基于ARM的SIM卡检测系统的研究

随着现代社会科学技术的发展，人们对于移动产品的便携性和便利性和高效性的要求越来越高。SIM卡作为智能卡中特殊的一种，采用标准的接触式IC卡，符合IS07816标准规范，它沿袭了智能卡在安全中的特色，在移动商务中扮演着很重要的角色。因此SIM卡的应用范围也变得越来越广，可以应用于金融、便捷支付等高端应用领域。但是对于已经投放到市场上的卡片，运营商对于鉴别是哪个供应商供应的产品比较困难，而且对于供应商自己来说对于自己生产的卡片进行质量检测也是十分必要的。鉴于ARM的高性价比，本文采用一种基于ARM7TDMI内核的CPU STR711FR2作为处理器作为系统核心，设计一款SIM卡读卡系统，它可以兼容符合7816协议的A，B，C 3种卡片，用来读出被芯片固化在芯片内部的信息，以便来确认芯片的生产商以及对芯片实现质量检测。

1 系统结构
读卡系统主要由读卡模块、串口通信模块、USB通信模块、JTAC下载调试模块以及相应的时钟和复位电路模块和上层软件组成。主控电路由ST公司的STR711FR2及其外围电路构成，主要实现对命令的发送和对收到的数据进行传输和处理。系统采用接触式的工作方式，把芯片插入到接口插槽中，通过主控芯片发送指令完成对卡片数据的读取，再把得到数据通过串口通信模块把数据传输到PC机上，通过上层软件对所接收到的数据进行处理和判断，再把结果在PC机上面显示。系统结构如图1所示。

2 硬件平台设计
2．1 平台构架
STR711FR2是ST公司的一款基于ARM7TDMI内核、高性能、低成本、低功耗的微控制器。它内嵌256+16 k的Flash以及64 k的RAM，具有丰富的外设：如智能卡ISO-7816-3接口、USB 2．0接口以及UART接口和丰富的IO接口等。
本系统STR711FR2作为主处理器，使用USB接口用来给系统供电，同时作为备用数据通道；JTAG接口用来给系统进行调试和下载固件；78 16智能卡接口作为插卡口；串口等用来传输读到的数据。系统由USB接口供电；STR711FR2由外部提供4 M晶振提供时钟，32．768 k晶振作为辅助时钟同时提供给内部的实时时钟。STR711FR2与LTC1955之间通过串口发送不同的指令，来判断插入卡片的类型，以便产生卡片相应的电压，然后发命令把数据读出来，再通过串口通信模块把数据传输到PC机上面显示。硬件平台构架如图2所示。

2．2 电源部分
USB接口部分电源电压为5 V，最大电流可以达到500 mA，系统中的MCU和Reader是两个主要的耗能元器件，其中STR711FR2满负荷工作电流为200mA，LTC1955满负荷工作电流不超过为100 mA。LTC1955以及STR711FR2额定电压为3．3 V，因此需要将5 V转换成3．3 V电压，转换芯片采用ASM1117S33。经过转换之后系统完全可以使用USB进行供电。另外STR711FR2支持USB2．0传输协议，所以可以将USB的差分线用1．5kΩ的电阻进行弱上托，分别与主MCU的42脚和43脚相连。以此来支持USB的高速传输模式，因此此部分也可以作为备用的数据传输通道。电路如图3所示。

2．3 7816接口部分
SIM卡的引脚定义符合ISO7816带触电集成电路卡规范，它实际上是一个装有微处理器的芯片卡，包括5个模块并且具有机卡分离接口，通信安全可靠成本较低。其中C1脚是电源VCC、C2脚为复位RST、C3脚为时钟CLK、C4脚不接、C5脚为接地GND、C6脚编程电压VPP、C7脚为数据I／O口、C8脚不接。除了C4和C8脚已被国际标准组织扩展为新一代高速SIM卡接口，C6高压编程引脚已经失去作用，因为SIM卡可以不必外部提供VPP信号即可在内部实现EEPROM的擦写功能。
7816接口部分采用Linear公司的专用芯片LTC1955，LTC1955支持ISO7816-3协议，具有很好的电源管理和控制能力，具有串行数据接口，可以通过它进行数据控制和状态控制，能够在出现电气错误的时候实现自动的掉电。内置电压崩，能够产生1．8 V、3 V以及5 V电压，因此能够兼容7816的A，B，C3种卡。卡片接口能够通过自动震荡电路产生的侦测通道自动侦测卡片类型，串口根据侦测到的信息发送命令可以实现卡片类型的选择，不同命令状态位可以选择不同类型的卡。本系统设计只采用了一个B卡插槽，芯片的32脚和31脚分别为同步和非同步引脚，分别于主控芯片的P1．8和P1．9脚连接．通过中控IO发送同步和非同步的命令，来选择传输模式。数据脚DATA与主控芯片的P1．15脚相接，用来传送接收到的数据，RIN复位脚信息通过主控芯片的P1．14控制发送。电路设计如图4所示。

2．4 UART部分
通信接口是系统与外界进行信息交互的通道和桥梁，因此通信接口的设计在系统中是必不可少的，通过目前主流的儿种通信方式设计比较，本系统采用了UART方式。UART电路的关键是实现STR711FR2与PC电平匹配，PC机电平是12 V而STR711FR2的电平为3．3 V，这就需要进行电平转换，目前此类电平转换芯片有很多，如MAX3232及ST3232等等，本系统采用MAX3232芯片进行转换，MAX3232不仅能保证主机需要，而且单一3．3 V供电，可以同时实现发送转换和接受转换功能。芯片提供了2个UART通道，可以接2个RS3232，本系统只采用一个UART，只用选择第一个通道，另外一个不接。其电路设计如图5。