CN101573713B

CN101573713B - 便携式数据载体

Info

Publication number: CN101573713B
Application number: CN2007800425692A
Authority: CN
Inventors: 卡尔·E·哈特尔
Original assignee: Giesecke and Devrient GmbH
Current assignee: Jiejia De Mobile Safety Co Ltd
Priority date: 2006-11-15
Filing date: 2007-11-15
Publication date: 2012-12-05
Anticipated expiration: 2027-11-15
Also published as: ES2364295T3; EP2092458A1; WO2008058743A1; ATE509324T1; DE102006053789A1; EP2092458B1; WO2008058743A8; US8272573B2; CN101573713A; US20100108772A1

Abstract

一种便携式数据载体(1)，包括作为用于通信的物理接口的按照ISO7816-2的接触区(2)，一个用于按照无接触通信协议通过预先给定的激活的接触区(2)的连接图与终端设备通信的无接触接口装置(7)，和至少一个用于按照有接触通信协议通过接触区(2)的另一激活的连接图通信的接触接口装置(4，5，6)。控制装置(3)在该数据载体(1)的初始化阶段除了已激活的接触接口装置(4，5，6)外，仅在第二接触接口装置(4，5，6)不使用与无接触接口装置(7)的连接图相冲突的接触区(2)的连接图时才激活该第二接触接口装置(4，5，6)。当预先给定的无接触通信协议的连接图不与已激活的接触接口装置(4，5，6)的连接图相冲突时将无接触接口装置(7)作为第二接口装置激活。

Description

便携式数据载体

技术领域

本发明涉及一种用于激活便携式数据载体的接触区上的连接图(Kontaktbelegungen)的方法以及一种这样的便携式数据载体。

背景技术

目前有各种便携式数据载体在使用，人们可以携带它们以使用不同的服务或者实施业务。因此例如使用芯片卡或移动无线卡以通过相应的认证来获得对被保护的区域或服务的访问，例如通过移动无线网络提供的移动无线业务提供者的应用。根据这样的数据载体的类型和使用方式在数据载体和与该数据载体连接的终端设备、如通信终端设备或银行终端间通过适当的通信协议进行通信。在此数据载体通过数据载体接触区的物理接口与终端设备连接。对于所采用的通信协议分别协商一个单独的接触区的连接图，其触点不同时用于其它目的，如用于其它的通信协议。

由于这样的接触区的接触点的数量以及由此的可能的不同的连接图是有限的，也限制了通过多种通信协议同时并行通信的可能性，因为通常所确定的连接图可能重叠并因此可能产生冲突。通过按照ISO7816-2标准的、具有八个接触点C1至C8的在芯片卡领域内使用的接触区，可以对有接触通信(以下称为“有接触通信协议”)使用不同的通信协议，如使用触点C4、C6、C8的MMC高速协议(“多媒体卡”)，或者使用触点C4和C8的USB高速协议(“通用串行总线”)(参见欧洲电信标准局ETSI的文献SCPt060551和SCPt060552)。

此外还希望支持对于无接触通信的通信协议(以下称为“无接触通信协议”)，以并行于使用有接触通信协议还能同时通过无线连接进行通信。而这样的有接触通信协议又要求接触区的附加的或重叠的连接图。但在此存在这样的可能性：无法实施技术上可能的无接触通信，因为所属的连接图的至少若干触点被已被激活的有接触通信锁住。与此相关地，在WO2005/124656A1中公开了一种以冲突的连接图来运行一个有接触的高速协议以及一个无接触的通信协议的可能性。为此要识别施加在数据载体上的通信协议并按照特定的预定优先级来激活或去激活。在WO2005/066888A1中示出了一种对必要时还并行地运行不同的通信协议的类似的控制。

发明内容

因此本发明要解决的技术问题在于，能够以灵活的方式利用便携式数据载体的接触区通过不同的通信协议同时进行通信。

本发明的技术问题通过具有独立权利要求的特征的方法和数据载体来解决。从属权利要求给出了优选实施方式和扩展。

本发明的基本思想在于，当对于尚未连接的触点存在可能的不同的连接图时，在激活第一连接图时至少保留一个尚未占用的触点。

该保留可以永久地预先给定，以便考虑已知的边界条件。替代地，还可以临时地设置和/或取消保留，如在响应接收到的、相应的命令(RESERVE以及UNRESERVE)时，借助于在数据载体中预先给定的条件或通过便携式数据载体上的应用程序的控制来进行。因此可以根据情况来触发保留。

按照本发明的(具有按照ISO7816-2的接触区的)便携式数据载体包括支持与终端设备通过接触区的预先给定的连接图按照一种无接触通信协议进行通信的接口装置(以下称为“无接触接口装置”)，以及至少一个另外的支持与终端设备分别通过接触区的不同的连接图按照一种有接触通信协议进行通信的接口装置(以下称为“有接触接口装置”)。用于通过无接触通信协议进行通信的、待激活的连接图(以下称为“无接触连接图”)可与至少一个用于由该数据载体支持的有接触通信协议的连接图(以下称为“有接触连接图”)相交叠。在这种情况下，至少有一个触点被无接触通信协议以及被至少一个有接触通信协议所使用，从而使关于该触点的相应连接图发生冲突。

数据载体的控制装置使得能够(几乎)并行地通过两种不同的、其连接图不冲突的通信协议进行通信，其中，在向接触区施加相应的通信协议时，对于相应的接口装置以及连接图至少时间重叠地激活，甚至是同时激活。在此“通信协议的连接图”的概念被理解为接触区触点的的那些单独的组，终端设备在与数据载体进行通信时通过通信协议访问该组触点。“激活连接图”在此被理解为激活数据载体的那些访问接触区触点的接口装置，这些触点形成属于该接口装置支持的通信协议的连接图。

当在数据载体与终端设备或终端借助激活的第一接触接口装置通过第一有接触通信协议通信期间在接触区上施加第二通信协议时，只要在第一接触接口装置或第一有接触通信协议和相应的第二接口装置或第二通信协议之间没有冲突，控制装置就激活相应的第二接口装置。

但在第二通信协议是有接触协议且相应的第二接口装置因此而是接触接口装置的情况下控制装置要检验，该接触接口装置的激活是否会使得无接触接口装置由于相应的连接图的冲突而不再能被激活。因此，仅在接触接口装置被激活之后仍有用于无接触通信协议的连接图并且可被相应的无接触接口装置用于通信时，才激活该第二接触接口装置。因此事实上为无接触接口装置设置了高于第二接触接口装置的优先级。由此保证了通过无接触通信协议的通信不会由于多个有接触通信要求多个连接图而被阻止。因此数据载体的无接触通信仅在第一接触接口装置的有接触连接图与无接触通信协议的连接图冲突时才被排除。由此保证了数据载体对于无接触通信的可用性。

如果第二接口装置是无接触接口装置，则上述检验就不必要了。更确切地说，是数据载体的控制装置要对第一有接触接口装置和无接触的连接图之间的冲突进行检验。控制装置仅在第一接触接口装置的有接触连接图与预先给定的无接触连接图不冲突时、即在两个要激活的连接图没有重叠时，才识别施加在接触区上的有接触通信协议的连接图并激活无接触接口装置以及其预先给定的连接图。

上述过程优选在便携式数据载体接通时进行，即在其对施加在接触区上的通信连接进行检验的初始化序列或启动序列的范围内进行。所涉及的接口装置然后由控制装置根据以上描述的冲突检验的结果的程度来激活，优选顺序地激活。通过监控终端设备施加在接触区各个触点上的电压并从中导出所涉及的接口装置使用的通信协议的连接图来实施冲突检验。控制装置除了识别有接触通信协议的连接图外，还可以检验无接触通信协议的连接图并借助特定触点的供电电压来进行识别。由此例如可以借助在按照ISO7816-2的接触区的C6触点上的电压调制来识别用于近场通信的无接触SWP通信协议(“Single Wire Protokoll”，单线协议)，因为与有接触通信协议的时钟信号相反，SWP信号是脉宽调制的。在控制装置例如识别出有接触的或无接触的通信协议之后，在无冲突的连接图的情况下，激活两个通信协议的连接图，从而使得相应的无接触接口装置和接触接口装置可以通过相应的通信协议同时进行无接触通信和有接触通信。

如果终端设备将按照MMC通信协议(“多媒体卡”)的有接触通信连接施加在数据载体的接触区，则控制装置借助在MMC通信协议初始化阶段施加在接触区触点C4和/或触点C8上的高电压电平来识别MMC通信协议。替代地或附加地，还可以通过经过触点C4和/或触点C8引入特定的MMC初始化信号，例如按照MMC通信协议的规范MMC 4.1的CMD1信号，来识别MMC通信协议。如果对于作为第一接触接口装置要激活的MMC接口装置此外还在接触区的触点C6上识别出MMC通信协议的时钟信号，则控制装置利用将触点C4和触点C8以及触点C6用于MMC协议的时钟信号的剩余的MMC通信协议的连接图来激活MMC接口装置。这样，其连接图使用触点C6的、用于无接触通信协议(如SWP通信协议)的无接触接口装置就被控制装置去激活，或者说不激活，因为否则的话将会出现关于触点C6的冲突。但如果控制装置在触点C3上识别出MMC协议的时钟信号，则可以在激活在触点C3上读取MMC时钟信号的MMC接口装置的同时还通过触点C6激活用于无接触通信协议(如SWP通信协议)的无接触接口装置。

如果在数据载体接通之后控制装置识别出施加在接触区上的、其连接图包括触点C2、C3和C7的有接触ISO通信协议，则可将ISO接口装置作为第一接触接口装置激活，并且例如将具有触点C6的SWP接口装置作为无接触接口装置激活。控制装置例如这样识别ISO通信协议：在触点C3上施加有时钟信号，并且施加在触点C2上的电压电平在ISO接口装置的正常初始化序列的范围内从“低”变到“高”，或从0变到1。控制装置然后为ISO通信协议激活触点C2、C3和C7。

但除了将ISO接口装置作为第一激活的接触接口装置(通过触点C2、C3和C7)以外，由于无接触SWP接口装置的优先而排除了原则上将MMC接口装置作为用于通过MMC通信协议(通过触点C4、C6和C8)的同时通信的第二接口装置来激活的可能性。因此控制装置在激活ISO接口装置后将MMC接口装置去激活，从而使得在任何情况下都保持与通过ISO通信协议的通信并行的、通过触点C6的无接触通信的可能性。MMC接口装置的去激活出于这样的考虑：触点C3已为ISO通信协议的时钟信号所需，从而MMC协议的时钟信号仅能无冲突地施加在触点C6上，但触点C6要为无接触通信而保持可用。

控制装置借助施加在触点C6和/或触点C8上的相应的低电压或零电压识别出没有施加有接触通信协议或者施加了有接触USB高速协议。控制装置还可以借助通过触点C4和/或触点C8引入的USB初始化信号、如按照USB协议的规范USB 1.0的USB初始化信号来识别所施加的按照USB协议的通信连接。因此相应的USB接口装置既可以作为第一接触接口装置被激活，也可以作为第二接触接口装置被激活，而无需由此阻断通过SWP接口装置的无接触通信，因为USB连接图包括触点C4和C8，而由此同样使用触点C4和C8的、阻止SWP接口装置的触点C6的MMC接口装置的激活原则上被排除。由此例如(几乎)并行的按照ISO协议的有接触通信(触点C2、C3和C7)、按照USB协议的有接触通信(触点C4、C8)以及按照SWP协议的无接触通信(C6)是可能的。

因此本发明使得通过触点C6的无接触SWP协议可与至少一个有接触通信协议同时运行，如与MMC协议(C3用于时钟信号以及C4、C8)、与ISO协议(通过C2、C3和C8)，或与USB协议(通过C4、C8)。如果通过便携式数据载体的接触区已有一个通过ISO协议的有接触通信和一个通过SWP协议的无接触通信在运行，则理论上还可以再激活USB协议，但不能激活MMC协议。此外在本发明中还可以集成基于MMC标准的、用于有接触通信的SD通信协议。

在本发明中，除了通过SWP协议的无接触近场通信外，还可以集成其它的无线通信，如用于RFID(Radio Frequency Identification，射频识别)的通信协议、蓝牙、WiFi(Wireless Fidelity，无线保真)等等，它们又可以使用各自的、按照ISO7816-2的接触区的连接图。此外原则上还可以将本发明用于作为通信设备之间的接触接口的、任意多区域的接触区，以在避免冲突的情况下并行地运行无接触通信协议和有接触通信协议。但本发明优选适用于具有按照ISO7816-2的接触区的便携式数据载体，除了常见的有接触通信协议外还用于实现无接触SWP协议。在此作为便携式数据载体尤其是指也能被称作便携式安全模块的芯片卡、移动无线卡、安全海量存储卡、USB令牌卡(USB-Token)等。

附图说明

本发明的其它特征和优点由以下结合附图对本发明的不同实施例以及其它替代实施方式的描述给出。图中示出：

图1示出具有按照本发明的控制装置的芯片卡；

图2示意性示出对MMC通信协议和SWP通信协议的同时激活；

图3示出在同时激活ISO通信协议和SWP通信协议时的连接图；

图4示出在同时激活MMC通信协议和SWP通信协议时的连接图；

图5示出在同时激活ISO通信协议、USB通信协议和SWP通信协议时的连接图。

具体实施方式

按照ISO7816-2的八区接触区尤其设置用于，为芯片卡、智能卡、移动无线卡等通过各自的连接图提供用于不同通信协议的物理接口。图1示出具有这样的接触区2的芯片卡1。按照ISO7816-2该接触区由八个触点C 1-C8构成，其中，触点C1用于芯片卡的电源电压(V+)，触点C5被设为地(GND)。根据由与芯片卡1接触的终端设备(如移动电话、银行终端或其它静态或便携的电子通信设备)在芯片卡1的初始化或启动阶段预先给出的相应通信协议，对相应的通信协议使用特定的连接图。然后，由相应的接口装置4-7通过激活的连接图来进行通信。对于多个当前使用的或期望的通信协议的情况，按照ISO7816的接触区没有足够的单独的触点来同时运行任意的通信协议。

此外，芯片卡1还包括处理器9(CPU)，处理器9执行芯片卡1的操作系统(OS)13和其它应用程序、如接口装置4-7；以及存储装置，该存储装置由一个永久ROM存储器10、一个非易失性EEPROM存储器11以及一个易失性RAM工作存储器12组成。

对于通过按照ISO7816-2的接触区的通信的常见的通信协议有由ISO接口装置5提供的、其连接图包括触点C2、C3和C7的有接触ISO通信协议(参见图3和图5)。此外有接触高速协议MMC(“多媒体卡”)和USB(通用串行总线)的应用也日渐增多，它们的相应接口装置4、6执行通过按照标准通过触点C4、C6、C8的MMC协议的通信以及通过触点C4和C8的USB协议的通信，因此两个高速协议USB和MMC的连接图关于触点C4和C8冲突。此外还可以使用其它有接触通信协议，如在SD存储卡(安全数字卡)中使用的、基于MMC协议的SD协议。

除了这些为有接触通信确定的协议外，在芯片卡中还越来越多地使用用于无接触通信的通信协议，它们需要按照ISO7816-2的接触区的其它连接图。与此相关地，这些通信协议中尤其要提及的是在芯片卡的通过无线电信号或高频信号与终端设备的近场通信中使用的协议。这样的无接触通信协议在以下例如从使用触点C6的SWP协议出发。但按照本发明的原则可以直接转用到其它任一个无接触通信协议上，通过该无接触通信协议诸如芯片卡或智能卡的便携式数据载体可与终端设备、终端或其它通信装置进行无接触通信。因此例如还可以采用其它无接触通信协议，如为通过蓝牙接口、通过WiFi技术(Wireless Fidelity)或通过RFID(Radio FrequencyIdentification)的无线通信确定的无接触通信协议。

为了保证关于通过SWP协议的无接触近场通信的芯片卡1的尽可能高的可用性，并使按照SWP协议的无接触通信能够与至少一个按照有接触通信协议的通信同时执行，芯片卡1包括控制装置3(CNTL)，该控制装置3检验施加在接触区2的各个触点上的电压并从中确定出一个或多个由终端设备/终端预先给定的通信协议。控制装置3以这种方式识别关于各个由不同的接口装置4、5、6、7使用的接触区2的触点的可能的冲突，并这样激活相应的连接图：除了一个用于有接触通信的活跃接口装置4、5、6外还可以有至少一个活跃的用于无接触通信的接口装置7。

由此尤其是可以实现，为SWP协议提供SWP接口装置为近场通信而需要的触点C6，从而为实现与芯片卡1的并行近场通信提供了统一的解决方案。控制装置3使得SWP接口装置7能够与至少一个图1中示出的USB接口装置4、ISO接口装置5、MMC接口装置6同时运行，并且控制装置3使SWP接口装置7相对于要激活的第二接触接口装置4、5、6优先。此外，还可以通过控制装置3无冲突地激活其它接口装置及其协议，如有接触SD协议或其它无接触协议。

通过控制装置3的冲突检验以及受控的激活尤其可以结合有接触的MMC协议和无接触的SWP协议的竞争的连接图优选采用。为此图2中示出的控制装置3在接通芯片卡1时在启动序列/初始化序列的范围内实施触点C3和C6上的自适应时钟识别，以确定在该两个触点之一上是否施加有MMC协议的时钟信号。在此与芯片卡1连接的终端设备/终端确保，在该阶段仅在该两个触点C3和C6之一上有时钟信号，而在另一个上则是恒定的电压电平。

为了识别施加在接触区2上的MMC通信协议，控制装置3首先检验施加在触点C4和/或C8上的电源电压。当确定了在一个或两个触点上的升高的电压电平时，控制装置3判断为MMC通信协议。同样，当通过触点C8引入按照规范MMC4.1在MMC协议的初始化阶段发出的CMD1信号时，控制装置3判断为施加了MMC通信协议。

由此控制装置3检验在触点C3或C6是否施加了用于MMC协议的时钟。如果在触点C3上施加了MMC协议的时钟信号，则激活具有连接图C3、C4、C8的MMC接口装置6。这样，触点C6为SWP接口装置7而保持可用，用于按照SWP协议的通信，因为MMC协议不需要触点C6。

当MMC接口装置6作为第一接触接口装置被控制装置3激活时，在其上施加了MMC协议的时钟信号的触点被固定地用作MMC接口装置6的时钟源，只要供电电压存在。其它触点，尤其是在MMC时钟信号在触点C6上时的触点C3，或者在MMC时钟信号在触点C3上时的触点C6，可以从此时刻起用于其它协议。当在C3上识别出MMC时钟信号时，可将触点C6为SWP接口装置7而激活。在图3和图4中示出了MMC协议的这些可能的连接图，其中，对于MMC协议的连接图时钟(CLK)在C3上(图4)或在C6上(图3，虚线)，在C4上是DAT0信号，在C8上是CMD信号。

控制装置3从施加在触点C3上的时钟信号识别出施加的ISO通信协议，其中，与MMC协议的分界表现为在ISO协议的初始化序列的范围内触点C2上电压电平从0(低)到1(高)的改变。然后控制装置3激活ISO接口装置5，在此触点C3用于时钟(CLK)、C2用于复位导线(RST)，以及C7用于输入/输出数据导线(I/O)。

图3示出同时激活的有接触ISO接口装置和无接触SWP接口装置的连接图。尽管时钟信号在C6上的通常的MMC协议的连接图与ISO协议的不冲突，但却可能与其信号位于触点C6上的SWP协议冲突。

图5示出ISO接口装置5、USB接口装置4以及SWP接口装置7可以同时运行，因为这三个协议交替地使用不同的连接图。USB协议在其初始化序列中在C4和C8上引入零电压，由此可以区别USB协议和MMC协议，MMC协议在这些触点上引入升高了的电压电平。通过C4和/或C8上的零电压，或者通过在USB初始化序列范围内的在C4上的特殊USB初始化信号(D+)或C8上的特殊USB初始化信号(D-)，控制装置3识别出施加在接触区2上的USB协议并激活USB接口装置4。由于USB接口装置4的连接图与MMC接口装置6的连接图冲突，并且因此而不可能再激活MMC接口装置6，因此触点C6为SWP协议保持可用。因此USB接口装置4和ISO接口装置5可以同时激活，因为这两个接触接口装置都不需要触点C6，因此就此而言芯片卡1与终端的无接触通信仍然保持是可能的。

原则上借助触点C6上的电压调制可以识别施加在接触区2上的SWP协议，因为与否则施加在触点C6上的有接触协议(如MMC协议)的时钟信号不同，SWP信号是脉宽调制的并就此而言可与时钟信号相区分。以这种方式，如果没有有接触通信协议存在时，如在终端设备的电源不工作而芯片卡1的电源通过近场通信控制器实现时，控制装置3也可以仅激活SWP接口装置7。

Claims

1.一种用于激活便携式数据载体(1)的接触区(2)上连接图的方法，包括在该便携式数据载体中的下述步骤：

响应于施加在该接触区(2)上的第一通信协议激活第一连接图，其中，该第一通信协议占用接触区(2)的第一部分触点，以及其中，对于该接触区(2)的未由该第一连接图占用的第二部分触点激活第二和第三连接图；

在激活该第一连接图的同时，响应于施加在该接触区(2)上的第二通信协议激活所述第二连接图；

其特征在于，

在该第一连接图被激活的情况下从该接触区(2)的第二部分触点中为所述第三连接图保留至少一个触点；以及

检验该第二连接图与该保留的冲突，其中，当该检验步骤未发现冲突时，响应于施加在该接触区(2)上的第二通信协议激活第二连接图。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当保留的至少一个触点可能通过第二连接图被占用时，在所述检验步骤中识别出冲突。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当保留的至少一个触点可能通过由数据载体外部的预先给定的连接图被占用时，在所述检验步骤中识别出冲突。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过保留至少一个触点使得便携式数据载体上的一个通过第一连接图交换数据的实例保持通过第三连接图交换其它数据的可能性。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述保留相应于存储在便携式数据载体中的预先给定进行。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述保留通过满足在所述预先给定中包含的条件来触发。

7.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，所述保留的步骤响应于通过第一连接图交换数据的应用的保留请求来进行。

8.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，所述保留响应于通过第一连接图交换数据的应用的释放请求而取消。

9.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，所述保留被保持有限的时间段，该时间段小于第一连接图激活的时间段。

10.一种用于激活便携式数据载体(1)的、按照ISO7816-2的接触区(2)上预先给定的无接触通信协议的连接图的方法，包括根据权利要求1至9中任一项所述的步骤，其中第一通信协议是有接触通信协议，其特征在于，对于在接触区上施加的第二通信协议是第二有接触通信协议的情况，仅在该第二有接触通信协议的连接图不与预定的无接触通信协议的连接图发生冲突时，才将该第二有接触通信协议的连接图作为第二连接图激活。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，对于第二通信协议是无接触通信协议的情况，仅当该无接触通信协议的预先给定的连接图不与第一有接触通信协议的连接图发生冲突时，才将该预先给定的连接图作为第二连接图激活。

12.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，包括在便携式数据载体(1)接通后通过监控接触区(2)的特定触点(C3，C4，C6，C8)的供电电压来识别施加在接触区(2)上的通信协议的连接图的步骤。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，包括在激活第二连接图步骤前的、借助接触区(2)的触点C6上的电压调制来识别无接触SWP通信协议的连接图的另一步骤。

14.根据权利要求12或13所述的方法，其特征在于，借助在接触区(2)的触点C4和/或触点C8上施加的预先给定的电压电平和/或MMC通信协议的初始化信号来识别有接触MMC通信协议的连接图。

15.一种适于实现根据权利要求1至9中任一项所述的方法的便携式数据载体(1)。