù)存儲器EEPROM 和RAM。嵌入式應(yīng)用技術(shù)基礎(chǔ)教程課件18.1 智能卡基本知識概要18.1.1 關(guān)于智能卡 根據(jù)讀寫方法把IC卡分為：接觸式IC卡和非接觸式IC卡。兩種卡的集成電路均密封在塑料卡基片內(nèi)部，可防水，防塵，防磁。 接觸式IC卡：表面可以看到一個方型鍍金接口，共有八個或六個鍍金觸點，用于與讀寫器接觸，通過電流信號完成讀寫。 非接觸式IC卡：卡內(nèi)除包含前述三種IC卡電路，還有射頻收發(fā)電路及相關(guān)電路。IC卡在一定距離內(nèi)即可收發(fā)讀寫器的信號，實現(xiàn)非接觸讀寫。因而稱這種IC卡為非接觸式，或者感應(yīng)式IC

3、卡，或者射頻識別(Radio Frequency Identification,簡稱RFID)卡。嵌入式應(yīng)用技術(shù)基礎(chǔ)教程課件18.1 智能卡基本知識概要18.1.2 智能卡的接口設(shè)備 智能卡接口設(shè)備IFD(inter face device)，通常也稱作IC卡讀寫設(shè)備/讀寫器。讀寫設(shè)備按運行方式可分為單機型和聯(lián)機型兩大類。 單機型讀寫設(shè)備：可獨立存儲和工作，無需和主機相連就可完成數(shù)據(jù)讀寫，可與應(yīng)用設(shè)備結(jié)合或單獨工作。有著系統(tǒng)規(guī)模小、適應(yīng)范圍廣、不需要聯(lián)接微機、輸出直接控制終端執(zhí)行機構(gòu)(例如電控鎖、閘門等)以及安裝簡單、使用方便等諸多優(yōu)點。典型應(yīng)用有IC卡電表、水表，公交車票刷卡機等。 聯(lián)機型讀

4、寫設(shè)備：通過并行或串行口與PC機或應(yīng)用系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)連接，組成不同的應(yīng)用系統(tǒng)。聯(lián)機型讀寫設(shè)備一般應(yīng)用于金融和商品交易部門，適合大型系統(tǒng)或金融支付系統(tǒng)使用。 嵌入式應(yīng)用技術(shù)基礎(chǔ)教程課件18.1 智能卡基本知識概要18.1.3 智能卡的國際標(biāo)準(zhǔn)（1）接觸式IC卡的國際標(biāo)準(zhǔn) ISO/IEC 7816是IC卡遵循的主要國際標(biāo)準(zhǔn)，對IC卡的物理特性、觸點的尺寸和位置、電信號和傳輸協(xié)議、交換用行業(yè)命令、生物個人認(rèn)證方法、密碼信息應(yīng)用等做出了詳細(xì)規(guī)定。（2）非接觸式IC卡的國際標(biāo)準(zhǔn) 嵌入式應(yīng)用技術(shù)基礎(chǔ)教程課件標(biāo)準(zhǔn)卡類型作用距離（約）ISO 10536密耦合01cmISO 14443近耦合010cmISO 1569

5、3疏耦合01m（3）測試標(biāo)準(zhǔn) 對各種卡進行測試的國際標(biāo)準(zhǔn)是ISO/IEC 10373。返回18.2 非接觸式IC卡18.2 非接觸式IC卡18.2.1 非接觸式IC卡 非接觸式IC卡Contactless Smart Card（CSS），也稱作感應(yīng)卡、射頻卡，由IC芯片、感應(yīng)天線組成，并完全密封在一個標(biāo)準(zhǔn)PVC卡片中， 無外露部分，其結(jié)構(gòu)示意圖如下。嵌入式應(yīng)用技術(shù)基礎(chǔ)教程課件外殼芯片天線18.2 非接觸式IC卡非接觸IC卡工作原理圖 嵌入式應(yīng)用技術(shù)基礎(chǔ)教程課件PC讀寫器（內(nèi)置芯片、天線）天線非接觸IC卡能 量數(shù) 據(jù)時 序18.2 非接觸式IC卡非接觸IC卡的優(yōu)點： （1）高可靠性：無觸點，避免

6、了由接觸讀寫產(chǎn)生的各種故障。提高了抗靜電和環(huán)境污染能力，因此提高了可靠性及使用壽命。（2）易用性：操作方便、快捷，無需插拔卡，完成次操作只需0.10.3秒。（3）高安全性：序列號全球唯一?？ㄅc讀寫設(shè)備之間采用雙向互認(rèn)驗證機制。所有數(shù)據(jù)都加密，不同分區(qū)的數(shù)據(jù)用不同的密碼和訪問條件進行保護。（4）高抗干擾性：對有防沖突電路的非接觸卡，在多卡同時進入讀寫范圍內(nèi)時，讀寫設(shè)備可一一對卡進行處理。（5）一卡多用：卡片上的數(shù)據(jù)分區(qū)管理，實現(xiàn)一卡多用、一卡通。（6）多種工作距離：作用距離從幾厘米到幾米，適應(yīng)不同場合。 嵌入式應(yīng)用技術(shù)基礎(chǔ)教程課件18.2 非接觸式IC卡18.2.2 非接觸卡的應(yīng)用（1）公共交通

7、 （2）身份識別 （3）門禁控制 另外，高速公路收費，停車場收費，加油站收費，智能卡水表、電表、煤氣表等應(yīng)用。嵌入式應(yīng)用技術(shù)基礎(chǔ)教程課件18.2 非接觸式IC卡18.2.3 非接觸式IC卡Mifare Philips是世界上最早研制非接觸式IC卡的公司，其Mifare技術(shù)已經(jīng)被制定為IS0IEC14443 TYPE A國際標(biāo)準(zhǔn)。 （1）Mifare 1卡特點 采用CMOS工藝，內(nèi)建E2PROM存儲器、MCU智能控制器等。 卡片電路不用任何電池供電。 標(biāo)準(zhǔn)操作距離高達10cm，通信速率高達106kbits。 具有先進的數(shù)據(jù)通信加密和雙向密碼驗證功能。 具有防沖突功能。 其芯片在制造時具有全球唯一

8、的序列號。 內(nèi)建8K的E2PROM存儲器，分16個扇區(qū)。 芯片設(shè)計有增減值運算電路，其運算時間最長不超過100ms。 擦寫能力超過10萬次，數(shù)據(jù)保存期大于10年。嵌入式應(yīng)用技術(shù)基礎(chǔ)教程課件18.2 非接觸式IC卡（2）MF1卡主要參數(shù)工作頻率：13.56MHZ； 數(shù)據(jù)保存期：10年；操作時間：96ms； 讀寫距離：2.510cm；存儲容量：8Kbit； 尺寸：85.6mm54mm0.76mm；存儲器類型：E2PROM； 操作環(huán)境溫度：2050；多重應(yīng)用區(qū)：16個分區(qū)； 廠商序列號：32位，全球唯一；相對濕度：90%； 寫卡次數(shù)：10萬次以上；材料：PVC。 嵌入式應(yīng)用技術(shù)基礎(chǔ)教程課件18.2

9、非接觸式IC卡（3）MFl芯片邏輯結(jié)構(gòu)嵌入式應(yīng)用技術(shù)基礎(chǔ)教程課件數(shù) 字 控 制 單 元射頻接口 E2PROM認(rèn)證 控制和算術(shù)運算單元防沖突E2PROM接口加密單元天線18.2 非接觸式IC卡（4）MFl卡片的存儲結(jié)構(gòu) Mifare 1卡片采用EEPROM作為存儲介質(zhì)，容量為1K 8位 ，分為16個扇區(qū)(015)，每個扇區(qū)有4個塊(03)，每塊有16字節(jié)。一個扇區(qū)共16 Byte 4 = 64 Byte。扇區(qū)的第四塊稱作尾塊，包含了該扇區(qū)的密碼A(6個字節(jié))、存取控制(4個字節(jié))、密碼B(6個字節(jié))，是控制塊。其余三塊是數(shù)據(jù)塊。 扇區(qū)0的塊0固化了廠商代碼信息，不可改寫。其中：第04字節(jié)為卡片的

10、序列號；第5字節(jié)為序列號的校驗碼；第6字節(jié)為卡片的容量“SIZE”；第7，8字節(jié)為卡片的類型號(Tagtype)；其他字節(jié)由廠商另加定義。如下圖所示。嵌入式應(yīng)用技術(shù)基礎(chǔ)教程課件扇區(qū)塊0123456789ABCDEF描述03密碼A權(quán)限位密碼 B第0扇區(qū)尾塊2數(shù)據(jù)塊1數(shù)據(jù)塊0廠商標(biāo)志塊18.2 非接觸式IC卡18.2.4 非接觸式IC卡標(biāo)準(zhǔn)ISO/IEC 14443ISO/IEC 14443是近耦合IC卡的國際標(biāo)準(zhǔn)，包括四個部分：第一部分ISO/IEC 14443-1制定了有關(guān)非接觸卡的物理特性；第二部分ISO/IEC 14443-2制定了有關(guān)射頻功率及信號界面的特性；第三部分ISO/IEC 14

11、443-3則為非接觸卡的初始化及防沖突機制；第四部分ISO/IEC 14443-4為有關(guān)的交易協(xié)定。嵌入式應(yīng)用技術(shù)基礎(chǔ)教程課件18.2 非接觸式IC卡Type A與Type B 的比較 非接觸式IC卡的分為Type A和Type B兩種。Philips公司的MF1卡就是A型卡。 下表中PCD（Proximity Coupling Device）指閱讀器，PICC（Proximity Integrated Circuit Card）指近耦合非接觸式IC卡。 嵌入式應(yīng)用技術(shù)基礎(chǔ)教程課件A型B型PCD到PICC調(diào)制ASK 100% ASK 10%位編碼改進的Miller編碼NRZ編碼波特率106kd

12、B106kdB同步位級同步(幀起始，幀結(jié)束標(biāo)記)每個字節(jié)有1個起始位和1個結(jié)束位PICC到PCD調(diào)制用振幅鍵控調(diào)制847kHz的負(fù)載調(diào)制的副載波用相位鍵控調(diào)制847kHz的負(fù)載調(diào)制的副載波位編碼曼徹斯特編碼NRZ編碼波特率106kdB106kdB同步1位“幀同步”(幀起始，幀結(jié)束標(biāo)記)每個字節(jié)有1個起始位和1個結(jié)束位返回18.3 非接觸式IC卡讀寫設(shè)備設(shè)計18.3 非接觸式IC卡讀寫設(shè)備設(shè)計18.3.1 概述（1）非接觸IC卡讀寫設(shè)備基本功能 非接觸IC卡進/出射頻區(qū)的識別和控制。 向非接觸IC卡提供其所需要的穩(wěn)定的電源。 實現(xiàn)與卡的數(shù)據(jù)交換，并提供相應(yīng)的控制信號。 提供相應(yīng)的加密解密處理及密

13、鑰管理機制。 提供相應(yīng)的外部控制信息及與其他設(shè)備的信息交換。嵌入式應(yīng)用技術(shù)基礎(chǔ)教程課件18.3 非接觸式IC卡讀寫設(shè)備設(shè)計（2）非接觸IC卡讀寫設(shè)備工作過程 讀寫設(shè)備終端不斷向周圍發(fā)送一組固定頻率的電磁波。當(dāng)頻率相同的卡片進入其工作領(lǐng)域時，卡片內(nèi)的LC串聯(lián)諧振電路在電磁激勵下產(chǎn)生共振，為卡內(nèi)的電容充電。 在電容的另一端，接有一個單向?qū)ǖ碾娮颖?，將電容?nèi)的電荷送到另一個電容內(nèi)存儲，當(dāng)所積累的電荷達到2v時，此電容了可源為集成電路提供工作電壓。 卡片集成電路中的有關(guān)控制邏輯電路對接收到的信號進行解碼。根據(jù)解碼信息判斷讀寫設(shè)備終端發(fā)來的命令要求，若是讀取信息則控制邏輯電路從存儲器中讀取有關(guān)信息；若

14、是修改信息則有關(guān)控制邏輯啟動電壓泵將2V工作電壓提升到15V以便對存儲器E2PROM中內(nèi)容進行重新寫入編程。 當(dāng)電容放電時，非接觸卡內(nèi)的發(fā)射電路就將從存儲器中讀取的數(shù)據(jù)信息及相關(guān)信息發(fā)送給讀寫設(shè)備終端。 讀寫設(shè)備終端對接收到的信息進行處理。嵌入式應(yīng)用技術(shù)基礎(chǔ)教程課件18.3 非接觸式IC卡讀寫設(shè)備設(shè)計（3）非接觸IC卡讀寫設(shè)備系統(tǒng)組成嵌入式應(yīng)用技術(shù)基礎(chǔ)教程課件與主機的通信接口LED/LCD顯示鍵盤其它MCU天線射頻處理模塊18.3 非接觸式IC卡讀寫設(shè)備設(shè)計18.3.2 硬件設(shè)計（1）非接觸IC卡讀寫芯片MF RC500 1）MFRC500功能結(jié)構(gòu) 嵌入式應(yīng)用技術(shù)基礎(chǔ)教程課件控制線MF RC5

15、00并行微控制器接口（帶輸入輸出緩沖）Crypto1 安全算法及 密碼驗證狀態(tài)及控制數(shù)據(jù)處理并行/串行轉(zhuǎn)換CRC/奇偶生成及校驗幀封裝生成及校驗位編碼及譯碼模擬電路集成解碼器位譯碼器輸出驅(qū)動數(shù)據(jù)線Mifare1S50ISO14443A地址線18.3 非接觸式IC卡讀寫設(shè)備設(shè)計2）MF RC500引腳嵌入式應(yīng)用技術(shù)基礎(chǔ)教程課件OSCINIRQMFINMFOUTTX1TVDDTX2TVSSNCSNWRNRDDVSSD0D1D2D3OSCOUTRSTPDVMIDRXAVSSAUXAVDDDVDDA2A1A0ALED7D6D5D41 322 313 304 295 286 277 268 25 24

16、23 2212 2113 2014 1915 1816 1718.3 非接觸式IC卡讀寫設(shè)備設(shè)計3）MF RC500的寄存器 MCU對MF RC500的控制是通過對其內(nèi)部的寄存器的讀寫來實現(xiàn)的.MF RC500內(nèi)部共有64個寄存器，分成8頁，每頁8個寄存器。 MF RC500的寄存器描述請參見附錄G。嵌入式應(yīng)用技術(shù)基礎(chǔ)教程課件18.3 非接觸式IC卡讀寫設(shè)備設(shè)計4）MF RC500的命令 RC500內(nèi)部有一個狀態(tài)機，可以執(zhí)行命令寄存器（Command）中的命令。命令的啟動只需要將命令代碼寫到Command寄存器中。執(zhí)行命令所需要的變量以及數(shù)據(jù)通過FIFO緩沖區(qū)來傳遞。RC500的命令集有13條

17、命令： 開始（StartUp） 空閑（Idle） 傳送（Transmit） 接收（Receive） 傳收（Transceive） 寫E2PROM（WriteE2） 讀E2PROM（ReadE2） 取密碼（LoadKey） 取E2PROM中的密碼（LoadKeyE2） 認(rèn)證1（Authent1） 認(rèn)證2（Authent2） 載入配置（LoadConfig） 計算CRC（CalcCRC）。嵌入式應(yīng)用技術(shù)基礎(chǔ)教程課件18.3 非接觸式IC卡讀寫設(shè)備設(shè)計（2）GP32與MF RC500的連接嵌入式應(yīng)用技術(shù)基礎(chǔ)教程課件地址鎖存數(shù)據(jù)/地址復(fù)位片選寫讀中斷高電平低電平高電平PTB0PTB7PTC0PTC1P

18、TC2PTC3PTC4IRQMC68HC908GP32D0D7A0A1A2RSTPD NCSALE IRQMF RC500TX2RXTX1VMID匹配電路天線NWRNRD18.3 非接觸式IC卡讀寫設(shè)備設(shè)計18.3.3 低端軟件設(shè)計（1）對MF RC500的操作1）訪問RC500寄存器 RC500內(nèi)部共有64個寄存器，分8頁。每頁8個寄存器，每頁的第一個寄存器均稱為頁寄存器Register，如下圖。嵌入式應(yīng)用技術(shù)基礎(chǔ)教程課件使用頁選擇0000頁選擇 7 6 5 4 3 2 1 0 寄存器的第7位是使用頁選擇位，若置1，頁選擇有效；若置0，則頁選擇無效。第0到第2位是頁選擇，僅當(dāng)?shù)?位（使用頁選

19、擇位）為1時才有效。其數(shù)值就是寄存器地址A5、A4、A3的內(nèi)容，即寄存器的頁號。 18.3 非接觸式IC卡讀寫設(shè)備設(shè)計復(fù)用地址數(shù)據(jù)線方式下的寄存器地址 當(dāng)使用復(fù)用地址數(shù)據(jù)線方式時，地址可以采用頁模式或線性地址這兩種方式。如下表： 嵌入式應(yīng)用技術(shù)基礎(chǔ)教程課件寄存器訪問方式是否使用頁選擇寄存器地址頁模式1PageSelect2PageSelect1PageSelect0AD2AD1AD0線性地址0AD5AD4AD3AD2AD1AD0 使用頁模式時，頁選擇寄存器的使用頁選擇位有效，頁選擇位確定頁號，復(fù)用地址數(shù)據(jù)線上的AD0AD2確定是該頁中的第幾個寄存器。MF RC500每次復(fù)位后，其頁選擇寄存器默

20、認(rèn)值為$80，即默認(rèn)使用頁模式。 使用線性地址時，應(yīng)先使頁選擇寄存器的UsePageSelect位為0，確認(rèn)不使用頁選擇模式，地址組成就是由復(fù)用地址數(shù)據(jù)線上的AD0AD5確定。18.3 非接觸式IC卡讀寫設(shè)備設(shè)計讀、寫MF RC500寄存器步驟：嵌入式應(yīng)用技術(shù)基礎(chǔ)教程課件讀MF RC500寄存器的程序流程圖開始ALE:10,鎖存無效數(shù)據(jù)口地址上線NCS:10,片選選中數(shù)據(jù)口方向改為輸入數(shù)據(jù)口內(nèi)部上拉NRD:10,讀信號線有效讀數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)口NRD:01,讀信號線無效NCS: 01，片選無效ALE:01，地址鎖存結(jié)束初始化數(shù)據(jù)口方向為輸出寫MF RC500寄存器的程序流程圖開始ALE: 01，地址

21、鎖存地址上線ALE:10,鎖存無效NCS: 10,片選選中NWR:10,寫信號線有效數(shù)據(jù)上線NWD:01,寫信號線無效NCS: 01，片選無效結(jié)束初始化數(shù)據(jù)口方向為輸出18.3 非接觸式IC卡讀寫設(shè)備設(shè)計2）讀寫RC500的FIFO緩沖區(qū) MF RC500內(nèi)部有64字節(jié)的FIFO（First In First Out,先進先出）緩沖區(qū)，是MCU與RC500之間輸入和輸出數(shù)據(jù)流的緩存。緩沖區(qū)中數(shù)據(jù)的流向按照先進先出的順序進行。 FIFO緩沖區(qū)的一個重要作用就是傳遞執(zhí)行MF RC500命令時需要的參數(shù)。當(dāng)MCU啟動一個命令操作時，MF RC500到FIFO緩沖區(qū)去取得執(zhí)行這個命令的參數(shù)。實際中只有一個FIFO緩沖區(qū)，而對緩沖區(qū)的訪問有讀入和取出兩個方向。 與FIFO緩沖區(qū)狀態(tài)關(guān)系緊密的寄存器有： FIFO緩沖區(qū)數(shù)據(jù)寄存器：FIFOData FIFO緩沖區(qū)數(shù)據(jù)長度寄存器：FIFOLength FIFO緩沖區(qū)大小寄存器：FIFOL