CN102567772A - 基于大容量eeprom的软掩膜卡 - Google Patents

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丁颜玉
胡建国
李伟健
丁一
谭洪舟
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Abstract

本发明公开了一种基于大容量EEPROM的软掩膜卡，它包括存储器单元、数据地址总线和MCU单元，存储器单元包括片内存储器和片外存储器，片内存储器包括：存储Bootloader程序的ROM单元；存储COS程序的EEPROM单元；存放中间数据的IRAM单元，片外存储器包括：作为MCU的片外数据存储器的XRAM单元；作为MCU的非易失性数据存储器的扩展EEPROM单元；作为MCU与外设的通信接口，用于扩展3DES协处理和随机数发生器等的XREG单元，EEPROM单元包括存放COS程序的EEPROM_C单元，以及设置有Proflag标识，判断是进入COS程序还是更新COS程序的EEPROM_D单元，ROM单元在正常模式时其地址线接rom_addr，使用rom_bus进行读程序存储空间；而编程模式时，其地址线接xdat_addr，使用xdat_bus的xdat_wr_rom进行写数据存储空间，两种模式通过SPC_FNC寄存器的WRS位进行选择。

Description

基于大容量EEPROM的软掩膜卡
技术领域
本发明涉及一种智能卡芯片，具体来说，涉及一种基于大容量EEPROM的软掩膜卡。
背景技术
集成电路(Integrated Circuit)是一种微型电子器件或部件，采用一定的工艺，把一个电路中所需的晶体管、二极管、电阻、电容和电感等元件及布线互连一起，制作在一小块或几小块半导体晶片或介质基片上，然后封装在一个管壳内，成为具有所需电路功能的微型结构。
智能卡(Smart Card)是一种内嵌有集成电路芯片的塑料卡的通称，按照芯片类型的不同IC卡可分为三类：存储卡、逻辑加密卡和CPU卡，只有CPU卡才算是真正意义的智能卡，智能卡(CPU卡)内的集成电路包括中央处理器(CPU)、电可擦可编程只读存储器(EEPROM)、随机存储器(RAM)和固化在只读存储器(ROM)中的卡内操作系统(COS，Chip Operating System)，一般采用集成有CPU、存储器和外设的微控制器作为智能卡的总控制单元。
将中央处理器(CPU)、电可擦可编程只读存储器(EEPROM)、随机存储器(RAM)和固化有操作系统COS(Chip Operating System)的只读存储器(ROM)集成在一块或多块硅片上，就形成了智能卡芯片。
目前，对于智能卡的片内操作系统COS，一般是把系统程序固化到ROM中，这种程序存储方式一般称作“硬掩膜”，但是，这种方式使得程序的改动不灵活，导致有如下不足：
1)使得用户的前期调试难度增大；
2)增大了用户研发的风险；
3)延长了新产品的研发速度及增大了重新做掩膜的成本。
发明内容
针对以上的不足，本发明提供了一种基于大容量EEPROM的软掩膜卡，它包括存储有Bootloader程序和COS程序的存储器单元，以及通过数据地址总线对所述存储器单元进行编程和读写访问的MCU单元，所述存储器单元包括用于存储Bootloader程序的ROM单元和用于存储COS程序的EEPROM单元，所述Bootloader程序中设计有进入COS程序的命令。
所述Bootloader程序中设计有更新COS程序的命令。
所述EEPROM单元包括存放COS程序的EEPROM_C单元，以及设置有Proflag标识，判断是进入COS程序还是更新COS程序的EEPROM_D单元，如果Proflag标识有效，则进入更新COS模式，此模式处理读写器发送的写EEPROM_C的命令，将正常COS程序代码写入EEPROM_C，COS更新完毕后，发命令写EEPROM_D中的Proflag标识无效，从而使下次复位时系统进入正常COS模式；如果Proflag标识无效，则进入正常COS模式，此模式处理正常的COS命令。
所述ROM单元在正常模式时，ROM单元的地址线接rom_addr，使用rom_bus进行读程序存储空间；编程模式时，ROM单元的地址线接xdat_addr，使用xdat_bus的xdat_wr_rom进行写数据存储空间，两种模式通过SPC_FNC寄存器的WRS位进行选择。
所述存储器单元为片内存储器，它包括存储Bootloader程序的ROM单元、存储COS程序的EEPROM单元和存放中间数据的IRAM单元。
所述存储器单元还包括片外存储器，所述片外存储器包括：
作为MCU的片外数据存储器的XRAM单元；
作为MCU的非易失性数据存储器，用于存放UID、ATS序列和COS文件系统的扩展EEPROM单元；
作为MCU与外设的通信接口，用于扩展3DES协处理和随机数发生器的XREG单元。
本发明的有益效果：相对于传统的“硬掩膜”芯片，本发明软掩膜卡在产品研发及调试阶段，能为用户提供一种更灵活更便捷的处理方式，不但使得用户在研发调试阶段，程序的修改及完善更简单便捷，而且降低用户产品研发所承担的风险，缩短新产品的研发周期及降低了重复硬掩膜的成本。
附图说明
图1为本发明的基于大容量EEPROM的软掩膜卡的架构图；
图2为本发明的工作流程图；
图3为本发明的ROM单元总线切换图；
图4为本发明的存储器单元的空间分配示意图；
图5为本发明的片内存储器单元的空间分配示意图；
图6为本发明的片外存储器单元的空间分配示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行进一步阐述。
如图1所示，本发明的基于大容量EEPROM的软掩膜卡包括存储有Bootloader程序和COS程序的存储器单元，以及通过数据地址总线对所述存储器单元进行编程和读写访问的MCU单元，所述存储器单元包括用于存储Bootloader程序的ROM单元和用于存储COS程序的EEPROM单元，所述Bootloader程序中设计有进入COS程序或者更新COS程序的命令，所述EEPROM单元包括存放COS程序的EEPROM_C单元，以及设置有Proflag标识，判断是进入COS程序还是更新COS程序的EEPROM_D单元。
如图2所示，本发明的基于大容量EEPROM的软掩膜卡的工作流程为：
复位之后，系统进入零地址的bootloader程序，bootloader查询EEPROM_D单元中的Proflag标识是否有效：
1)如有效则进入更新COS模式，此模式可处理读写器发送的写EEPROM_C单元的命令，从而将正常COS程序的16进制代码写入EEPROM_C单元，将COS更新完毕之后，可发命令写EEPROM_D单元中的Proflag标识无效，从而使下次复位时系统进入正常COS模式；
2)如无效则进入正常COS模式，此模式可处理正常的COS命令，如用户需要更新COS，则可发命令写可发命令写EEPROM_D单元中的Proflag标识有效，从而使下次复位时系统进入更新COS模式。
综上，本发明相对于传统的硬掩膜卡，在产品的研发及调试中具有明显优势，虽然，软掩膜卡需要用到大容量的EEPROM作为COS的存储期间，在程序代码量相同的情况下，比硬掩膜的ROM成本相对要高，但由于用于调试的芯片数量不多，其EEPROM所带来的额外成本是可以接受的。
如图3所示，本发明的软掩膜卡的ROM单元则可以写，ROM单元可实现rom_bus和xdat_bus的切换，当正常模式时，ROM单元的地址线接rom_addr，使用rom_bus进行读程序存储空间；而编程模式时，ROM单元的地址线接xdat_addr，使用xdat_bus的xdat_wr_rom进行写数据存储空间，两种模式通过SPC_FNC寄存器的WRS位进行选择。与普通卡相比，本发明的设计用户可重复地烧写COS，从而可以很好的满足用户前期的调试工作，为提高产品的交易速度和减少COS的硬掩膜风险提供了帮助。
如图4所示，本发明的存储器单元包括片内存储器和片外存储器，片外存储器包括程序存储器和数据存储器。片内存储器包括：作为MCU的程序存储器，存储Bootloader程序的ROM单元；作为MCU的程序存储器，存储COS程序的EEPROM单元；作为MCU的数据存储器，存放中间数据的IRAM单元。所述片外存储器包括：作为MCU的片外数据存储器的XRAM单元，它有两种用途，其一同IRAM单元一样，用于存放中间数据，其二，作为MCU与DBU进行数据通信的IO缓存区；作为MCU的非易失性数据存储器，用于存放UID、ATS序列和COS文件系统的扩展EEPROM单元；作为MCU与外设的通信接口，用于扩展3DES协处理、循环冗余码校验和随机数发生器等外设模块的XREG单元。
如图5和图6所示，存储器单元存储空间分配为：
本发明的存储空间结构与MCS-51兼容，分为片内程序存储空间、片内数据存储空间和片外数据存储空间三种，不支持片外程序存储器空间。
片内程序存储空间：由4K的ROM单元空间和32K的EEPROM单元空间组成，其中，小容量的ROM用于存放Bootloader程序，大容量EEPROM则用于存放COS程序。
片外数据存储空间：其中，64KB的片外数据存储空间又划分为扩展EEPROM单元空间、XRAM单元空间和XREG单元空间三部分，以0000h为起始地址的16K字节为XRAM单元空间，以4000h为起始地址的16K字节为XREG单元空间，8000h为起始地址的32K字节为扩展EERPOM单元空间。
表格1各类存储空间具体分配表
Figure BDA0000123506380000061
WRS＝0:EEPROM_C接ROM总线，EEPROM空间为EEPROM_D
WRS＝1:EEPROM_C接xdat总线，EEPROM空间为EEPROM_C
以上所述仅为本发明的较佳实施方式，本发明并不局限于上述实施方式，在实施过程中可能存在局部微小的结构改动，如果对本发明的各种改动或变型不脱离本发明的精神和范围，且属于本发明的权利要求和等同技术范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型。

Claims (6)

1.一种基于大容量EEPROM的软掩膜卡，它包括存储有Bootloader程序和COS程序的存储器单元，以及通过数据地址总线对所述存储器单元进行编程和读写访问的MCU单元，其特征在于，所述存储器单元包括用于存储Bootloader程序的ROM单元和用于存储COS程序的EEPROM单元，所述Bootloader程序中设计有进入COS程序的命令。
2.根据权利要求1所述的基于大容量EEPROM的软掩膜卡，其特征在于，所述Bootloader程序中设计有更新COS程序的命令。
3.根据权利要求2所述的基于大容量EEPROM的软掩膜卡，其特征在于，所述EEPROM单元包括存放COS程序的EEPROM_C单元，以及设置有Proflag标识，判断是进入COS程序还是更新COS程序的EEPROM_D单元，如果Proflag标识有效，则进入更新COS模式，此模式处理读写器发送的写EEPROM_C的命令，将正常COS程序代码写入EEPROM_C，COS更新完毕后，发命令写EEPROM_D中的Proflag标识无效，从而使下次复位时系统进入正常COS模式；如果Proflag标识无效，则进入正常COS模式，此模式处理正常的COS命令。
4.根据权利要求1所述的基于大容量EEPROM的软掩膜卡，其特征在于，所述ROM单元在正常模式时，ROM单元的地址线接rom_addr，使用rom_bus进行读程序存储空间；编程模式时，ROM单元的地址线接xdat_addr，使用xdat_bus的xdat_wr_rom进行写数据存储空间，两种模式通过SPC_FNC寄存器的WRS位进行选择。
5.根据权利要求1所述的基于大容量EEPROM的软掩膜卡，其特征在于，所述存储器单元为片内存储器，它包括存储Bootloader程序的ROM单元、存储COS程序的EEPROM单元和存放中间数据的IRAM单元。
6.根据权利要求5所述的基于大容量EEPROM的软掩膜卡，其特征在于，所述存储器单元还包括片外存储器，所述片外存储器包括：
作为MCU的片外数据存储器的XRAM单元；
作为MCU的非易失性数据存储器，用于存放UID、ATS序列和COS文件系统的扩展EEPROM单元；
作为MCU与外设的通信接口，用于扩展3DES协处理和随机数发生器的XREG单元。
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