基于SLE4442加密存储卡的汽车行驶记录仪中驾驶员身份识别系统设计

　　引言
　　近年来，随着经济的发展以及人们生活水平的提高，小汽车越来越多的走进了人们的生活。但是，交通事故频发，汽车驾驶安全又成为一个问题。汽车行驶记录仪的使用对遏止疲劳驾驶和车辆超速等交通事故，约束驾驶员的不良行驶行为，保障车辆运行安全，规范车辆管理都具有重要作用。规范驾驶员行为，作为汽车行驶记录仪的基本功能之一，它首先应该能够准确识别驾驶员的身份。使用汽车行驶记录仪的单位应当为每个驾驶员配置IC卡，而驾驶员出车时再用IC卡登陆。该记录仪主要通过读取IC卡来确认驾驶员的唯一身份。而PC管理软件中的IC卡管理模块则主要用来给驾驶员的IC卡进行合法身份注册，使用单位可以编辑卡中驾驶员的身份信息，包括擦除、写人和读取等功能。
　　1设计方案的选择
　　目前汽车行驶记录仪采用的驾驶员身份识别方式主要有非接触式IC卡识别和接触式IC卡识别两种方式。
　　非接触式IC卡识别系统的凄写过程通常由非接触式IC片和读写设备问的无线电波来完成。非接触式lC卡识别方式的操作过程比较简单，但是抗干扰能力相对较弱，且成本较高。
　　接触式IC卡识别系统中的CPU一旦探测到有IC卡插入，则立即通过卡的I/O口读取数据，接着进行程序的判断和处理。当确定为合法的IC驾驶员IC卡后，再按照协议凄取驾驶员信息。该接触式IC卡存储量大，凄写机构造价便宜，维护比较方便。
　　本设计中考虑到汽车行驶记录仪的应用环境较为复杂，而非接触式IC卡容易受汽车点火的电磁干扰，而且驾驶员身份数据的存储量不人，所以，本设计选择方案二的接触式IC卡识别方式来进行设汁。
　　2 驾驶员身份识别系统的硬件设计
　　2.1 IC卡芯片的选择
　　目前用于IC卡的通用存储器芯片多为EEPROM，其常用的协议主要有两线串行连接协议(I⒉C) 和二三线串行连接协议。逻辑加密存储卡可采用密码控制逻辑来控制对EEPROM存储器的访问和改写，因此，它不像存储卡一样可以被任意的复制或改写。设计中，由于驾驶员身份识别要求安全保密，所以，本设计选择西门子公司设计的逻辑加密存储卡SLE4442来作为IC卡存储芯片。
　　SLE4442 具有2KB的存储容量和完全独立的可编程加密代码(PSC，Programmable security code)存储器。其内部的电压提升电路可保证芯片以单+5V电压工作，而其较大的存储容量则能够满足通常应用领域的各种要求。因此，SLE4442是目前国内应用较多的一种IC卡芯片。
　　SLE4442卡芯片的主要特点如下：
　　◇采用多存储器结构，主要包括三个存储器：256x8位的EEl，ROM型主存储器、32xl位的PROM型保护存储器和4x8位的EEPROM型加密存储器：
　　◇采用2线连接协议，串行接口满足IS07816同步传输协议;
　　◇采用NMOS工艺技术，每个字节的写入，擦除编程时间为2 5 ms;
　　◇具有至少104次的写入，擦除周期，数据保持时间至少10年。
　　


　　SLE4442存储芯片的引出端分布如图1所示，表1所列是其引脚功能描述。
　　


　　2.2 IC卡硬件接口电路
　　SLE4442为2线连接总线方式，其中I/O是串行数据线，该引脚为开漏极驱动，可双向传输数据，主要用于地址数据的输人和数据的输出。CLK脚则为时钟，为器件数据传输的同步时钟信号。本汽车行驶记录仪中的微控制器采用S3C2410，该微控制器内含I2C总线控制器，可以方便的与各种带有I⒉C 接口的器件相连接。设计中，主控制器的ⅡCSDA、ⅡCSCL和RESET分别接IC卡的I/O、CLK和RST，其总线受微控器控制，并可由程序控制产生串行时钟以控制总线的存取，进而发送START和STOP信号。SLE4442与S3C2410的接口电路图如图2所示。
　　


　　3 IC卡的I2C传送协议
　　心传送协议是接口设备与IC卡集成电路之间的两线连接协议，SLE4442芯片l/O线上数据变化只在CLK信号的下降沿有效。
　　I2C传进协议包括复位和复位响应、命令模式、输出数据模式和处理模式等4种模式。
　　3.1 复位和复位响应
　　复位响应是根据ISO/IEC 7816-3 (ATR)标准来进行的，在操作期间的任意时刻都可以复位。开始，地址计数器随一个时钟脉冲而被设置为O。当RST线从高状态(H状态)变为低状态(L状态)时，第一个数据位(LSB)的内容将被送到I/O上。若连续输入32个时钟脉冲，则主存储器中的前4个字节地址单元中的内容将被读出。而在第33个时钟脉冲的下降沿，I/O线被置高而关闭。在复位响应期间，“启动”和“停止”状态都被忽略。
                               
                　　3 2命令模式
　　复位响应以后，芯片将等待命令。每条命令都以一个“启动状态”开始。整个命令包括3个字节。随后紧跟一个附加脉冲并用一个“停止状态”来结束操作。在cLK为高状态期间，I/O线的下降沿为启动信号：在cLK为高状态期间，I/O线的上升沿为停止信号。
　　3.3 输出数据模式
　　在这一模式下，IC卡芯片将发送数据给外部接口设备。在第一个CLK脉冲的下降沿，I/O线上的第一位数据变为有效。当所需要的最后一个数据送出以后，还需要再附加一个时钟脉冲来把I/O线置成高阻状态(Z状态)，以准备接收新的命令。在输出数据期间，任何“启动状态”和“停止状态”均被屏蔽。
　　3.4 数据处理模式
　　在数据处理模式下，系统将对IC卡芯片进行内部处理。在整个处理过程中，I/O线被锁定成低状态，任何“启动状态”和“停止状态”均将被屏蔽。
　　4 系统软件设计
　　SLF4442 芯片的每条操作命令都包含3个字节，其排列顺序和操作格式如表2所列，命令的传送总是从控制字节开始，首先传送字节的最低位LSB (即B0位)，控制字节传送完毕之后，依次传送地址字节和数据字节，均为低位在前。在最后一位(D7)传送完成之后，需要增加一个附加时钟脉冲来把I/O 线置成高状态。
　　


　　


　　驾驶员的身份信息存储在IC卡的主存储器后的224个字节(应用数据区)，共占用83字节，其余字节为0。地址从32(20H)-255(FFH)，这部分的数据读出不受限制，但擦除和写入需要校验密码，校验密码成功后，芯片的加密控制逻辑才会打开芯片的主存储器，以允许后面的擦除和写入操作。其信息存储格式如表3所列。图3所示是系统的主程序流程图。
　　


　　5 结束语
　　SLE4442作为IC卡存储芯片，能够方便的与带有I⒉C总线的微控制器相连，而且具有读写机构造价便宜，安全保密，使用灵活，电路设计简单，维护方便，抗干扰能力强等特点，十分适合汽车行驶记录仪的工作环境和特点，因此，在汽车行驶记录仪中具有很好的应用价值。