CN100385428C - Ic卡控制器以及ic卡控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种IC卡控制器以及以一个IC卡控制器控制N个IC卡的方法,所述IC卡控制器具有:控制单元;以及时钟信号针、复位信号针以及数据交换针;该IC卡控制器还具有N个上电控制信号针,所述控制单元配置成提供一个复位信号以及N个上电控制信号,该IC卡控制器对时钟信号针、复位信号针以及数据交换针进行时分复用,以一个IC卡控制器控制N个IC卡,其中N为大于1的整数。
Description
技术领域
本发明涉及一种IC卡控制器,通过针脚(pin)的时分复用实现以一个IC卡控制器控制一个以上IC卡工作。本发明还涉及一种以一个IC卡控制器控制一个以上的IC卡的方法。
背景技术
1970年,法国人罗兰德·莫瑞诺(Roland Moreno)第一次将可进行编程设置的IC(Integrated Circuit)芯片放于卡片中,使卡片具有更多的功能。当时他在专利申请书中,对这项发明作了如下阐述:卡片上具有可进行自我保护的存储器。这样就诞生了世界上第一张IC卡。
自IC卡出现以后,国际上对它有多种叫法。英文名称有“Smart Card”、“IC Card”等;在亚洲特别是港、台地区,则多称为“聪明卡”、“智慧卡”及“智能卡”等;而在我国大陆地区,人们一般称之为“IC卡”或“智能卡”。以下我们统称为IC卡。
参考图1,图1是一张普通的IC卡10的简图。如图1所示,IC卡10中具有IC卡芯片11(下文中为了方便起见,将它们统一称为IC卡,这对于本领域的技术人员来说是容易理解的)。IC卡10一般具有8个触点C1~C8,各触点的定义如表1所示:
表1
触点号 | 分配 | 触点号 | 分配 |
C1 | 电源电压(VCC) | C5 | 地(GND) |
C2 | 复位(RST) | C6 | 编程电压(VPP) |
C3 | 时钟(CLK) | C7 | 输入/输出(I/O) |
C4 | 保留待未来使用 | C8 | 保留待未来使用 |
有关IC卡标准的具体内容请参ISO7816,这里不作详述。如本领域的技术人员所已知的那样,IC卡的触点并不限于8个,而是取决于特定的应用场合。例如,在上述表1所示的例子中,IC卡10可以省略触点C4和C8而只具有6个触点。因此,根据特定的应用场合,本领域的技术人员可以设计具有不同触点数的IC卡。
IC卡在金融、通讯、付费电视等方面有着广泛的应用。分为存储卡、加密存储卡、CPU卡和RF卡四大类。日常生活中可以接触到很多IC卡,如电话IC卡、公交一卡通、移动电话里的SIM卡。卡还可以分为接触式和非接触式的IC卡。
收费数字电视的解密一般通过IC卡来实现,一个运营商所提供的节目需要相应的IC卡来解密,如果存在多个运营商,就需要对应数目的IC卡。目前,市场上出售的数字电视机顶盒只有一个IC卡插槽,若要收看不同运营商提供的节目就需要更换插槽中的IC卡,比较麻烦,而且频繁的插拔会使IC卡以及IC卡插槽加速损坏。如本领域中所已知的那样,要设置多个IC卡插槽就需要相应地增加IC卡控制器来控制IC卡工作,但如此就会增加芯片的面积、芯片外围针脚数以及系统资源的占用,不利于降低芯片的设计和制造成本。
参考图2,图2示出两个IC卡控制器:IC卡控制器21和IC卡控制器22;两个IC卡接口芯片:IC卡接口芯片211和IC卡接口芯片221;以及两个IC卡:IC卡212和IC卡222的连接逻辑关系图。
IC卡接口芯片211和221可以采用业界已知的各种IC卡接口芯片,例如可以采用飞利浦公司设计的TDA8004AT芯片等等。在此,其主要作用为电压耦合,当然,这部分功能也可集成在IC卡控制器内而省去该接口芯片。在这里,TDA8004AT为例进行说明(当然本领域的技术人员可采用其它现有的接口芯片,这些接口芯片的针脚定义与TDA8004AT的针脚定义类似,在这里不作累述)。
TDA8004AT的针脚定义如表2所示:
表2
IC卡控制器21和22的针脚定义如表3所示(这里只列举IC卡控制器21的针脚定义,IC卡控制器22的针脚与IC卡控制器21的定义相同):
表3
针脚名称 | 分配 |
i_sc_detectl_b | IC卡212是否存在的信号输入 |
o_vcc_enl_b | IC卡212上电控制信号输出 |
o_sc_clk | 时钟输出 |
o_sc_rstin_b | 复位信号输出 |
3v5 | 电压选择控制信号输出 |
b_sc_data_b | 数据交换通道 |
IC卡插槽(未示出)设有检测卡是否在槽内的端子,并把检测信号送到IC卡接口芯片211的PRES脚,IC卡接口芯片211再通过脚把这个信号送到IC卡控制器21的i_sc_detectl_b脚,告诉IC卡控制器21在IC卡插槽内是否插有IC卡212。
IC卡接口芯片211的GND脚与IC卡212的C5触点连接,为IC卡提供标准的接地电平。
IC卡控制器21的o_sc_vcc_enl_b脚与IC卡接口芯片211的脚连接。当IC卡控制器21要对IC卡212进行操作的时候,o_sc_vcc_enl_b脚发出上电信号,该信号是一个持续的电平,从脚输入的这个电平使IC卡接口芯片211的VCC脚产生IC卡212的工作电平,通过IC卡212的C1触点为IC卡212提供工作电压。
IC卡控制器21的b_sc_data_b脚通过IC卡接口芯片211的I/OUC脚以及I/O脚与IC卡212的C7触点连接,实现IC卡控制器21与IC卡212的数据交换。
IC卡控制器21的o_sc_clk脚把时钟输出到IC卡接口芯片211的XTAL1脚,IC卡接口芯片211再通过CLK脚把时钟输出到IC卡212的C3触点,为IC卡212提供工作时钟。
IC卡控制器21的o_sc_rstin_b脚与IC卡接口芯片211的RSTIN脚连接,IC卡接口芯片211的RST脚与IC卡212的C2触点连接,把复位信号从IC卡控制器21送到IC卡212。
IC卡212的C6触点为IC卡212的编程电压接入,在此应用中不需对IC卡212进行编程,故未使用该触点(在这里需要强调的是关于编程触点C6的使用方法对于本领域的技术人员来说是已知的)。
IC卡控制器22、IC卡接口芯片221以及IC卡222之间的信号流向与IC卡控制器21、IC卡接口芯片211以及IC卡212之间的信号流向相同,故在此省略。
图3示出现有技术IC卡控制器21的逻辑框图。IC卡控制器21包括总线接口模块(BUS Interface)311、存储器直接存取模块(DMA Mode)312、时钟发生器(SC_CLK Generator)313、寄存器模块(REGs)314、缓存模块(TX/RX_FIFO)315、收发器(Transceiver)316、波特率产生模块(Baudrate)317。其中,总线接口模块311与系统总线(BUS)32连接,完成IC卡控制器21与系统(未示出)的数据交换;存储器直接存取模块312在寄存器模块314的控制下可通过总线接口模块311与系统总线32向系统发送DMA请求,使IC卡控制器21与系统的数据交换在DMA模式下进行;时钟发生器313在寄存器模块314的控制下产生IC卡工作所需要的时钟o_sc_clk;缓存模块315分别与收发器316以及寄存器模块314连接,成为IC卡与系统的数据交换通路;波特率产生模块317在寄存器模块314的控制下产生一定波特率的时钟使能信号给收发器,控制IC卡与IC卡控制器21间的数据交换速度;寄存器模块314是整个IC卡控制器21的控制中心,它接收IC卡是否存在的信号输入I_sc_detectl_b,输出IC卡上电控制信号输出o_vcc_enl_b以及复位信号输出o_sc_rstin_b。
发明内容
对于芯片设计而言,芯片的外围针脚是非常珍贵的,在上述例子的情况下,增加一个IC卡控制器就将增加6根针脚,同时也会增加芯片的面积,还会多占用一个总线的寄存器接口,不利于降低芯片设计与制造成本。
因此,本发明鉴于上述问题,提供一种IC卡控制器,具有:控制单元;时钟信号针、复位信号针、数据交换针以及N个上电控制信号针;所述控制单元配置成提供一个复位信号以及N个上电控制信号,该IC卡控制器对时钟信号针、复位信号针以及数据交换针进行时分复用,以一个IC卡控制器控制N个IC卡,其中N为大于1的整数。
本发明还提供一种以一个IC卡控制器控制N个IC卡的方法,其中N为大于1的整数,所述IC卡控制器对用于所述N个IC卡的复位信号针、时钟信号针以及数据交换针进行时分复用,对用于所述N个IC卡的上电控制信号进行单独控制。
本发明利用一个IC卡控制器通过针脚的时分复用在需要的时候操作不同的IC卡,具有节省芯片面积、芯片外围针脚数以及系统总线的寄存器接口等优点,利于降低芯片的设计与制造成本。因为在数字电视解密的过程中只需要对一张IC卡进行操作即可,故本发明的设计方案不会影响实际使用。因此,本发明具有节省系统资源、降低芯片面积、减少芯片外围针脚等优点。
附图说明
图1为现有技术中普通IC卡的结构简图。
图2为现有技术中两个IC卡控制器、两个IC卡接口芯片以及两个IC卡的连接逻辑关系图。
图3为现有技术IC卡控制器的逻辑框图。
图4为根据本发明的实施例的IC卡控制器与IC卡接口芯片以及IC卡的连接逻辑关系图。
图5为根据本发明的实施例的IC卡控制器的逻辑框图。
图6为根据本发明的实施例的IC卡上电信号的产生电路。
具体实施方式
参考图4,图4示出根据本发明的实施例的IC卡控制器31与两个IC卡接口芯片211和221以及两个IC卡212和222连接的逻辑关系图。本发明实施例的IC卡控制器针脚定义如表4所示:
表4
针脚名称 | 分配 |
i_sc_detectl_b | IC卡1的IC卡是否存在的信号输入 |
o_sc_vccenl_b | IC卡1的IC卡上电控制信号输出 |
o_sc_clk | 时钟输出 |
o_sc_rstin_b | 复位信号输出 |
b_sc_data_b | 数据交换通道 |
i_sc_detect2_b | IC卡2的IC卡是否存在的信号输入 |
o_sc_vcc_en2_b | IC卡2的IC卡上电控制信号输出 |
IC卡接口芯片211和221采用传统的IC卡接口芯片,例如TDA8004AT。以下以TDA8004AT为例进行描述,当然,本领域的技术人员还可以任意使用其它接口芯片或将接口芯片的功能结合于IC卡控制器中,这都包含在本发明的范围之内。
目前大部分IC卡都采用5V电压,所以本实施例把TDA8004AT的3V/5V脚直接接至电路板上的“1”来实现支持5V的IC卡。但是,如本领域的技术人员所已知的那样,也可以采用3V电压的IC卡,这些取决于设计要求和应用场合。
本发明的IC卡控制器31对时钟信号针(o_sc_clk)、复位信号针(o_sc_rstin_b)以及数据交换针(b_sc_data_b)三根针脚进行时分复用,对于每个IC卡分别使用单独两根针脚——IC卡检测信号针(i_sc_detectl_b和i_sc_detect2_b)与IC卡上电信号针(o_sc_vcc_enl_b和o_sc_vcc_en2_b)进行控制(在文中,在不需要区别两个IC卡的情况下,将IC卡检测信号统称为i_sc_detect_b,将IC卡上电信号统称为o_sc_vcc_en_b),由软件控制卡的切换。在此,保留现有IC卡控制器的绝大多数寄存器不变,只需要修改涉及到IC卡检测信号(i_sc_detect_b)和IC卡上电信号(o_sc_vcc_en_b)的逻辑。这里,需要注意的是,IC卡检测信号并非是必须的。如本领域的技术人员已知的那样,例如在收费数字电视系统的场合,IC卡可能总是插入在不同的槽中,系统可以默认的方式默认IC卡的存在,系统所要做的是在不同IC卡之间的切换和控制,即只需要IC卡控制器中涉及到IC卡上电信号(o_sc_vcc_en_b)的逻辑。
参考图5,图5示出本发明的实施例的IC卡控制器31的逻辑框图。本发明的IC卡控制器41与如上所述的现有技术IC卡控制器21的区别在于寄存器模块内的逻辑不同。以下,与现有技术IC卡控制器21中的元部件相同的元部件以相同的参考标号标识。本发明的IC卡控制器31包括总线接口模块(BUSInterface)311、存储器直接存取模块(DMA Mode)312、时钟发生器(SC_CLKGenerator)313、寄存器模块(REGs)14、缓存模块(TX/RX_FIFO)315、收发器(Transceiver)316、波特率产生模块(Baudrate)317。其中,总线接口模块311与系统总线(BUS)32连接,完成IC卡控制器31与系统(未示出)的数据交换;存储器直接存取模块312在寄存器模块314的控制下通过总线接口模块311与系统总线32向系统发送DMA请求,使IC卡控制器31与系统的数据交换在DMA模式下进行;时钟发生器313在寄存器模块514的控制下产生IC卡工作所需要的时钟;缓存模块315分别与收发器316以及寄存器模块514连接,成为IC卡与系统的数据交换通路;波特率产生模块317在寄存器模块514的控制下产生一定波特率的时钟使能信号给收发器,控制IC卡与IC卡控制器31间的数据交换速度;寄存器模块514是整个IC卡控制器31的控制中心。本发明的IC卡控制器31中的寄存器模块514与现有技术中的IC卡控制器21中的寄存器模块314的区别在于:本发明的IC卡控制器31中的寄存器模块514对时钟信号针(o_sc_clk)、复位信号针(o_sc_rstin_b)以及数据交换针(b_sc_data_b)三根针脚进行时分复用,对于每个IC卡分别使用单独的IC卡检测信号针(i_sc_detectl_b和i_sc_detect2_b)与IC卡上电信号针(o_sc_vcc_enl_b和o_sc_vcc_en2_b)进行控制,由软件控制卡的切换(注意,如上所述,检测信号针不是必须的,因此,也可仅对于每个IC卡分别使用单独的上电信号针)。
这里为了方便起见,将寄存器模块514设置为包含两个寄存器:状态寄存器和控制寄存器(未示出),以下对本发明实施例的寄存器模块514的两个寄存器进行说明:
状态寄存器(SR寄存器)(16位):
比特 | 15 | 14 | 13 | 12 | 11 | 10 | 9 | 8 |
描述 | -- | -- | SEN | IDLE | BGT | COL2 | COL1 | sc_detect2 |
访问 | R | R | R | R/W | R/W | R/W | R/W | R |
缺省 | -- | -- | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
比特 | 7 | 6 | 5 | 4 | 3 | 2 | 1 | 0 |
描述 | sc_detectl | MODE | TXMT | THRE | OE | TXPE | RXPE | FE |
访问 | R | R | R | R | R | R | R | R |
缺省 | 0 | 0 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 1 |
FE:接收FIFO的状态,值为1时,表示接收FIFO为空;为0时表示有数据。
OE:接收FIFO溢出错误。当读取SR寄存器的时候被复位。
RXPE:接收字符帧的偶校验错误。当读取SR寄存器的时候被复位。
TXPE:发送字符帧的偶校验错误。当读取SR寄存器的时候被复位。
THRE:发送FIFO的状态,值为1时表示发送FIFO为空;为0时表示有数据。
TXMT:发送FIFO和发送的移位寄存器的状态,为1时表示两者都为空;任何一个有数据则为0。
sc_detect2:第二IC卡222的状态,为1时表示第二IC卡222在插槽内;为0时表示第二IC卡222不在插槽内。缺省为0,表示没有卡被插入。
sc_detectl:第一IC卡212的状态,为1时表示第一IC卡212在插槽内;为0时表示第一IC卡212不在插槽内。缺省为0,表示没有卡被插入。
COL2:当第二IC卡222被移出的时候被设置为1。当CPU写入0的时候,或者系统复位的时候,才可以复位。
COL1:当第一IC卡212被移出的时候被设置为1。当CPU写入0的时候,或者系统复位的时候,才可以复位。
BGT:表示与一个22个etu(elementary time unit:基本时间单位)相关的计数器的状态位。这个计数器在每个I/O线上的开始位开始计数,如果计数在下一个开始位之前结束,BGT位被设置为1。这一位用于帮助检验卡在上一个字符发送之后22个etu时间之前卡没有应答,或者在上一个接收的字符之后,22个etu时间之前,没有传输字符(这一位没有控制开关位)。可以通过写入0来复位,在每次遇到开始位的时候会被自动复位。
BGT在ISO7816协议中的定义:块保护时间(BGT)为两个相同方向发送的连续字符的起始沿之间的最短时间。因此一个已接收块的最后一个字符与一个被传输块的第一个字符之间的迟延至少应为BGT但小于BWT。
IDLE:发送状态机和接受状态机的状态,为1时表示发送状态机和接受状态机的状态均为IDLE(空闲状态),默认为0。
SEN:卡切换使能位(switch_en),为1表示允许软件进行卡的切换,默认为0。
控制寄存器(16位):
RSTIN:输出到TDA8004AT的复位信号。
IC卡接口芯片向IC卡提供时钟信号sc_clk,系统使用比特7~比特0来控制sc_clk的生成,包括:
CE:时钟enable/disable位。
CD:当卡被移出时钟disable。
CP:时钟信号的极性。
DIV:时钟信号输出的频率。
DIV | 描述 |
3’b000 | F/2 |
3’b001 | F/4 |
3’b010 | F/6 |
3’b011 | F/8 |
3’b100 | F/10 |
3’b101 | F/12 |
3’b110 | F/14 |
3’b111 | F/16 |
F为本模块所使用的系统时钟频率。
以上详细描述了本发明的实施例的寄存器模块中的两个寄存器,对于本领域的技术人员来说在阅读了上述说明之后,能够简单地对寄存器进行编程,实现上述两个寄存器模块。这里对编程方法不作详述。另一方面,虽然上述实施例以控制寄存器和状态寄存器这两个寄存器来描述控制单元,但是如本领域的技术人员所已知的那样,控制寄存器和状态寄存器都是位于控制单元内部的寄存器,其不同的仅仅在于逻辑功能的不同。因此,对于本领域的技术人员来说,可以不必将控制单元具体地划分成状态寄存器或是控制寄存器,可以通过编程的方式对控制单元内的寄存器进行编程,以实现上述功能。
参考图6,图6例示出IC卡212的上电信号o_sc_vcc_enl_b的产生电路。因为IC卡222的上电信号产生电路与IC卡212的相同,所以在此只对IC卡212的上电信号产生电路进行说明。这里有两个主要模块——转换模块641以及“与”逻辑模块642。状态寄存器的sc_detectl位若为0,说明IC卡212不在插槽内,就会通过反向器611与转换模块641把状态寄存器的COL1位置1;反之,状态寄存器的sc_detectl位若为1,说明IC卡212在插槽内,但无法把状态寄存器的COL1位置0;COL1位需要系统复位信号sys_reset或者CPU通过转换模块641来置0。由图6可知,o_sc_vcc_enl_b信号是由sc_detectl以及PSE1(控制寄存器内的—位)三个信号经过“与”逻辑模块642生成。
卡的切换是由软件控制实现的,在需要切换时,只要查询SR寄存器的SEN(switch_en)位,该位为1就可以进行切换。因为该位为1时,说明发送和接受FIFO都为空,且发送和接受状态机都处在IDLE状态。在这时候进行卡的切换将不会丢失数据,然后软件就可以通过对控制寄存器的PSE1和PSE2位进行操作,进行卡的切换。
上述为了清楚起见,详细地描述了状态寄存器和控制寄存器的配置,但是这对于本领域的技术人员来说是非常容易的,因为本发明的发明点就在于将时钟信号针、复位信号针和数据交换针进行时分复用,并对多个IC卡分别提供上电控制信号,从而利用一个IC卡控制器控制多个IC卡。为了实现这个目的,本领域的技术人员完全能够任意地修改现有技术中的IC卡控制器中的寄存器模块,实现上述功能。
如上所述,在不需要IC卡检测信号的情况下,本领域的技术人员完全能够修改图6所示的上电信号生成电路以及上述实施例中的IC卡控制器中的控制寄存器和状态寄存器的逻辑,这是不需要创造性的劳动的,是完全包含在本发明的范围之内的。
此外,上述实施例中仅以两个IC卡进行了例示,但是,本领域的技术人员完全能够在本申请的启发下,不通过创造性的劳动将本申请应用于三个或三个以上的IC卡,这都包含在本申请的范围之内。
Claims (6)
1.一种IC卡控制器,具有:
控制单元;以及
时钟信号针、复位信号针以及数据交换针;
其特征在于,该IC卡控制器还具有N个上电控制信号针,所述控制单元配置成提供一个复位信号以及N个上电控制信号,该控制单元对时钟信号针、复位信号针以及数据交换针进行时分复用,以一个IC卡控制器控制N个IC卡,其中N为大于1的整数。
2.如权利要求1所述的IC卡控制器,其特征在于,所述控制单元中设置控制IC卡的上电控制信号的控制位、表示IC卡是否存在于IC卡插槽内的IC卡存在状态位和表示IC卡是否被移出IC卡插槽的IC卡移出状态位。
3.如权利要求2所述的IC卡控制器,其特征在于,所述控制单元根据所述控制位、IC卡存在状态位和IC卡移出状态位来控制输出所述上电控制信号。
4.一种以一个IC卡控制器控制N个IC卡的方法,其中N为大于1的整数,所述IC卡控制器设有控制单元,所述控制单元对所述N个IC卡的复位信号针、时钟信号针以及数据交换针进行时分复用,对所述N个IC卡的上电控制信号进行分别控制。
5.如权利要求4所述的方法,其特征在于,所述方法包括:在所述控制单元中设置控制IC卡的上电控制信号的控制位、表示IC卡是否存在于IC卡插槽内的IC卡存在状态位和表示IC卡是否被移出IC卡插槽的IC卡移出状态位。
6.如权利要求5所述的方法,其特征在于,根据所述控制位、IC卡存在状态位和IC卡移出状态位来控制输出所述上电控制信号。
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