移动支付NFC-SWP方案在SIM卡中的实现方法（三）

3 SWP连接方案在SIM卡中的设计

　　3.1 系统结构

　　大容量SIM卡是一种支持大容量存储、高速传输、具有新型应用的智能卡。我们研发的大容量SIM卡项目基于ARM Secure Core SC100内核，采用 AHB（高性能总线）+APB（高级外设总线）总线结构。AHB总线提供高速的数据传输，它连接SIM卡内部存储器和高速外部接口（USB接口）。APB总线通过桥接器与AHB总线相连，SIM卡的低速接口（SWP接口、ISO7816接口）挂靠在外设总线上。

　　3.2 硬件设计

　　SWP硬件设计基于SWP标准，即ETSI（欧洲电信标准协会）制订的的TS 102 613。SWP控制器和SWP接口共同组成了SWP方案的硬件设备。SWP控制器负责处理物理层和数据链路层逻辑。图4为硬件实现数据链路层逻辑时SIM卡内部SWP控制器的结构图。

　　图4 SWP控制器结构图

　　3.2.1 接收数据设计

　　在SIM卡和NFC芯片通信期间，SWP控制器在激活、挂起、去激活三种状态间切换。交换数据时，处于激活状态。Rx 解码器不停地检测Si信号，并将来自NFC芯片的单位数据解析为字节输出。Frame resolve分析接收到的每一字节的数据，若为7E（帧头），则继续接收数据，直到接收到7F（帧尾），表明SWPC接收到一帧完整的数据。Frame resolve进一步解析接收到的数据帧，首先根据MAC协议剥离帧头和帧尾，然后根据接收方的生成多项式对数据帧进行校验。如果数据正确，则识别出SHDLC数据帧的类型并作相应处理；如果数据错误，则发送拒收帧，要求对方重新发送。对于正确的信息帧，SWP控制器提取信息帧的信息数据（包）写入RX FIFO，并根据接收到的数据帧的字节个数设置控制器的状态寄存器。SWP控制器每接收一帧数据就发起一个硬件中断。

　　3.2.2 发送数据设计

　　SWP控制器发送数据和接收数据是相反的过程。如果上层应用有数据要发送时，会把数据写入TX FIFO。TX FIFO一旦检测到FIFO有数据，就启动发送模块把数据从TX FIFO中取出，经Frame assemble按照SWP协议的SHDLC协议组装信息帧，添加帧头、帧尾、校验码。把生成的MAC帧数据交给Tx编码器，完成输出数据的物理层组装，将数据转换成单个位电平输出。

　　3.3 软件驱动设计

　　SWP软件设计基于SWP标准和HCP（主机控制协议）标准。HCP标准是SWP协议之上的标准协议，定义了数据链路层之上的协议层——HCP路由层、HCP消息层以及应用层。底层SWP协议和上层HCP协议组成的协议栈共同完成NFC芯片与UICC通信的完整协议。

　　在大容量SIM卡中采用SWP方案，要实现ISO7816协议栈和SWP协议栈。SIM卡的操作系统使用μC/OS。μC/OS是一种结构小巧、抢占式的实时操作系统。其内核提供任务调度和管理、时间管理、任务同步和通信、内存管理和中断服务等功能。在软件系统中，SWP软件模块是μC/OS的任务之一。

　　SWP任务依靠硬件中断驱动，SWP任务没有被激活前，一直处于等待中断的状态。通过SWP接口通信时，一旦检测到存在射频场，NFC芯片便被激活。NFC芯片发送Si信号给SIM卡，SIM卡检测到Si电压信号后，触发si_act中断通知软件做好准备通信。此时，软件设置通信参数，然后等待硬件建立物理链路成功的中断。如果接收到init_sync中断，软件开始设置SHDLC协议的滑动窗口大小M，等待建立SHDLC链路的中断。这个中断带有NFC芯片SHDLC层的滑动窗口的参数N。若M≥N，则SWP任务修改自己的滑动窗口大小为N，然后发送确认帧，这样便建立了SHDLC链路；若M＜N，SWP任务发送带有自己窗口参数的RESET帧给NFC芯片，继续协商滑动窗口大小。

　　SHDLC链路建立成功后，SWP任务等待信息帧中断。接收到信息帧中断，根据硬件写入的状态寄存器的接收字节数从RX FIFO中读取数据，然后由软件解析收到的数据包；通过HCP的路由层把数据包递交给应用层，应用层根据消息的类型进行相应的处理。

　　结语

　　本文提出一种SWP连接方案，并在大容量SIM卡中加以实现。SWP接口的硬件和软件设计方法，对于近距离通信技术应用于其他移动支付具有一定借鉴意义；同时，在SIM卡中实现SWP接口，也促进了SIM卡技术的发展。