信息紐扣DS1991在單片機(jī)系統(tǒng)中的應(yīng)用

摘要：Ｄallas公司的iButton產(chǎn)品是一系列１－wire總線新型器件。ＤＳ１９９１是一種加密存儲(chǔ)器型信息紐扣，封裝于直徑為１６mm的不銹鋼外殼中，體積小巧，便于攜帶、保存，防塵、防腐蝕，可以在惡劣的應(yīng)用環(huán)境中實(shí)現(xiàn)帶密碼保護(hù)的數(shù)據(jù)傳送。本文介紹ＤＳ１９９１的特點(diǎn)、工作原理及其帶密碼保護(hù)存儲(chǔ)器區(qū)的讀寫(xiě)方法。

ＤＳ１９９１是Dallas公司的１－wire總線信息紐扣家庭中的一員，是一種加密存儲(chǔ)器型信息紐扣。它內(nèi)部集成了１Kbit是非易失性存儲(chǔ)器及加密保護(hù)邏輯，封裝于直徑為１６mm、厚約６mm的不銹鋼外殼中，何種小巧、操作便捷，防潮、抗震、防灰塵，可在惡劣的環(huán)境中實(shí)現(xiàn)帶密碼保護(hù)的數(shù)據(jù)傳送。

１?。模樱保梗梗钡奶攸c(diǎn)

ＤＳ１９９１是一種很有特色的加密存儲(chǔ)器型ＴＭ卡，為用戶的保密數(shù)據(jù)提價(jià)節(jié)可靠的保護(hù)措施。ＤＳ１９９１內(nèi)部有１１５２位的密碼保護(hù)存儲(chǔ)器區(qū)，５１２位的非密碼保護(hù)存儲(chǔ)器scratchpad。密碼保護(hù)存儲(chǔ)器被分為三個(gè)可獨(dú)立操作的密鑰子存儲(chǔ)器（subkey），每區(qū)為３８４位，每個(gè)密錢(qián)子區(qū)都有自己的６４位密碼及６４位的ＩＤ碼，對(duì)密鑰子區(qū)的讀／寫(xiě)操作均需進(jìn)行密碼驗(yàn)證。三個(gè)區(qū)的數(shù)據(jù)可分別操作，互不干擾。非密碼保護(hù)存儲(chǔ)器區(qū)主要用于加密數(shù)據(jù)的拷貝，以保證數(shù)據(jù)的完整性。

２　ＤＳ１９９１與單片機(jī)硬件接口及軟件設(shè)計(jì)

ＤＳ１９９１與單片機(jī)的硬件接口電路如圖１。

    ＤＳ１９９１與單片機(jī)的接口非常方便，只用１根數(shù)據(jù)線和１根地址。數(shù)據(jù)線由單片機(jī)的１根Ｉ／Ｏ口線控制，口線外接一個(gè)５kΩ的上拉電阻。    ＤＩＯ　　ＢＩＴ　?。校?０ ;引腳定義    RET    DJNZ R6,WRB1

ＤＳ１９９１操作的基礎(chǔ)是１－wire總線的初始化、讀／寫(xiě)１位時(shí)序，如圖２、圖３、圖４和圖５。ＶＰＵＬＬＵＰ為圖１中Ｄ點(diǎn)在口線為輸入狀態(tài)時(shí)的電位。初始化由主機(jī)發(fā)出復(fù)位脈沖。ＤＳ１９９１回復(fù)應(yīng)答脈沖，使主機(jī)了解ＤＳ１９９１存在于總線上并已作好操作準(zhǔn)備。命令和數(shù)據(jù)的各個(gè)字節(jié)由最低有效位起一位一位傳送。子程序ＲＥＳＥＴ、ＲＤＢＹＴＥ和ＷＲＢＹＴＥ分別是初始化、讀／寫(xiě)１字節(jié)的子程序。

 

RESET:CLR DIO ;得位子程序

MOV R7,#205

DELPP1:NOP

DJNZ R7,DELPP1

SETB DIO

MOV R7,#12

DJNZ R7,$

MOV R7,#27

RESETP1:JNB DIO,RESETP2

DJNZ R7,RESETP1

RESRET:SETB DIO

MOV A,#0EH

 

RESETP2:MOV R7,#75

DJNZ R7,$

MOV R7,#54

RESETP4:JB DIO,RESETP5

DJNZ R7,RESETP4

RESETP5:MOV R7,#180

DJNZ R7,$

SETB DIO

MOV A,#0

RET

WRBYTE:MOV R6,#8 ；寫(xiě)１字節(jié)子程序

ＷＲＢ１：ＣＬＲ　ＤＩＯ

ＭＯＶ?。遥罚＃?/p>

ＤＪＮＺ?。遥罚?

RRC A

MOV DIO,C

MOV R7,#30H

DJNZ R7,$

SETB DIO

NOP

NAP

NOP

 

RET

RDBYTE:MOV R6,#8 ；讀１字節(jié)子程序

RDB1:CLR DUO

NOP

NOP

SETB DIO

MOV R7,#3

DJNZ R7,$

MOV C,DIO

RRC A

MOV R7,#32

DJNZ R7,$

SETB DIO

MOV R7,#3

DJNZ R7,$

DJNZ R6,RDB1

RET

3 DS1991激光ＲＯＭ碼、存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)及操作

像所有的１－wire總線器件一樣，主機(jī)必須先進(jìn)行初始化和ＲＯＭ操作，而后才能進(jìn)行讀寫(xiě)ＤＳ１９９１存儲(chǔ)器的操作。

ＤＳ１９９１有一個(gè)自身唯一的工廠刻入的６４位激光ＲＯＭ系列碼。該碼不會(huì)與其它任何一個(gè)１－wire總線器件相重。該碼前８位是１－wire總線家族碼，后４８位是器件唯一的系列碼，最后８位為前５６位數(shù)據(jù)的ＣＲＣ校驗(yàn)碼。ＲＯＭ操作指令建立被訪問(wèn)的１－wire器件與主機(jī)的連接，ＲＯＭ操作指令如表１。ＤＳ１９９１的存儲(chǔ)器映像如圖１。

表1 ROM操作指令

命   令	字  節(jié)	功     能
read ROM	33H	讀取DS1991的ROM系統(tǒng)列碼
Match ROM	55H	總線接多個(gè)器件時(shí)用于尋址特定的器件
Skip ROM	CCH	總線上只有一個(gè)器件時(shí)，跳過(guò)ROM系列碼的匹配而直接進(jìn)行存儲(chǔ)器的訪問(wèn)
Search ROM	F0H	主機(jī)使用該命令讀加器件的ROM系列碼

ＤＳ１９９１的scratchpad和每個(gè)subkey區(qū)都有自己的地址。Scratchpad共６４字節(jié)，不受密碼保護(hù)，主要用于將數(shù)據(jù)拷貝到密鑰子區(qū)。密鑰子區(qū)的００～０７Ｈ為８字節(jié)的該區(qū)ＩＤ碼，０８Ｈ～０ＦＨ為８字節(jié)的該區(qū)密碼，１０Ｈ～３ＦＨ即為密碼保護(hù)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)。

該／寫(xiě)Scratchpad不需要密碼，但拷貝操作必須提供正確的密碼。密碼子區(qū)讀寫(xiě)均受６４位的密碼保護(hù)，保密性大大提高。對(duì)存儲(chǔ)器的操作指令如表２。存儲(chǔ)器操作指令的流程如圖２。

表2 DS1991存儲(chǔ)器操作命令格式

命令	第1字節(jié)	第2字節(jié)								第3 字節(jié)	功   能
		bit7	bit6	bit5	bit4	bit3	bit2	bit1	bit0
寫(xiě)scratchpad	96H	1   1		00H～3FH中的任意值						第2字節(jié)取反	將數(shù)據(jù)寫(xiě)入scratchpad
讀scratchpad	69H										從scratchpa讀出數(shù)據(jù)
拷貝scratchpad	3CH	Subke區(qū)號(hào) 0    0或 0    1或 1    0		0	0	0	0	0	0		將數(shù)據(jù)塊從scratchpa拷貝到指定的subkey
讀subkey	66H			10H～3FH中的任意值							將數(shù)據(jù)寫(xiě)入subkey
寫(xiě)subkey	99G										從subkey中讀取數(shù)據(jù)
寫(xiě)密碼	5AH			0	0	0	0	0	0		將密碼和ID碼寫(xiě)入subkey

４?。模樱保梗梗贝鎯?chǔ)器的讀寫(xiě)程序

主機(jī)讀寫(xiě)ＤＳ１９９１的存儲(chǔ)器由３個(gè)步驟組成：初始化、ＲＯＭ操作和存儲(chǔ)器讀寫(xiě)。

下面的程序采用寫(xiě)ＳＵＢＹＫＥＹ命令將ＲＡＭ　４０Ｈ～４７Ｈ單元數(shù)據(jù)寫(xiě)入subkey 0區(qū)的１０Ｈ～17Ｈ，并用讀ＳＵＢＫＥＹ命令將該內(nèi)容讀回，存放ＲＡＭ。５０Ｈ～５７Ｈ，該區(qū)的密碼和ＩＤ碼存放在程序的表格中。

；將ＲＡＭ４０Ｈ～４７Ｈ單元內(nèi)容寫(xiě)入

；subkey

WRSUBKEY:LCALL RETSET

MOV R2,#99H

MOV R0,#10H

LCALL WRCOM

LCALL IDPASS

MOV R1,#40H

MOV R4,#8

REWRSUB:MOV A,@R1

LCALL WRBYTE

INC R1

DJNZ R4,REWRSUB

LCALL RESET

RET

;讀subkey存入ＲＡＭ４０Ｈ～４７Ｈ

ＲＤＳＵＢＫＥＹ：ＬＣＡＬＬ?。遥牛樱牛?/p>

ＭＯＶ　Ｒ２，＃６６Ｈ

ＭＯＶ　Ｒ０，＃１０Ｈ

ＬＣＡＬＬ　ＷＲＣＯＭ

ＬＣＡＬＬ?。桑模校粒樱?/p>

ＭＯＶ　Ｒ１，＃４０Ｈ

ＭＯＶ　Ｒ４，＃８

ＲＥＲＤＳＵＢ：ＬＣＡＬＬ　ＲＤＹＢＴＥ

ＭＯＶ　@R1,A

INC R1

DJNZ R4,RERDSUB

LCALL RESET

RET

IDPASS:MOV R4,#8

MOV R1,#50H

RERD1:LCALL RDBYTE

MOV @R1,A

INC R1

DJNZ R4,RERD1

MOV R4,#8

CLR A

MOV DPTR,#PSTAB

REWR1:MOVC A,@A+DPTR

LCALL WRBYTE

INC A

DJNZ R4,REWR1

RET

IDTAB:DB10H,00H,00H,00H,

DB 00H,00H,00H,00H

PSTAB:DB12H,34H,56H,78H,DB12H,34H,56H,78H

WRCOM:MOV A,#33H

LCALL WRBYTE

MOV R4,#8

RDROM1:LCALL RDBYTE

DJNZ R4,RDROM1

MOV A,R2

LCALL WRBYTE

MOV A,R0

LCALL WRBYTE

MOV A,R0

CPL A

LCALL WRBYTE

RET

圖7

結(jié)語(yǔ)

ＤＳ１９９１的密碼保護(hù)存儲(chǔ)器區(qū)為用戶提供高可靠的數(shù)據(jù)保護(hù)措施。本文提供的ＤＳ１９９１與單片機(jī)接口的軟硬件設(shè)計(jì)，已在信息紐扣卡型公用電表系統(tǒng)中應(yīng)用。    摘要：Ｄallas公司的iButton產(chǎn)品是一系列１－wire總線新型器件。ＤＳ１９９１是一種加密存儲(chǔ)器型信息紐扣，封裝于直徑為１６mm的不銹鋼外殼中，體積小巧，便于攜帶、保存，防塵、防腐蝕，可以在惡劣的應(yīng)用環(huán)境中實(shí)現(xiàn)帶密碼保護(hù)的數(shù)據(jù)傳送。本文介紹ＤＳ１９９１的特點(diǎn)、工作原理及其帶密碼保護(hù)存儲(chǔ)器區(qū)的讀寫(xiě)方法。

    關(guān)鍵詞：iButton信息紐扣　１－Ｗire總線　單片機(jī)

ＤＳ１９９１是Dallas公司的１－wire總線信息紐扣家庭中的一員，是一種加密存儲(chǔ)器型信息紐扣。它內(nèi)部集成了１Kbit是非易失性存儲(chǔ)器及加密保護(hù)邏輯，封裝于直徑為１６mm、厚約６mm的不銹鋼外殼中，何種小巧、操作便捷，防潮、抗震、防灰塵，可在惡劣的環(huán)境中實(shí)現(xiàn)帶密碼保護(hù)的數(shù)據(jù)傳送。

１　ＤＳ１９９１的特點(diǎn)

ＤＳ１９９１是一種很有特色的加密存儲(chǔ)器型ＴＭ卡，為用戶的保密數(shù)據(jù)提價(jià)節(jié)可靠的保護(hù)措施。ＤＳ１９９１內(nèi)部有１１５２位的密碼保護(hù)存儲(chǔ)器區(qū)，５１２位的非密碼保護(hù)存儲(chǔ)器scratchpad。密碼保護(hù)存儲(chǔ)器被分為三個(gè)可獨(dú)立操作的密鑰子存儲(chǔ)器（subkey），每區(qū)為３８４位，每個(gè)密錢(qián)子區(qū)都有自己的６４位密碼及６４位的ＩＤ碼，對(duì)密鑰子區(qū)的讀／寫(xiě)操作均需進(jìn)行密碼驗(yàn)證。三個(gè)區(qū)的數(shù)據(jù)可分別操作，互不干擾。非密碼保護(hù)存儲(chǔ)器區(qū)主要用于加密數(shù)據(jù)的拷貝，以保證數(shù)據(jù)的完整性。

２　ＤＳ１９９１與單片機(jī)硬件接口及軟件設(shè)計(jì)

ＤＳ１９９１與單片機(jī)的硬件接口電路如圖１。

    ＤＳ１９９１與單片機(jī)的接口非常方便，只用１根數(shù)據(jù)線和１根地址。數(shù)據(jù)線由單片機(jī)的１根Ｉ／Ｏ口線控制，口線外接一個(gè)５kΩ的上拉電阻。    ＤＩＯ　　ＢＩＴ　?。校?０ ;引腳定義    RET    DJNZ R6,WRB1

ＤＳ１９９１操作的基礎(chǔ)是１－wire總線的初始化、讀／寫(xiě)１位時(shí)序，如圖２、圖３、圖４和圖５。ＶＰＵＬＬＵＰ為圖１中Ｄ點(diǎn)在口線為輸入狀態(tài)時(shí)的電位。初始化由主機(jī)發(fā)出復(fù)位脈沖。ＤＳ１９９１回復(fù)應(yīng)答脈沖，使主機(jī)了解ＤＳ１９９１存在于總線上并已作好操作準(zhǔn)備。命令和數(shù)據(jù)的各個(gè)字節(jié)由最低有效位起一位一位傳送。子程序ＲＥＳＥＴ、ＲＤＢＹＴＥ和ＷＲＢＹＴＥ分別是初始化、讀／寫(xiě)１字節(jié)的子程序。

 

RESET:CLR DIO ;得位子程序

MOV R7,#205

DELPP1:NOP

DJNZ R7,DELPP1

SETB DIO

MOV R7,#12

DJNZ R7,$

MOV R7,#27

RESETP1:JNB DIO,RESETP2

DJNZ R7,RESETP1

RESRET:SETB DIO

MOV A,#0EH

 

RESETP2:MOV R7,#75

DJNZ R7,$

MOV R7,#54

RESETP4:JB DIO,RESETP5

DJNZ R7,RESETP4

RESETP5:MOV R7,#180

DJNZ R7,$

SETB DIO

MOV A,#0

RET

WRBYTE:MOV R6,#8 ；寫(xiě)１字節(jié)子程序

ＷＲＢ１：ＣＬＲ　ＤＩＯ

ＭＯＶ?。遥?，＃２

ＤＪＮＺ?。遥罚?

RRC A

MOV DIO,C

MOV R7,#30H

DJNZ R7,$

SETB DIO

NOP

NAP

NOP

 

RET

RDBYTE:MOV R6,#8 ；讀１字節(jié)子程序

RDB1:CLR DUO

NOP

NOP

SETB DIO

MOV R7,#3

DJNZ R7,$

MOV C,DIO

RRC A

MOV R7,#32

DJNZ R7,$

SETB DIO

MOV R7,#3

DJNZ R7,$

DJNZ R6,RDB1

RET

3 DS1991激光ＲＯＭ碼、存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)及操作

像所有的１－wire總線器件一樣，主機(jī)必須先進(jìn)行初始化和ＲＯＭ操作，而后才能進(jìn)行讀寫(xiě)ＤＳ１９９１存儲(chǔ)器的操作。

ＤＳ１９９１有一個(gè)自身唯一的工廠刻入的６４位激光ＲＯＭ系列碼。該碼不會(huì)與其它任何一個(gè)１－wire總線器件相重。該碼前８位是１－wire總線家族碼，后４８位是器件唯一的系列碼，最后８位為前５６位數(shù)據(jù)的ＣＲＣ校驗(yàn)碼。ＲＯＭ操作指令建立被訪問(wèn)的１－wire器件與主機(jī)的連接，ＲＯＭ操作指令如表１。ＤＳ１９９１的存儲(chǔ)器映像如圖１。

表1 ROM操作指令

命   令	字  節(jié)	功     能
read ROM	33H	讀取DS1991的ROM系統(tǒng)列碼
Match ROM	55H	總線接多個(gè)器件時(shí)用于尋址特定的器件
Skip ROM	CCH	總線上只有一個(gè)器件時(shí)，跳過(guò)ROM系列碼的匹配而直接進(jìn)行存儲(chǔ)器的訪問(wèn)
Search ROM	F0H	主機(jī)使用該命令讀加器件的ROM系列碼

ＤＳ１９９１的scratchpad和每個(gè)subkey區(qū)都有自己的地址。Scratchpad共６４字節(jié)，不受密碼保護(hù)，主要用于將數(shù)據(jù)拷貝到密鑰子區(qū)。密鑰子區(qū)的００～０７Ｈ為８字節(jié)的該區(qū)ＩＤ碼，０８Ｈ～０ＦＨ為８字節(jié)的該區(qū)密碼，１０Ｈ～３ＦＨ即為密碼保護(hù)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)。

該／寫(xiě)Scratchpad不需要密碼，但拷貝操作必須提供正確的密碼。密碼子區(qū)讀寫(xiě)均受６４位的密碼保護(hù)，保密性大大提高。對(duì)存儲(chǔ)器的操作指令如表２。存儲(chǔ)器操作指令的流程如圖２。

表2 DS1991存儲(chǔ)器操作命令格式

命令	第1字節(jié)	第2字節(jié)								第3 字節(jié)	功   能
		bit7	bit6	bit5	bit4	bit3	bit2	bit1	bit0
寫(xiě)scratchpad	96H	1   1		00H～3FH中的任意值						第2字節(jié)取反	將數(shù)據(jù)寫(xiě)入scratchpad
讀scratchpad	69H										從scratchpa讀出數(shù)據(jù)
拷貝scratchpad	3CH	Subke區(qū)號(hào) 0    0或 0    1或 1    0		0	0	0	0	0	0		將數(shù)據(jù)塊從scratchpa拷貝到指定的subkey
讀subkey	66H			10H～3FH中的任意值							將數(shù)據(jù)寫(xiě)入subkey
寫(xiě)subkey	99G										從subkey中讀取數(shù)據(jù)
寫(xiě)密碼	5AH			0	0	0	0	0	0		將密碼和ID碼寫(xiě)入subkey

４　ＤＳ１９９１存儲(chǔ)器的讀寫(xiě)程序

主機(jī)讀寫(xiě)ＤＳ１９９１的存儲(chǔ)器由３個(gè)步驟組成：初始化、ＲＯＭ操作和存儲(chǔ)器讀寫(xiě)。

下面的程序采用寫(xiě)ＳＵＢＹＫＥＹ命令將ＲＡＭ?。矗埃取矗罚葐卧獢?shù)據(jù)寫(xiě)入subkey 0區(qū)的１０Ｈ～17Ｈ，并用讀ＳＵＢＫＥＹ命令將該內(nèi)容讀回，存放ＲＡＭ。５０Ｈ～５７Ｈ，該區(qū)的密碼和ＩＤ碼存放在程序的表格中。

；將ＲＡＭ４０Ｈ～４７Ｈ單元內(nèi)容寫(xiě)入

；subkey

WRSUBKEY:LCALL RETSET

MOV R2,#99H

MOV R0,#10H

LCALL WRCOM

LCALL IDPASS

MOV R1,#40H

MOV R4,#8

REWRSUB:MOV A,@R1

LCALL WRBYTE

INC R1

DJNZ R4,REWRSUB

LCALL RESET

RET

;讀subkey存入ＲＡＭ４０Ｈ～４７Ｈ

ＲＤＳＵＢＫＥＹ：ＬＣＡＬＬ　ＲＥＳＥＴ

ＭＯＶ?。遥玻＃叮叮?/p>

ＭＯＶ?。遥?，＃１０Ｈ

ＬＣＡＬＬ?。祝遥茫希?/p>

ＬＣＡＬＬ?。桑模校粒樱?/p>

ＭＯＶ?。遥保＃矗埃?/p>

ＭＯＶ?。遥矗＃?/p>

ＲＥＲＤＳＵＢ：ＬＣＡＬＬ　ＲＤＹＢＴＥ

ＭＯＶ　@R1,A

INC R1

DJNZ R4,RERDSUB

LCALL RESET

RET

IDPASS:MOV R4,#8

MOV R1,#50H

RERD1:LCALL RDBYTE

MOV @R1,A

INC R1

DJNZ R4,RERD1

MOV R4,#8

CLR A

MOV DPTR,#PSTAB

REWR1:MOVC A,@A+DPTR

LCALL WRBYTE

INC A

DJNZ R4,REWR1

RET

IDTAB:DB10H,00H,00H,00H,

DB 00H,00H,00H,00H

PSTAB:DB12H,34H,56H,78H,DB12H,34H,56H,78H

WRCOM:MOV A,#33H

LCALL WRBYTE

MOV R4,#8

RDROM1:LCALL RDBYTE

DJNZ R4,RDROM1

MOV A,R2

LCALL WRBYTE

MOV A,R0

LCALL WRBYTE

MOV A,R0

CPL A

LCALL WRBYTE

RET



結(jié)語(yǔ)

ＤＳ１９９１的密碼保護(hù)存儲(chǔ)器區(qū)為用戶提供高可靠的數(shù)據(jù)保護(hù)措施。本文提供的ＤＳ１９９１與單片機(jī)接口的軟硬件設(shè)計(jì)，已在信息紐扣卡型公用電表系統(tǒng)中應(yīng)用。