CN1459074A - 多端口插卡 - Google Patents

Abstract

本发明涉及包含了ISO7816八个接触点的玫瑰结状装置及至少一条标准双向通道的传统智慧型卡，经由该插卡可能以约500Kbit/s的速度交换数据。为了允许在需要处理数Mb信息的环境中使用这种插卡，我们提出在该插卡上增加以标准双向通道连接至未用接头的一条高速串行通道，并将连接有数个编码/解码模块及一个多路复接模块(Mux)的第二总线(HSD)格式化。这些模块还被连接到插卡的传统总线上。

Description

多端口插卡

本发明涉及智慧型插卡，尤其涉及ISO7816型的智慧型插卡。

这些插卡以精巧模块的形式表示，它们包含诸如存储器、微处理器、调制解调器等大量电子元件。随着技术的快速进步，往日为大系统所保留的性能今后在智慧型插卡中即可得到。

ISO7816标准定义利用8个接触点的玫瑰结状装置(rosette)实现这种插卡的接口，这些接触点的功能由该标准定义。

这种插卡的思想已经由支持便携数据的需要加以规定，这种支持提供了用于保护这些数据的重大安全性。除了它们的结构以外，它们被使用在储存装置以及需要很少输入、输出装置的处理应用装置上。根据ISO7816标准，事实上在双向模式中只有一个接点是以半双工模式使用在该功能上的。

依此方式，当在其它单元中进行快速数据处理时，这些插卡的发展就受到了这种结构的限制，该结构将它们的作用限制在控制应用内。

付费电视的情况尤其如此，其中的信号是以随时间变化的密钥加以编码。在抵达解码器的音频/视频数据流中加入了含有加密形式密钥的管理信息(EMM)。当辨识到这种信息时即将该信息导入作为安全模块使用的智慧型插卡中。

在该实施例中，智慧型插卡包含不同的密钥，这些密钥允许将这些信息解密并确认订阅户是否有足够权限阅读这些数据。如果是这样，插卡就再发送允许解码器将编码数据加以解码的信息。

这种方法有若干不足之处。第一是它必须提供明码密钥给一个解码器，而该解码器不被认为是安全元件。这也是为何定期，通常为每秒，改变密钥的原因。尽管这种结构在许多方面令人满意，但在其它应用装置上却具有实质性问题，例如在数据储存装置上。在这种类型的应用装置上，密钥的有效性持续期概念就会消失，并且与编码数据以及只有智慧型插卡才能解码的密钥有关。

很容易理解，供应密钥给解码器-本例中为一台电脑的做法表示该密钥有被第三者拦截并失控公开的风险。

为了解决这种问题，一种可能的解决方案是直接在智慧型插卡中将数据解码。这样，由于直接在插卡内部使用这种密钥处理编码数据，编码密钥就不会离开插卡。

这种类型的使用很快便遇到了ISO7816插卡物理限制的困难，这种插卡的I/O端口传输速率约为10至100Kbit/s。

在使用ISO14443型非接触式插卡时也出现了同样类型的问题。传输速率约为106至425Kbit/s。

对插卡进行任何结构修改都将面临与不了解这种新规格的ISO7816及ISO14443读卡器的相容性问题。

本发明的目标在于获得一种既考虑到与现有读卡器的相容性又能提供其它服务的智慧型插卡，尤其是提供在插卡内部以数据速率所需的速度将编码数据解码的可能性。

该目标是以一块由八个接触点ISO7816的玫瑰结状装置以及至少一条标准双向通道共同组成的智慧型插卡实现，其特征在于它包含一条连接到未用接点的高速通道。

这里的未用接点意为根据标准不具有特别功能的接点，或是在本代插卡中不再使用的接点。

在这类接点中，我们发现了两个RFU(保留将来使用)接点以及允许供应高于5V(一般从12V至21V)电压给非挥发性存储器的Vpp接点。随着诸如NVRAM、EEPROM或FLASH这样的非挥发性存储器新技术的到来，该电压由插卡本身产生，因而如今已不再使用这类接点。

由于使用了这些补充线路，就有可能定义一种不同于那些ISO7816标准中所使用的协议，并因此而开启了其它应用装置的领域。

由于有了一条时钟线(CLK)、一条输入线(IN)、以及一条输出线(OUT)，可使用的这三条连线就提供了一条高速链路。例如利用作为双向I/O线路的标准通道，有可能将插卡的不同存取通道一同使用。这种高速通道向那些已存在的例如高速编解码模块增添新的功能。

使用这种高速通道对插卡架构具有重要意义。今后有可能提出一种完全在插卡内部实现的解码(或编码)模块。为此目的，经由快速通道抵达的数据将被导入一个特殊的解码模块。事实上，这些数据未必需要通过微处理器，它们可以通过内部高速总线直接去向特殊解码模块。

为此目的，根据本发明的智慧型插卡包含了允许在快速通道与一个或数个特殊模块之间直接存取的多路复接装置。如有必要，这些装置还允许将快速通道流导向微处理器。如果某些微处理器不能以数Mb/s的速度处理数据，那么其它更先进的版本可使这种处理成为可能，并可取代某些特殊模块。因此在那些实现数学运算工作的特殊模块中，微处理器可以通过软件(可编程)被替换，这多亏了电子线路(不可编程)。

根据本发明，多路复接装置允许将多个特殊模块串接。依照本发明的插卡可以包含一个第一数据压缩模块，其输出被导向一个编码模块。

在以快速通道偏压处理数据期间，其他通信装置仍保持可用，尤其是标准ISO7816中所说明的I/O链路或是ISO14443型的非接触式链路。因此就可以利用这些装置传送控制信息，该信息被用来传送插卡的管理信息，比如解码模块的参数或是附加到这些参数上的权限。

根据本发明，为了从数据流中分离出某些类型的数据，多路复接装置包含了抽取与注入装置。付费电视所用的数字数据流中包含了如音频或视频以及控制数据这样的有用数据。当该数据流被导向快速通道时，需要抽取含有解码密钥信息以及各种管理信息的控制数据。

以微处理器订制这种抽取与注入模块，并当某一信息符合辨识标准时，将该信息导向微处理器。

这种插卡所处理数据通常组织成数据块。各数据块以一块辨识码开始并说明该块中所含之信息型式。

在相反功能中，也就是对数据编码，该模块能够在来自于快速总线的数据流中插入控制数据。这些控制数据由中央单元产生，例如确认数据流的资格、以编码形式传送控制字，或是传送路由信息。对于这方面，该模块包含一个缓冲存储器用于接收来自快速总线的数据块以及来自中央单元的数据块。如果缓冲存储器包含了一块控制数据，那么就将它插到数据流中来自快速总线的数据块之后。然后将该数据流发送给成形模块以便导向快速输出端口。

由于有了这种结构，就有可能在智慧型插卡内部处理所有数据流，从而大大增加了数据的安全性。在插卡内部还可能创建编码或解码数据的完整数据流，其中含有如控制字等管理信息。

根据一个实施例，快速通道遵循USB标准(通用串行总线)。这种接口的特性在于信号使用两条接线，一条用于输入数据(IN)而另一用于输出数据(OUT)。

根据本发明的智慧型插卡包含了一个协议侦测模块，它可使插卡自身适应于USB协议，并通过例如重新产生时钟将它转换为智慧型插卡的内部协议。

在附图的帮助下，可以更好地了解本发明，该附图作为一个非限制性的实例，在该实例中，以单一图形表示了依照本发明的智慧型插卡及其读卡器的架构。

该图中表示了现有技术下的两种链路，那就是流电链路(A)及非接触链路(B)。尽管已知的插卡通常只包含这些链路中的一种，但为了相容性的原因可能生产这种插卡。

I/O链路被导向一个与缓冲存储器(BUF)相连的UART(通用异步收发器)。为消除噪声以及其它干扰，抵达UART的信号被格式化及滤波。在以微处理器处理进入的数据之前，用缓冲存储器(BUF)存储它们。

非接触性通道(B)进行类似的处理。读卡器所发出的信号同时被用来输入插卡。这就是为何插卡(20)天线具有四重功能的原因：即在插卡与读卡器之间传送和接收数据，提供一个时钟给微处理器并向插卡供电。供电模块(SPL)将高频载波转换成插卡可用的电压。该模块之上是一个调制信号的成形模块，如调制解调器。

如此获取的电压被传送给一个负责选择供电源的供电管理模块PWRM，特别是当有数个供应源可用时。在读卡器以电流方式向插卡供电的实施例中，供电管理模块(PWR)基本上选择来自读卡器的流电电流。然后将这稳压电压VP分配给插卡的元件。

然后就可以在图中实线所表示的标准总线上(STB)存取由UART所解码的信息。该总线允许所有模块之间互相连接，并以中央单元(CPU)作为管理控制器。为了其存储器的需要，插卡具有由一个程序存储器(ROM或NVRAM)、一个工作存储器(RAM)、及一储存存储器(NVRAM)组成的存储组件(MEM)。这些不同的存储器可由一个存储管理器(MM)管理。该模块还包含对不同存储器存取权限的管理。

根据本发明的插卡包含一条由图中虚线所表示的第二快速总线(HSB)。该HSB总线可为并行式或串行式，并允许多Mb/s的速度。为传输初始信息、密钥以及其它专用信息，连接在该总线上的模块还被连接到标准总线上。根据所支持的不同协议，快速HSB总线上所连接的是特殊编解码模块。这样，就可预见具有IDEA、DES、三DES、HASH或AES类型的模块。而且根据需要还可以添加诸如压缩或解压缩模块等其它特殊模块。

使用FPLA技术(现场可编程逻辑阵列)的一种模块允许将未来编码算法程式化。中央单元CPU可以设置该模块以完成信息编码或任何其它功能所需的运算。这种类型的模块通常可以安排根据完成选定的复杂功能的需要而连接在一起的单功能模块(例如移位寄存器，XOR)。

本发明的一个重要方面在于构成快速通道的元件。一个第一协议侦测模块DP负责信号的格式化并负责辨识所用的协议。该信号是根据内部协议-如同步总线上串连三条线-加以转换的。该模块负责配合外部接口所定义的标准。对协议的侦测是自动完成的，例如根据是否存在一个时钟信号或是根据所使用的传输速率而定。

一旦根据已知协议将信号格式化后，信号就被导向多路复接器MUX。根据需要，该模块允许发送信号至目标模块。中央单元CPU可以例如设置多路复接器发送快速通道的信号至IDEA编码模块。当流动时，抽取与注入模块FF分析数据并抽取出那些符合程式化准则的数据。当满足辨识准则时，抽取与注入模块FF就产生一个中断，该中断通知中央单元CPU有这些数据可用。

假如数据流处理容量足够的话，多路复接器MUX模块还能发送数据至中央处理单元CPU。同样可能在MUX模块中集成一个缓冲存储器，以便在目标模块能够处理数据之前暂时储存数据。

如以上所述，抽取与注入模块FF在两个方向上起作用，并允许向快速通道插入控制数据块。

已知这种插卡没有内部时钟产生器，而是依靠来自于读卡器的时钟信号。在我们的情况中，我们有三种可能的时钟来源，根据标准ISO7816的标准输入CLK，自非接触性传输提取的C1时钟，或是伴随快速总线的时钟C2。时钟管理模块CLKM管理这些不同的信号源并确定插卡收到时钟脉冲。该模块还包含根据需要乘除频率的装置。根据需要，该模块可产生数种时钟脉冲信号，例如，中央单元CPU所用的第一频率以及快速模块(DVD、PKC、IDEA……)所用第二频率。

对不同时钟源的管理符合依分类定义的准则。优选次序通常为来源ISO7816(CLK)，然后是非接触性来源ISO14463(C1)，最后是快速通道来源(C2)。

本发明还涉及一种读卡器，该读卡器包含用于通过快速通道与智慧型插卡通信的装置。

该读卡器必须能适应大量类型的插卡，尤其是不同代的。读卡器对电脑的接口是允许快速传输数据的USB端口。智慧型插卡可能不支持该协议而且需要三线接头(IN、OUT、CLOCK)。在这种情况下，读卡器带有一种接口，该接口允许以插卡可接受的协议转换符合USB标准的信号。必须注意的是，对于插卡类型及其通信容量的辨识，是以标准中定义很好的传统通道完成的。这些通道可以是ISO7816型(流电式)或ISO14443型(电磁式通道)的。

根据读卡器的某种特殊实施例，抽取与注入模块FF位于读卡器内部。依此方式，所有数据流都可以沿快速通道抵达，例如沿USB接口，并且对于管理信息的辨识是在该读卡器内部完成的。后者将由传统通道发送至智慧型插卡。

主要元件对照表

20        插卡

Claims (6)

1.一种包含ISO7816型八个接触点的玫瑰结状装置的智慧型插卡，该装置包含一个解码模块，一个连接至第一总线(STB)的中央单元(CPU)，至少一条标准双向通道，以及一条通过标准双向通道连接至未用接点的高速串行通道，其特征在于高速串行通道连接至第二总线(HSB)，以及它包含一个多路复接模块(MUX)以及由第二总线(HSB)连接的多个编解码模块，所述的编解码及多路复接模块(MUX)同样连接至第一总线(STB)。

2.根据权利要求1所述的智慧型插卡，其特征在于，其中编解码模块的类型为诸如IDEA、AES、HASH、DES、或三DES。

3.根据权利要求1所述的智慧型插卡，其特征在于，其中多路复接模块(MUX)以星状架构连接并允许串接数个编解码模块。

4.根据权利要求1至3所述的智慧型插卡，其特征在于，其中包含一个抽取与注入模块(FF)，该模块负责接收高速通道数据并将其与预定值比较，且负责传输所辨识的数据至中央单元(CPU)。

5.根据权利要求4所述的智慧型插卡，其特征在于，其中抽取与注入模块(FF)包含一个控制数据输入端以及允许在来自高速总线(HSB)的数据流中插入这些数据的缓冲存储器。

6.根据前面任何一个权利要求所述的智慧型插卡，其特征在于，其中标准双向通道是符合ISO14443标准的非接触性类型。