CN101068416A

CN101068416A - 一种用于多模智能卡操作系统的方法及装置

Info

Publication number: CN101068416A
Application number: CNA2007101003365A
Authority: CN
Inventors: 赵再兴; 付睿
Original assignee: BEIJING HENGBAO INFORMATION TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: BEIJING HENGBAO INFORMATION TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2007-06-08
Filing date: 2007-06-08
Publication date: 2007-11-07

Abstract

本发明公开了一种用于多模智能卡操作系统的方法和装置，其特征在于移动终端给卡片供电并激活卡片，卡片根据移动终端发送的第一条指令自动设置工作模式，这样装载这种芯片操作系统的智能卡可以识别不同的移动终端，多模智能卡操作系统的装置自底而上，分为硬件层、内核层、应用协议层三个层次，每一层均是一个相对独立的分系统，在每一层按照移动终端需要的工作模式设置若干函数库，这样本发明就可根据不同网络动态切换工作模式以适应3G UMTS网络、2G GSM和CDMA网络等多网融合的智能卡操作系统，并且具备智能卡内存空间动态管理、数据安全备份、内核异常管理、算法或程序动态下载功能的USIM智能卡操作系统。

Description

一种用于多模智能卡操作系统的方法及装置

技术领域

本发明涉及智能卡操作系统领域，具体地说是涉及一种用于多模智能卡操作系统的方法及装置。

背景技术

世界范围内3G项目如雨后春笋，全球已有70多个国家的240多个运营商正式开始3G商用。在与欧洲、美国各自提出的3G标准的竞争中，中国提出的TD-SCDMA已正式成为全球3G标准之一，这标志着中国在移动通信领域已经进入世界领先之列。从3G广阔的应用空间我们可以看出，依赖3G高速的网络带宽和3G手机强大的运算能力和存储能力，3G终端必将成为3G时代的个人生活必需品。一方面，对用户而言，从传统2G网络向3G网络迁移过程中，用户正在使用的各种移动终端都要淘汰？另一方面，中国电信运营商在从传统2G网络向3G网络迁移过程中，如何保证原有2G网络客户群平滑过渡，降低客户群流失？如何为通信数据量大、传输速度快为典型特征的3G网络提供存储数据更安全可靠、承载数据能力更强的用户识别模块？如何在卡片端提供更灵活的下载空间与更可靠的应用业务下载方式，使运营商能够及时根据市场情况快速更新用户使用业务。传统单一模式SIM卡不能完成这种平滑过渡任务，不具备内存动态管理功能的USIM卡无法灵活地配置下载空间；不具备算法或程序动态下载功能的USIM卡无法提供更可靠的专用算法下载、无法提供一种应用程序下载和程序补丁下载方式，迎合随时变化的新业务下载任务；不具备数据安全备份与内核异常管理功能的USIM卡无法在以FLASH为存储单元的芯片上更稳定地运行智能卡芯片操作系统。本发明就是要解决这个重要的问题。

发明内容

本发明的目的就是为了克服现有只支持单一网络智能卡操作系统的不足，提供一种用于不同网络动态切换工作模式以适应3GUMTS网络、2G GSM和CDMA网络等多网融合的智能卡操作系统的方法，并且具备智能卡内存空间动态管理、数据安全备份、内核异常管理、算法或程序动态下载功能的USIM智能卡操作系统。

一种用于多模智能卡操作系统的方法，其特征在于所述的方法包括以下步骤：

移动终端给卡片供电并激活卡片，卡片根据移动终端发送的第一条指令自动设置工作模式，若是3G指令芯片操作系统就设置成3G的工作模式，若是GSM指令芯片操作系统会设置2G的工作模式，这样装载这种芯片操作系统的智能卡可以识别不同的移动终端使用于3G终端、2G终端或多模终端。

所述智能卡芯片操作系统的工作模式分为四种：UTMS Mode、GSM Mode、CDMA Mode、PHS Mode。

所述每个工作模式对应唯一一个工作目录，UTMS Mode对应USIM ADF子目录，GSM Mode对应GSM DF子目录，CDMA Mode对应CDMA DF子目录，PHS Mode对应PHS DF子目录。

一种用于多模智能卡操作系统的装置，其特征在于多模智能卡操作系统的装置自底而上，分为硬件层、内核层、应用协议层三个层次，每一层均是一个相对独立的分系统，在每一层按照移动终端需要的工作模式设置若干函数库，其中，硬件层即硬件驱动程序函数库，包括输入/输出控制驱动、硬件加密算法驱动、随机数发生驱动、存储器控制驱动、防攻击卡片控制驱动函数；内核层位于硬件层和应用协议层之间，包括内存空间管理模块函数库、数据备份安全模块函数库、内核异常管理模块函数库、补丁下载管理模块函数库、生命周期管理模块函数库，根据不同的工作模式向上提供文件系统函数库和安全算法函数库，向下控制硬件层作用于芯片；应用协议层提供应用程序服务函数库，是各种通信规范具体要求的接口。

所述各函数库内中包括实现各种功能的函数名装置，函数名装置分为两部分，中间由下划线连接，前面部分为该函数库的名称装置，后面部分为具体功能装置，它是根据函数名装置实现的具体功能进行设置的，多模智能卡操作系统还包括调用函数名实现功能调用的装置。

所述内存空间管理模块函数库内功能装置包括：把用户数据空间分为自由空间与回收空间两种类型的装置，自由空间由自由空间分配指针(FAP)管理，回收空间由内存空间分配表(MAT)管理。

所述数据安全备份模块函数库内功能装置包括：数据安全备份装置与数据安全恢复装置，根据备份标志进行数据备份或数据恢复。

所述内核异常管理模块函数库内功能装置包括：把FLASH存储区分为四个区域类型的装置，根据每个区域对应的操作令牌来操作指定的FLASH区域。

所述程序补丁下载模块函数库内功能装置包括：根据补丁索引(Patch ID)搜索程序补丁装置。

一种用于多模智能卡操作系统的装置的工作原理：内存空间管理模块实现了卡片内存空间合理分配和动态管理；数据安全备份模块对卡片重要数据进行备份和恢复，保障卡片在失电或意外被拔插操作情况下保持卡片数据完整；当COS程序遭遇到外部电磁干扰等意外情况，程序操作地址混乱被迫跑飞，本发明利用内核异常管理技术，将内存区域严格保护起来，防止与捕获非法访问；程序补丁下载模块对已发行的卡片进行应用程序更新以满足新业务需求或者修改卡片COS中存在的BUG。

本发明的优点：采用多模智能卡操作系统的方法解决了移动终端对不同网络环境的用户服务识别模块的需求，仅凭一张智能卡可以支持多种不同的移动终端，方法便捷，数据安全，功能强大。

附图说明

图1为本发明一种用于多模智能卡操作系统的方法工作原理图。

图2为本发明一种用于多模智能卡操作系统的方法实施例1工作模式流程图。

图3为本发明一种用于多模智能卡操作系统装置实施例2、3、4、5的结构图。

图4为本发明一种用于多模智能卡操作系统装置实施例2内存空间管理模块流程图。

图5为本发明一种用于多模智能卡操作系统装置实施例3数据安全备份模块函数库中装置及所对应的名称。

图6为本发明一种用于多模智能卡操作系统装置实施例4内核异常管理模块流程图。

图7为本发明一种用于多模智能卡操作系统装置实施例5程序补丁下载模块结构图。

具体实施方式

现结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。

实施例1

如图1所示，由卡片开发者将硬件层、内核层、应用协议层的各个函数库及预个人化参数写入芯片制成具有多模智能卡操作系统的卡片，将卡片置入移动终端激活使用。此处的移动终端不仅仅局限于3G手机、2G手机、小灵通。

如图2所示，开发者将支持UTMS、GSM、CDMA、PHS四种工作模式的文件系统和安全算法作为操作系统的内核层写入智能卡。用户的移动终端给智能卡初始上电后，当移动终端发送的第一条指令传送给工作模式管理模块，由该模块自动设置工作模式，若移动终端发送的第一条指令是3G指令则芯片操作系统会设置3G的工作模式及系统运行参数；如果是GSM指令芯片操作系统会设置2G的工作模式及系统运行参数；如果是CDMA指令芯片操作系统会设置CDMA的工作模式及系统运行参数；如果是PHS指令芯片操作系统会设置PHS的工作模式及系统运行参数。工作模式转换输出将直接影响指令解释器功能，用以区别3G或2G不同的指令系统。

实施例2

本实施例是内存空间管理模块如何支持多模智能卡操作系统的。

图3描述了多模智能卡操作系统的结构，包括硬件层、内核层、应用协议层及各层具有的主要的功能装置。其中，硬件层提供硬件驱动程序函数库，包括输入/输出控制驱动、硬件加密算法驱动、随机数产生驱动、存储器控制驱动、防卡片攻击驱动；内核层提供内存空间动态管理模块函数库、数据安全备份模块函数库、内核异常管理模块函数库、程序补丁下载模块函数库、生命周期管理模块函数库，根据不同的工作模式向上提供文件系统函数库和安全算法函数库，向下控制硬件层作用于芯片；应用协议层提供应用程序服务函数库，是各种通信规范具体要求的接口。

如图4所示，当用户不断下载新应用业务，用户数据可用空间逐步减少，利用内存空间分配表(MAT)来解决该问题。用户数据空间分为两种类型：自由空间与回收空间，自由空间由自由空间分配指针(FAP)管理，回收空间由内存空间分配表(MAT)管理。初始FAP指向用户数据空间起始地址，每次创建文件操作成功后，FAP自动递增指向下一个可分配的空间地址。在MAT记录为空即没有空间可回收的情况下，使用FAP申请用户空间。只要MAT记录不为空创建新文件时总是优先查找MAT信息，提取与新文件大小相匹配的记录项。MAT是智能卡芯片操作系统创建的内部记录文件，每条记录对应一条文件删除信息，包括文件空间地址与文件空间长度。其大小决定可持续空间回收能力。在删除文件时，MAT记录被按序填充，直到MAT被占满。在用户需要创建新文件的情况下，智能卡芯片操作系统激活内存空间回收机制，查找MAT信息，提取与文件大小匹配的空间加以回收分配。

实施例3

本实施例是数据安全备份模块如何支持多模智能卡操作系统的。

如图5所示，数据安全备份模块函数库包括初始化标志单元装置、查找指示备份标志有效的标志单元装置、选取新的标志单元并初始化其逻辑备份扇区装置、获取备份扇区的物理地址装置、备份数据装置、安全写一串数据字节到EEPROM/FLASH装置、安全写一个字节到EEPROM/FLASH装置、初始化安全备份环境装置、退出安全备份环境装置、从备份区恢复数据到原地址装置

实施例4

本实施例是内核异常管理模块如何支持多模智能卡操作系统的。

如图6所示，内核异常管理是一种对操作芯片内存空间的安全保护与程序异常捕获与处理的关键技术，尤其是以FLASH为存储器的智能卡芯片。内核异常管理将FLASH存储区分为四个区域类型：代码区(存放COS程序)、系统区(存放系统参数)、备份区(数据备份缓存区)、文件区(存放对象文件数据)。每个区域对应一个操作令牌。操作令牌用一个字节来表示，字节的低四位依次标志四个区域，在一个时刻只能具备唯一操作权限；字节高四位是令牌的反数值，用于自校验操作令牌的合法性，以保证令牌没有被非法复制。操作令牌存放在RAM中，上电初始为无效状态。操作令牌在COS特定功能流程的入口自动生成，在相应流程出口自动销毁，令牌的生命周期取决于所处功能模块。当COS程序遭遇到外部电磁干扰等意外情况，程序操作地址混乱被迫跑飞，如果正好非法跳到某个程序功能流程中操作某个内存地址，但此时已不具备合法有效令牌，旧令牌将当场销毁，程序将被强制捕获进入异常事件处理流程，有效降低运行风险。

实施例5

本实施例是程序补丁下载模块如何支持多模智能卡操作系统的。

如图7所示，通过程序补丁下载模块可实现对用户卡片程序实时更新以满足安全与新业务需求，或者修改芯片操作系统中存在的BUG。程序地址映射表(PAT)是智能卡的内部记录文件，存储在COS系统区。每条记录包括：PID、PAE、PAD、PCK。PID字段是补丁索引，每个PID对应一种程序功能点。补丁程序可以单独编译并且回调COS的函数，这样既方便编码又可以节省资源；PAE字段是补丁程序的属性，定义补丁程序的有效范围；PAD字段是补丁程序入口地址；PCK字段是该记录的校验和，用于确认该条记录的合法性。在可能需要设置程序补丁下载的位置，预置补丁处理模块，其内部功能流程如下：首先，搜索PID索引，查找相应补丁程序入口地址；如果没有补丁下载情况，则执行原有程序；如果存在程序补丁要执行，则跳转到该地址执行相应补丁程序，最后在完成程序补丁运行后，返回跳转前位置继续执行。

在应用规范上，可以通过符合3GPP TS 23.048规范的OTA方式动态下载专用算法，也可以通过私有方式下载专用算法，程序补丁下载与专用算法下载在原理是一致。未下载前，程序补丁或专用算法的首地址初始化为FAP，下载成功后，FAP自动更新。通过更新PAT表激活补丁程序，智能卡芯片操作系统在重新上电运行后会自动调用补丁程序。

Claims

1.一种用于多模智能卡操作系统的方法，其特征在于所述的方法包括以下步骤：

2.如权利要求1所述一种用于多模智能卡操作系统的方法，其特征在于所述智能卡操作系统的工作模式分为四种：UTMS Mode、GSM Mode、CDMA Mode、PHS Mode。

3.如权利要求1所述一种用于多模智能卡操作系统的方法，其特征在于所述每个工作模式对应唯一一个工作目录，UTMS Mode对应USIM ADF子目录，GSM Mode对应GSM DF子目录，CDMA Mode对应CDMA DF子目录，PHS Mode对应PHS DF子目录。

4.一种用于多模智能卡操作系统的装置，其特征在于多模智能卡操作系统的装置自底而上，分为硬件层、内核层、应用协议层三个层次，每一层均是一个相对独立的分系统，在每一层按照移动终端需要的工作模式设置若干函数库，其中，硬件层即硬件驱动程序函数库，包括输入/输出控制驱动、硬件加密算法驱动、随机数发生驱动、存储器控制驱动、防攻击卡片控制驱动函数；内核层位于硬件层和应用协议层之间，包括内存空间管理模块函数库、数据备份安全模块函数库、内核异常管理模块函数库、补丁下载管理模块函数库、生命周期管理模块函数库，根据不同的工作模式向上提供文件系统函数库和安全算法函数库，向下控制硬件层作用于芯片；应用协议层提供应用程序服务函数库，是各种通信规范具体要求的接口。

5.如权利要求4所述一种用于多模智能卡操作系统的装置，其特征在于所述各函数库内中包括实现各种功能的函数名装置，函数名装置分为两部分，中间由下划线连接，前面部分为该函数库的名称装置，后面部分为具体功能装置，它是根据函数名装置实现的具体功能进行设置的，多模智能卡操作系统还包括调用函数名实现功能调用的装置。

6.如权利要求4所述一种用于多模智能卡操作系统的装置，其特征在于所述内存空间管理模块函数库内功能装置包括：把用户数据空间分为自由空间与回收空间两种类型的装置，自由空间由自由空间分配指针(FAP)管理，回收空间由内存空间分配表(MAT)管理。

7.如权利要求4所述一种用于多模智能卡操作系统的装置，其特征在于所述数据安全备份模块函数库内功能装置包括：数据安全备份装置与数据安全恢复装置，根据备份标志进行数据备份或数据恢复。

8.如权利要求4所述一种用于多模智能卡操作系统的装置，其特征在于所述内核异常管理模块函数库内功能装置包括：把FLASH存储区分为四个区域类型的装置，根据每个区域对应的操作令牌来操作指定的FLASH区域。

9.如权利要求4所述一种用于多模智能卡操作系统的装置，其特征在于所述程序补丁下载模块函数库内功能装置包括：根据补丁索引(Patch ID)搜索程序补丁装置。