ST7267單片機(jī)與SIM卡的接口設(shè)計(jì)

    隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，手機(jī)逐漸成為現(xiàn)代社會(huì)必不可少的工具。但是，一旦手機(jī)丟失，存在SIM卡內(nèi)的資料也就丟失了，因而造成了很多不必要的麻煩。為了保存這些重要的資料，在電腦上做必要的備份顯得十分重要了。本文利用ST7267單片機(jī)的GPIO端口，實(shí)現(xiàn)了對(duì)SIM卡的讀寫(xiě)。

1 硬件電路的設(shè)計(jì)
1.1 ST7267單片機(jī)概述
    ST7267具有USB2．O的硬件接口，大容量存儲(chǔ)控制接口可以支持各種類型的NAND Flash。具有54 KB的ROM和4KB的RAM空間。
1.2 SIM卡接口電路
    SIM卡引腳功能的定義如表1所列。

    ST7267單片機(jī)與SIM卡的接口電路如圖1所示。該電路主要由外圍有源晶體Y2提供4MHz、穩(wěn)定的時(shí)鐘頻率給SIM卡，電源由一顆LDO輸出3．3V、純凈的直流電到SIM卡的Cl_VCC上。這里選擇ST7267的PE2腳作為I／O引腳，通過(guò)一個(gè)4．7kΩ的上拉電阻與SIM卡實(shí)現(xiàn)通訊；選擇PE3腳作為SIM卡的復(fù)位控制引腳。

2 底層軟件設(shè)計(jì)
    SIM卡的數(shù)據(jù)傳輸方式與其他存儲(chǔ)卡不同，它遵循ISO7816標(biāo)準(zhǔn)。因此在進(jìn)行SIM卡讀寫(xiě)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該注意數(shù)據(jù)傳輸時(shí)每一個(gè)數(shù)據(jù)位的寬度，然后按照ISO7816的標(biāo)準(zhǔn)編寫(xiě)程序。首先是接收到正確的復(fù)位應(yīng)答信號(hào)(ATR)，其次是向SIM卡發(fā)送命令，得到正確的返回?cái)?shù)據(jù)和狀態(tài)標(biāo)志。
2．1 ETU的計(jì)算
    ETU(基本時(shí)間單位)就是SIM卡I／O腳上輸入／輸出每一位數(shù)據(jù)的時(shí)間，計(jì)算公式是；

   
其中：參數(shù)F和D分別是時(shí)鐘頻率轉(zhuǎn)換因子和波特率調(diào)整因子，這里使用默認(rèn)的速率，即F=372，D=1；使用的時(shí)鐘頻率f是4MHz?？梢杂?jì)算出基本時(shí)間單位是93μs。
2．2 基本數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)
    通信使用的協(xié)議是ISO7816-3所規(guī)定的T=0的異步半雙工字符傳輸協(xié)議?；镜臄?shù)據(jù)幀是由1個(gè)起始位(低電平)、8個(gè)數(shù)據(jù)位和1個(gè)奇偶校驗(yàn)位組成的，如圖2所示。其中，校驗(yàn)位是將8個(gè)數(shù)據(jù)位與其自身做偶校驗(yàn)，也就是其中1的個(gè)數(shù)必須足偶數(shù)。起始位不做校驗(yàn)運(yùn)算。在保護(hù)時(shí)間內(nèi)SIM卡和單片機(jī)都要處于高電平(即I／O口是高電平)。在T=O協(xié)議里，如果SIM卡或者單片機(jī)檢測(cè)到奇偶校驗(yàn)結(jié)果不正確，則在保護(hù)時(shí)間內(nèi)把I／O端口拉低，以示出錯(cuò)。

2．3 SIM卡的APDU結(jié)構(gòu)
    應(yīng)用協(xié)議數(shù)據(jù)單元APDU(Application Protocol Data Units)包括了命令A(yù)PDU以及應(yīng)答APDU，其結(jié)構(gòu)如下：

   
其中：CLA是指令的類別，A0被制定為GSM的應(yīng)用；INS是指令代碼；Pl、P2、P3是指令參數(shù)，P3指示的是數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度；Data就是要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)；SWl和SW2就是命令處理后返回的狀態(tài)。
2.4 基本程序模塊的設(shè)計(jì)
    設(shè)myBit為從I／O端口采樣的存儲(chǔ)變量，設(shè)Parity為奇偶校驗(yàn)變量，Parlty的初始化值為0。每次從I／O口采樣后，myBit都要與Parity進(jìn)行一次“異或”，結(jié)果放入Parity。這樣采樣9次后，如果Parity的最終值是0，就說(shuō)明奇偶校驗(yàn)正確；如果不是0，就說(shuō)明讀取數(shù)據(jù)失敗，返回錯(cuò)誤信息，要求發(fā)送者重發(fā)。
    讀1字節(jié)的基本程序流程如圖3所示。

    具體子程序如下：

    按照以上接收一個(gè)字節(jié)程序的框架，可以很方便地設(shè)計(jì)出發(fā)送一個(gè)字節(jié)的程序。只是在發(fā)送字節(jié)時(shí)，在發(fā)送完奇偶校驗(yàn)位后，一定要轉(zhuǎn)為接收模式。如果在接下來(lái)的一個(gè)ETU里，I／O端口保持高電平，則說(shuō)明發(fā)送數(shù)據(jù)正確；如果I／O端口被拉低，為低電平，就說(shuō)明發(fā)送數(shù)據(jù)錯(cuò)誤，要重發(fā)。

結(jié)語(yǔ)
    本文介紹了基于ST7267讀寫(xiě)SIM卡的方法。相對(duì)于其他硬件讀卡芯片，這種用軟件實(shí)現(xiàn)的方法更加靈活，而且可以實(shí)現(xiàn)多種設(shè)備(例如U盤(pán)和SIM卡讀卡器)的整合，這樣可以降低產(chǎn)品的成本。