基于DSP的非接触IC卡控制系统的设计

摘要：随着非接触IC卡控制系统的应用规模不断扩大，传统的以单片机为核心处理器的控制系统已经渐渐不能满足大容量非接触IC卡系统发展的要求。为了扩大非接触IC卡控制系统的存储容量、提高非接触式IC卡控制系统的处理速度，文中提出一种基于DSP芯片的快速控制系统设计思想，给出了系统的实行方案。实际应用结果表明，系统运行稳定、实时性好、成本较低、方案可行。

随着射频技术的不断发展，无线通信领域越来越受到人们的重视，而作为无线通信领域中的非接触IC卡已经是随处可见了。如：公交车的公交卡，食堂里的饭卡，俱乐部里的健身卡等等，几乎涉及到了我们生活中的各个领域。一般来说，小规模的、成熟的非接触IC卡系统以单片机为核心处理器，传输网络为RS485／422或者CAN总线，这样的系统结构具有控制功能强大、价格便宜、易于开发设计等优点，因此成为各种小规模非接触IC卡系统的首选方案。但由于单片机的运算速度、存储空间和指令系统的局限性，在大规模的非接触IC卡的网络系统中，如果继续采用一片单片机为核心处理器，则寻址等待的时间以及数据存储量势必超出系统指标范围。传统的解决办法是增加单片机的数量，将IC卡信息分类存入相应的单片机中。这样虽然可以解决上述问题，但同时也带来了弊端，一方面这将使得整个系统的成本增加，另一方面势必增加了系统的复杂性以及不确定性，给使用者带来了诸多不便。

针对以上情况，本文提出一种基于快速DSP芯片的非接触IC卡控制系统的设计思想。此系统采用DSP芯片代替多个单片机作为核心处理器，利用DSP处理速度的优势，优化了系统的整体性能，同时南于一片DSP的价格也低于多片单片机的总和，因此本系统产品成本也占有优势，在此基础上，采用DSP芯片处理器还能够存储大量的IC卡权限数据。

1 系统架构

系统总体设计图如图1所示，本系统构成了一个典型控制网络，当读卡器MF RC2500处于检测终端的磁场范围之内时，将会接收外部信号的射频脉冲，同时从接收到的射频脉冲中解调出信息送到控制器TMS320F2407，控制器TMS320F2407对读卡器MFRC500进行读写操作，将接收到信息进行分析、处理后，经过RS-485／422以半(全)双工通信方式将信号送到服务器中，形成一个总线拓扑结构的控制网络。在系统工作过程中，服务器随时监测控制器的状态，判断控制器的工作情况，检测读卡器的状态。服务器和控制器工作在主从方式下，由服务器发出的控制命令和控制器返回的响应信息通过八芯电缆进行传输。

Philips公司的MF RC500型读卡器是应用于13．56 MHz非接触式通信的高度集成读卡IC系列中的一员。该系列读卡器利用先进的调制和解调概念，完全集成了13．56 MHz下所有类型的被动非接触式通信方式和协议，是本系统实现无线通信的核心模块。MFRC500系列模块支持SO14443TypeA协议的1～4部分和Mifare经典协议，内部发送器部分不需要增加有源电路就能够直接驱动近操作距离的天线，采用CRYPO1加密算法并含有安全的非易失内部密钥存储器。芯片内部集成了模拟调制解调电路，只需最少量的外围电路就可以工作，支持I2C接口，UART接口，SPI接口。特别适用于ISO14443标准下水、电、煤气表、自动售货机、门禁、电梯、饮水机、电话机等计费系统或身份识别系统的读卡器的应用。

2 硬件结构

MF RC500的并行接口可以与具备不同类型并行接口的多种微处理器相连，每次上电复位后，MF RC500都将复位它的并行接口模式，并通过相应引脚的逻辑电平，判定当前微处理器的接口类型，实现与微处理器的同步。本系统采用读写选通分离且地址／数据总线复用的构建方式，连接原理图如图2所示。由图2可以看出本系统采用中断工作模式，即TMS320F2407根据MF RC500提供的中断信息对其进行控制。另外，根据实际情况，系统也可采用查询方式对非接触IC芯片的操作。

MF RC500的地址总线A2，A1和A0始终为011；来自TMS320F2407的复位脚负跳变将复位MF RC500，TMS320F2407的DS脚生成片选信号NCS和脚分别输出读控制信号NRD和写控制信号NWR，A4脚则生成地址锁存信号ALE (TMS320F2407的地址线与数据线是独立的，没有ALE地址的操作，为了能够访问MF RC500，这里通过对I／O引脚的输出编程进行实现)，TMS320F2407的中断引脚INT0与MFRC500的中断引脚直接相连，MF RC500的中断输出将触发TMS320F2407进入相应的中断服务程序中去。

3 软件设计

3．1 通信协议

TMS320F2407控制器与系统服务器通信采用全／半双工方式，按照RS-232／RS-485规定一帧数据的格式以及电平特性，各种命令与返回状态