CN103034875A - 基于sm7电子标签读写器的射频读写模块及电子标签读写器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于SM7电子标签读写器的射频读写模块及电子标签读写器，其中射频读写模块包括：控制单元、射频读卡芯片和外围电路，其中，控制单元用于根据来自PC机的指令控制射频读卡单元通过外围电路与射频卡进行通信；射频读卡单元用于对信号进行编码、解码，以及对信号进行调制、解调；外围电路用于实现射频读卡单元与射频卡之间的通信；其中，控制单元内嵌有SSF33密码算法和SM7算法的IP核，射频卡为符合ISO/IEC14443标准并支持国产SM7密码算法的TYPE A或TYPE B型用户卡。

Description

基于SM7电子标签读写器的射频读写模块及电子标签读写器

技术领域

本发明涉及信息安全领域，具体而言，涉及一种基于SM7电子标签读写器的射频读写模块及电子标签读写器。

背景技术

2009年初国外MIFARE IC芯片的密码算法被破解，我国一些采用该芯片的非接触IC卡系统的安全正受到严重威胁。为保障国家信息安全，我国的密码管理政策要求在信息安全领域必须使用国产密码产品。近日国家密码管理局发布了RFID专用密码算法SM7，该算法可保护数据交换的安全，从根本上解决安全威胁。SM7电子标签读写器模块的硬件电路主要包括微处理器SSX45、射频芯片MF RC531、外围电路等。系统的工作方式主要是由SSX45对MF RC531进行控制与通信，MF RC531驱动外围电路对SM7用户卡进行读写操作。

发明内容

本发明提供一种基于SM7电子标签读写器的射频读写模块及电子标签读写器，用以提高门禁和公交等多种应用系统的安全性，满足应用系统的安全需求。。

为达到上述目的，本发明提供了一种基于SM7电子标签读写器的射频读写模块，其包括：控制单元、射频读卡芯片和外围电路，其中

控制单元用于根据来自PC机的指令控制射频读卡单元通过外围电路与射频卡进行通信；

射频读卡单元用于对信号进行编码、解码，以及对信号进行调制、解调；

外围电路用于实现射频读卡单元与射频卡之间的通信；

其中，控制单元内嵌有SSF33密码算法和SM7算法的IP核，射频卡为符合ISO/IEC 14443标准并支持国产SM7密码算法的TYPE A或TYPE B型用户卡。

较佳的，控制单元为SSX45安全芯片。

较佳的，射频读卡单元为MF RC531芯片。

较佳的，外围电路包括：时钟电路、EMC低通滤波器、接收电路、天线匹配电路及接口和天线。

较佳的，时钟电路内部集成有振荡器缓冲，其连接外部的13.56MHz的石英震荡晶体，以获取低相位抖动。

为达到上述目的，本发明还提供了一种电子标签读写器，其包括上述射频读写模块。

在上述本实施例中，通过采用集成有SM7密码算法IP核的控制单元控制射频读卡单元与射频卡进行通信，具有比采用其它国外密码算法的读写器更高的安全性，可以长时间高负荷稳定运行，具有较高的可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一实施例的基于SM7电子标签读写器的射频读写模块示意图；

图2为本发明一实施例的SM7电子标签的读写射频卡工作流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明一实施例的基于SM7电子标签读写器的射频读写模块示意图；如图1所示，该射频读写模块包括：控制单元10、射频读卡芯片20和外围电路30，其中

控制单元10用于根据来自PC机的指令控制射频读卡芯片20通过外围电路30与射频卡40进行通信；

射频读卡单元20用于对信号进行编码、解码，以及对信号进行调制、解调；

外围电路30用于实现射频读卡单元20与射频卡40之间的通信；

其中，控制单元10内嵌有SSF33密码算法和SM7算法的IP核，射频卡40为符合ISO/IEC 14443标准并支持国产SM7密码算法的TYPE A或TYPE B型用户卡。

本实施例中，通过采用集成有SM7密码算法IP核的控制单元控制射频读卡单元与射频卡进行通信，具有比采用其它国外密码算法的读写器更高的安全性，可以长时间高负荷稳定运行，具有较高的可靠性。

例如，控制单元为SSX45安全芯片，射频读卡单元为MF RC531芯片。

控制单元SSX45通过数据线、地址线、控制线等并行控制接口与射频读写芯片MF RC531连接，控制射频读写芯片MF RC531的正常工作，实现与射频卡(非接触IC卡)的通信。在每次上电或硬件复位后，MF RC531也复位其并行微处理器接口模式并自动检测当前微处理器接口的类型。SM7电子标签读写器模块选用具有公共读写选通和挂钩功能的MCU连接方式，系统采用中断(INT1)工作模式，即MCU利用MFRC531提供中断信息对其进行控制。另外，根据系统的需要，可以采用查询方式对MF RC531进行操作。

系统的工作方式即是由控制单元SSX45对射频读卡芯片MF RC531进行控制与通信，MF RC531驱动外围电路对SM7射频用户卡进行读写操作。具体说来，MCU(即SSX45)通过RS232串口接收PC机的指令，完成对用户卡的操作和整个读写器的管理；MF RC531负责信号的编码、解码，信号的调制、解调；外围电路建立射频读写芯片同射频用户卡之间的联系，此部分的设计直接影响到射频功率的大小以及系统的抗干扰能力；SM7射频用户卡是系统的应用终端，接收射频读写芯片的指令并返回指令执行结果；由集成有SM7算法的控制单元进行加解密等安全控制。

系统在运行的过程中需要对MF RC531进行初始化，接收上位计算机的指令，控制MF RC531，并且把MF RC531的状态信息反馈给上位计算机。

例如，外围电路包括：时钟电路、EMC低通滤波器、接收电路、天线匹配电路及接口和天线。

例如，时钟电路内部集成有振荡器缓冲，其连接外部的13.56MHz的石英震荡晶体，以获取低相位抖动。

MCU对MF RC531的控制是通过对其内部寄存器的读写来实现的。MFRC531内部共有64个寄存器，分成8页，每页8个寄存器。

MCU对SM7用户卡操作的命令主要有打开卡片、关闭卡片、写控制字、写密钥、个人化、读写块、增值减值等。无论哪种操作都必须先把命令代码写入到Command寄存器，比如执行验证密码则需要执行WriteRC(RegCommand，0x0c)命令。

MF RC531射频芯片是整个读写器的核心，它实现读写射频卡所有必需的功能，包括RF信号的产生、调制、解调、安全认证和防冲突等。作为微处理器与射频卡通信的中介，MF RC531与射频卡通过射频场来建立无线连接并完成数据交换。MF RC531方便的并行接口可直接连接到任何8位微处理器，对读卡器和终端的设计提供了极大的灵活性。MF RC531的内部EEPROM分为4部分，分别用于保存产品有关信息、存放寄存器初始化启动文件以及存放加密运算的密钥等。8×64位的FIFO用于缓存微控制器与芯片之间的输入/输出数据流，可处理数据流长度达64字节。芯片的中断请求有定时设置到、发送请求、接收请求、一个命令执行完、FIFO满、FIFO空等六种。MF RC531内有定时器，其时钟源于13.56MHz晶振信号，13.56MHz信号由晶振电路外接石英晶体产生。微处理器可借助于定时器完成有关定时任务的管理。定时器可用于定时输出计数、看门狗计数、停止监测、定时触发等工作。

匹配电路包括EMC低通滤波器、接收电路、天线匹配电路和天线。EMC低通滤波电路：系统在13.56MHz频率下操作，石英晶振产生用于驱动MFRC531以及作为驱动天线的13.56MHz能量载波的基频，这样会产生比该频率更高的谐波，因此对输出信号必须进行适当的滤波，低通滤波器元件包括L0和C0。接收电路——MF RC531的内部接收部分使用一个受益于副载波双边带的概念装入卡响应的调整，因此可以使用内部产生的VMID电势作为RX脚的输入电势。另外在VMID管脚接一个对地电容，提供一个稳定的参考电压。

为了获得稳定、可靠的射频信号，天线部分的电路设计非常关键。MFRC531根据其寄存器的设定对发送数据进行调制得到发送的信号，通过由天线驱动引脚TX1和TX2驱动的天线以13.56MHz的电磁波形式发送出去。在其射频范围内的非接触卡采用RF场的负载调制进行响应。天线接收到卡片的响应信号经过天线匹配电路送到MF RC500的接收引脚RX，芯片内部的接收器对接收信号进行解调、译码，并根据寄存器的设定进行处理，最后将数据发送到并行接口由微控制器读取。

为了给射频卡提供足够的能量，因此天线线圈采用直径为1mm的导线，设计为三圈的方形天线。

本发明实施例中的射频读写模块采用自主研发的芯片操作系统，无论从安全设计方面，还是算法优化设计角度，都有一定的先进性。在确保产品具有很高的安全性和可靠性的基础上，还设计了规范的RS232接口与上位机通讯，可读取所有符合ISO-14443标准的射频卡，保证了产品的易操作性和通用性。

读写器作为通用型RFID读写器首次支持专有国家密码算法SM7，可实现对SM7射频卡的安全读写自主研发的芯片操作系统。作为SM7电子标签读写器模块的核心，高性能的芯片操作系统提供设备运行所需的高效环境，以及拓展对各种应用的灵活支持。

图2为本发明一实施例的SM7电子标签的读写射频卡工作流程图；参阅图2，基于SM7电子标签读写器的射频模块的工作流程为：

首先初始化SPI串行接口，读Command(命令)寄存器直到Command寄存器的6位值为00H，内部初始化阶段此时结束，MF RC531准备接收控制；将80H写入Page(页)寄存器以初始化微处理器接口；读Command寄存器，如果该值为00H则微处理器接口初始化成功；在接口初始化之后通过将0X00写入页寄存器，激活线性地址模式。

接着为对SM7用户卡的操作。MCU对SM7用户卡操作的命令主要有打开卡片、关闭卡片、写控制字、写密钥、个人化、读写块、增值减值等。无论哪种操作都必须先把命令代码写入到Command寄存器，比如执行验证密码则需要执行WriteRC(RegCommand，0x0c)命令。

从操作流程上，可以把SM7用户卡的操作分为以下几项：复位请求、反碰撞操作、卡选择操作、写控制字、写密钥、个人化、读个人信息、认证操作、读写操作和增减值操作。完成对SM7用户卡的数据处理。然后将处理过后的用户数据输出至MF RC531芯片并控制外围电路最终完成对SM7用户卡的操作。

综上所述，本发明提供了基于SM7电子标签读写器的射频读写模块硬件实现方案，SM7电子标签读写器模块是一种读写射频卡的硬件设备，是搭建以射频读写为基础的应用系统的核心组成部分。通常RFID读写器由MCU、射频芯片、外围电路等几个部分组成，通过加载的密码算法实现对SM7射频卡的访问控制和读写功能。该产品由自主知识产权的安全芯片SSX45芯片及MF RC531射频芯片为主要组成部分，可实现对加载国有SM7密码算法的射频卡进行安全读写。可以满足门禁和公交等多种应用系统的安全需求，并极大的提高了应用系统的安全性，且具有明显的社会效益和经济效益..

本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。

本领域普通技术人员可以理解：实施例中的装置中的模块可以按照实施例描述分布于实施例的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个装置中。上述实施例的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种基于SM7电子标签读写器的射频读写模块，其特征在于，包括：控制单元、射频读卡单元和外围电路，其中

所述控制单元用于根据来自PC机的指令控制所述射频读卡单元通过所述外围电路与射频卡进行通信；

所述射频读卡单元用于对信号进行编码、解码，以及对信号进行调制、解调；

所述外围电路用于实现所述射频读卡单元与射频卡之间的通信；

其中，所述控制单元内嵌有SSF33密码算法和SM7算法的IP核，所述射频卡为符合ISO/IEC 14443标准并支持国产SM7密码算法的TYPE A或TYPE B型用户卡。

2.根据权利要求1所述的射频读写模块，其特征在于，所述控制单元为SSX45安全芯片。

3.根据权利要求1所述的射频读写模块，其特征在于，所述射频读卡单元为MF RC531芯片。

4.根据权利要求1所述的射频读写模块，其特征在于，所述外围电路包括：

时钟电路、EMC低通滤波器、接收电路、天线匹配电路及接口和天线。

5.根据权利要求4所述的射频读写模块，其特征在于，所述时钟电路内部集成有振荡器缓冲，其连接外部的13.56MHz的石英震荡晶体，以获取低相位抖动。

6.一种电子标签读写器，其特征在于，其包括权利要求1-5中任一项所述的射频读写模块。

Images