CN212411050U - 一种智能卡管理装置和智能卡系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例涉及一种智能卡管理装置，其中，智能卡管理装置为具有总线扩展层的四层结构，其包括：处于第一层的控制器，处于第三层的多个智能卡控制模块，处于第四层的多个智能卡；第二层为用于实现控制器与每一智能卡控制模块通信的总线扩展层，且总线扩展层包括：一级结构的总线扩展模块或者多级结构的通过级联方式挂接的总线扩展模块；总线扩展层中最后一级的每一总线扩展模块连接第一预设数量的智能卡控制模块；每一智能卡控制模块连接第二预设数量的智能卡；同一级结构的所有总线扩展模块集成在一个FPGA或CPLD的可编程器件上。本实用新型的管理装置布线简单、成本低、灵活性高。

Description

一种智能卡管理装置和智能卡系统

技术领域

本实用新型实施例涉及总线技术，具体涉及一种智能卡管理装置。

背景技术

随着技术的不断发展，微控制器的集成度越来越高，其所携带的外设接口也越来越丰富。例如，一颗小小的嵌入式SoC（System-on-a-Chip，系统级芯片）上不仅集成了CPU、GPU等等大规模数据处理单元，其通常也会携带有UART（Universal AsynchronousReceiver/Transmitter，通用异步收发传输器）、USB、IIC（Inter-Integrated Circuit，集成电路总线）、SPI（Serial Peripheral Interface，串行外设接口）等与外部设备通信的接口，以便于采集外部传感器数据或与其他设备进行通信。

尽管现有的控制器芯片集成度越来越高，接口也越来越丰富，但对于一些特殊应用场景（例如大规模传感器阵列、智能卡管理设备等等）常常需要控制器与成百上千乃至数万个传感器或智能卡进行通信，而控制器其自身所携带的外设接口数量则非常有限。因此，亟需一种有效的具有总线扩展方案的智能卡管理装置来解决此类问题。

实用新型内容

为了解决现有技术存在的问题，本实用新型的至少一个实施例提供了一种智能卡管理装置。

第一方面，本实用新型实施例提出一种智能卡管理装置，所述智能卡管理装置为具有总线扩展层的四层结构；

所述智能卡管理装置包括：处于第一层的控制器，处于第三层的多个智能卡控制模块，处于第四层的多个智能卡；

第二层为用于实现控制器与每一智能卡控制模块通信的总线扩展层，且所述总线扩展层包括：一级结构的总线扩展模块或者多级结构的通过级联方式挂接的总线扩展模块；

所述总线扩展层中最后一级的每一总线扩展模块连接第一预设数量的智能卡控制模块；

每一智能卡控制模块连接第二预设数量的智能卡；

其中，同一级结构的部分/全部总线扩展模块集成在一个可编程器件上。

在一些实施例中，控制器与第二层中第一级的总线扩展模块之间的通信协议为下述协议中的一种：

UART协议、IIC协议、SPI协议、USB通信协议、CAN总线协议和以太网协议；

第二层中最后一级的总线扩展模块与该总线扩展模块连接的智能卡控制模块之间的通信协议为下述协议中的一种：

UART协议、IIC协议、SPI协议、USB通信协议、CAN总线协议和以太网协议。

在一些实施例中，所述第一层、第二层与第三层的各模块之间使用的通信协议相同；

和/或，所述第一层、第二层与第三层的各模块之间使用的通信协议为USB通信协议；

和/或，总线扩展层与上一层、下一层使用的通信协议不同；

和/或，在总线扩展层，同一级结构的所有总线扩展模块集成在一个FPGA或CPLD上。

在一些实施例中，所述总线扩展层包括一级结构的总线扩展模块，且一级结构的每一个总线扩展模块为一个虚拟的USB HUB；

和/或，

所述总线扩展层包括多级结构的总线扩展模块，每一级结构的每一个总线扩展模块为一个虚拟的USB HUB；

每一级结构中每一个USB HUB连接多个智能卡控制模块，也连接下一级的总线扩展模块。

在一些实施例中，所述总线扩展层包括多级结构的总线扩展模块，每一级的每一个总线扩展模块通过一个FPGA/CPLD实现。

第二方面，本实用新型实施例还提供一种智能卡系统，包括业务服务模块、外部终端和上述第一方面任一所述的智能卡管理装置，所述智能卡管理装置与业务服务模块交互，也与外部终端交互。

实用新型

在本实用新型实施例的至少一个实施例中，智能卡管理装置设置有总线扩展层，该总线扩展层可包括：一级结构的总线扩展模块或者多级结构的通过级联方式挂接的总线扩展模块，实现了灵活扩展。

此外，同一级结构的所有总线扩展模块集成在一个可编程器件上，进而实现布线简单、成本低、使得信号质量更好，通信速率更高。

本实用新型的智能卡管理装置解决了现有技术中采用若干分立数字逻辑单元作为总线信号的开关器件，导致设备整体元件多，成本高且稳定性下降的问题，还解决了现有技术中过多的分立元件不利于印制电路板的小型化设计的问题，进一步解决了总线扇出过大导致通信速率下降，误码率增加的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，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实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中一种方案对应的直接扩展逻辑框图；

图2为现有技术中另一种方案对应的多级扩展框架图；

图3A和图3B均为本实用新型实施例提供的一种智能卡管理装置的架构图；

图4为图3A的智能卡管理装置的数据转接方法的流程示意图；

图5A和图5B均为本实用新型实施例提供的另一种智能卡管理装置的架构图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

为了更好的理解本实用新型实施例中的智能卡管理装置的总线扩展结构，先对现有技术中的智能卡管理装置的各总线扩展的方式进行说明。

由于智能卡管理装置中智能卡采用ISO7816协议进行通信，因此现行市场上的智能卡管理装置主要有两种总线扩展方法：

第一种总线扩展方法是利用数字逻辑单元（如多路开关）作为主要部件，通过对数字逻辑单元的通道选择引脚的控制，从而实现将控制器的UART引脚与智能卡相连，从而实现了分时的通信，其结构简单且易于实现。

如图1所示，当控制器要与智能卡进行通信时，先发送路选信号给多路开关。多路开关收到信号后，根据路选信号将控制器的通信信号线分别转接到对应的智能卡的通信信号线上。如路选为0则将控制器信号线接通至智能卡1a，若为1则接通至智能卡2a。

然而，上述的总线扩展方法存在下述的缺陷：

a）由于不同批次、不同厂家、不同型号的多路开关其响应速率各不相同，控制器发出路选信号后，需要等待足够长（一般为几十毫秒至几百毫秒）才能尝试与智能卡进行通信。否则可能导致数据丢失。

b）多路开关一般8选1，体积较大，如果通信信号线较多，如SPI4线等则需要占用很多PCB空间。

c）UART为异步通信，因此智能卡随时都可能会往控制器发送信息，当控制器还没有选择与其进行通信时则会导致上行数据丢失。例如当智能卡2a有信息发送给控制器，而此时控制器正与智能卡1a进行通信，此时智能卡2a的信息就无法被控制器获取。

第二种总线扩展方法主要是为解决第一种总线扩展方法中的c)缺陷产生的。基于前述描述，第一种方法的总线扩展会导致诸如UART等异步通信数据丢失。因此，第二种方法在控制器与智能卡之间加入了一个单片机作为智能卡的数据缓冲器。当控制器未与其进行通信时，若智能卡有数据要发给控制器，此时与其相连的单片机就会先将数据缓存起来，等到控制器与单片机进行通信时再将数据发给控制器。该方案解决了第一种方案中的数据丢失缺陷，同时，由于单片机都会有多个UART接口，扩展数量相对直接扩展有所提升。

如图2所示，当控制器需要与智能卡控制器1n连接的一个“指定智能卡”进行通信时先通过路选信号进行选通，此步骤与第一种方法相同，随后再将数据发送给“单片机”，单片机收到数据后再发起与“指定智能卡”的通信。当“指定智能卡”有数据返回时，数据将被“单片机”接收并缓存。此后需要依据两种不同情况做处理：a)当控制器仍在与“单片机”进行通信，则直接将数据发送给控制器并清除缓存；b)控制器已经“断开”（达到一定的超时时间）与“单片机”的连接，此时数据被缓存，直至下一次控制器再次与“单片机”进行通信时再上传。

然而，缺陷如下：1）电路元件增加，操作复杂；

2）在一般的实践应用时，常常会在智能卡控制器与控制器总线间增加一级开关，从而试图增加挂接智能控制器的数量，但这样会使得电路进一步复杂化，元件的增多除了导致成本增加外，还会使得系统稳定性降低；

3）操作复杂，总线切换等待时间增加，导致通信效率下降；

4）实际应用中总线的带载能力是有限的，将过多的从设备挂接在总线上会导致总线的时序建立时间变长，波形变差，因此必须降低通信速率以保证通信质量。

为了更好的解决上述图2所示的总线扩展方案采用若干分立数字逻辑单元作为总线信号的开关器件，导致设备整体元件多，成本高且稳定性下降；且过多的分立元件不利于印制电路板的小型化设计；总线扇出过大导致通信速率下降，误码率增加等等问题。

本实用新型实施例提供一种智能卡管理装置，该智能卡管理装置可为具有总线扩展层的四层结构。本实施例的智能卡管理装置可包括：处于第一层的控制器，处于第三层的多个智能卡控制模块，处于第四层的多个智能卡；第二层为用于实现控制器与每一智能卡控制模块通信的总线扩展层，且所述总线扩展层包括：一级结构的总线扩展模块或者多级结构的通过级联方式挂接的总线扩展模块；

所述总线扩展层中最后一级的每一总线扩展模块连接第一预设数量的智能卡控制模块；

每一智能卡控制模块连接第二预设数量的智能卡；

其中，同一级结构的所有总线扩展模块集成在一个可编程器件上，例如FPGA（Field Programmable Gate Array，现场可编程门阵列）或CPLD（Complex ProgrammableLogic Device，复杂可编程逻辑器件）上。

在本实施例中，智能卡管理装置设置有总线扩展层，该总线扩展层可进行级联式挂接总线扩展模块，进而实现了灵活扩展。此外，同一级结构的所有总线扩展模块集成在一个FPGA或CPLD的可编程器件上，进而实现布线简单、成本低、使得信号质量更好，通信速率更高。

如图3A所示，图3A示出了本实用新型一实施例提供的一种智能卡管理装置的架构图，本实施例的智能卡管理装置可包括：处于第一层的控制器，处于第二层的总线扩展模块31和总线扩展模块32，处于第三层的多个智能控制模块，处于第四层的多个智能卡；

其中，控制器与每一个总线扩展模块之间均通过USB通信协议进行通信，每一个总线扩展模块与每一个智能卡控制模块之间通过USB通信协议进行通信。本实施例的每一个智能控制模块与智能卡之间的数据通信可为现有技术的数据通信方式，本实施例并未改进。

在本实施例中，总线扩展层可包括：位于一个FPGA上的一级结构的总线扩展模块，且一级结构中有多个总线扩展模块，在图3A中示出的是总线扩展模块31和总线扩展模块32。

在图3A中，总线扩展模块31连接多个智能卡控制模块，如图3A所示的智能卡控制模块41、42，总线扩展模块32也可以连接多个智能卡控制模块，如智能卡控制模块51、52等，本实施例不对其限制。

需要说明的是，总线扩展模块31和32使用FPGA只是实践选择的设备的一种，总线扩展模块主要作用是衔接智能卡控制模块与控制器的数据转发以及控制的作用。通常，智能卡控制模块可以通过一个单片机芯片加上外围元件组成，可以通过自身的Smart card、UART（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，通用异步收发传输器）接口或GPIO（General-purpose input/output，通用型输入/输出）来实现与智能卡（即SIM卡）的通信交互，并对智能卡进行管理操作。

在本实施例中，在智能卡控制模块作为USB设备接入到控制器的USB控制器（即总线扩展模块）上，控制器是作为USB主机。在双方开始通信之前，智能卡控制模块也需要对自身进行配置，向USB主机声明自己是一个怎样的设备，在后续的通信过程中采用怎样方式来通信。这些数据信息是在给智能卡控制模块编写程序时预置的。

FPGA除了以本方案的方式挂接外，还可以通过级联方式挂接，从而实现挂接设备数量的指数级倍增，如图3B所示。

可理解的是，在图3A和图3B中每一个总线控制模块均负责控制器与每一智能卡控制模块之间的通信，类似开关功能。图3A和图3B仅为示意说明，并不限定数量。

为了更好的理解图3A中所示的智能卡管理装置的数据转接方法，以下结合图4进行详细说明。

当控制器需要与智能卡11进行通信时，其步骤可包括下述步骤：

401、控制器接收外部终端的服务请求，所述服务请求中携带智能卡标识。

在本实施例中，智能卡标识可为智能卡编号。本实施例的智能卡编号可为方便智能卡管理装置进行管理进行的顺序编号，根据实际需要配置，例如，一个智能卡控制模块连接8张智能卡，而一个智能卡管理装置通过总线扩展后连接有100个智能卡控制模块，那么一个智能卡管理装置就是管理有800张智能卡。此时可通过1~800为各智能卡进行编号。本实施例不限制编号方式，根据实际需要配置。

402、所述控制器根据智能卡标识，获取与智能卡标识关联的所有总线扩展模块（如总线扩展模块31）的标识和智能卡控制模块（如智能卡控制模块41）的标识。

在实际应用中，控制器内存储有与每一个智能卡关联的智能卡控制模块、总线扩展模块的标识的表格或映射关系。

403、控制器服务请求和所有总线扩展模块的标识，向第一级的总线扩展模块的标识所属的总线扩展模块发送控制指令，以使该总线扩展模块基于所有总线扩展模块的标识将控制器数据线桥接至对应智能卡控制模块的标识的智能卡控制模块。

也就是说，控制器往总线扩展模块31发送控制指令，总线扩展模块31收到控制指令后将控制器数据线桥接至智能卡控制模块41，其余智能卡控制模块均断开与控制器的连接，以确保每一时刻仅有一个智能卡控制模块连接在控制器上。

在本实施例中，总线扩展模块是一种“硬件编程”的器件，通常，使用HDL语言来对它进行设计，为此，总线扩展模块31接收到控制指令后实现硬件的桥接变换即为数据线桥接。

404、所述控制器接收最后一级的总线扩展模块反馈的所述控制指令的准备响应（即ready响应），并与智能卡控制模块建立数据连接，以实现与智能卡标识对应的智能卡通信。

需要说明的是，在总线扩展层为多级级联结构时，为了保证总线扩展层的所有级别的总线扩展模块准备就绪，控制器可以在接收最后一级的总线扩展模块反馈的ready响应时，与智能卡控制模块建立数据连接。本实施例中最后一级可为和智能卡控制模块直接连接的一级作为最后一级总线扩展模块。

结合图3A所示的结构，总线扩展模块31完成操作后往桥接好的总线上发送总线ready响应，以告知控制器通信线路已经准备完成可以传输数据，并转入侦听状态。同时，总线扩展模块31也向智能卡控制模块41反馈准备响应。

进而智能卡控制模块41与控制器连接，控制器根据智能卡控制模块41提供的数据信息完成相应配置（利用默认的通信端点0分别配置读、写端点等USB通信协议的内容）；控制器将数据传输给智能卡控制模块41；智能卡控制模块41根据接收到的数据信息找到相应的智能卡11，并将数据下发至相应智能卡11，从而完成一次数据下发。此时下发到智能卡11的数据可理解为从网口接收到的，来自外部终端的应用请求的数据，如移动网络对SIM卡发起的鉴权认证请求。

当控制器根据服务请求需要与智能卡22进行通信时，首先发送通道切换控制信号，此时处于侦听状态的总线控制模块31会立即执行切换工作，并再次重复上述过程。可理解的是，总线扩展模块进入侦听状态是为了侦听来自控制器的切换通道（切换到与另一个智能卡控制模块通信）的命令，其最终实现与其他智能卡通信。

当智能卡执行完操作（如读、写智能卡的操作）并返回结果后，需要将数据传回控制器时：

1）智能卡控制模块41接收并存储数据；

2）控制器再轮询至智能卡控制模块41时，将数据上传，完成通信过程。

如图5A和图5B所示，图5A和图5B分别示出了本实用新型另一实施例提供的一种智能卡管理装置的架构图，本实施例的智能卡管理装置可包括：处于第一层的控制器，处于第二层的总线扩展模块，处于第三层的多个智能控制模块，处于第四层的多个智能卡；

在本实施例中，图5A的一级结构的总线扩展模块呈现/实现为虚拟的USB HUB（简称V-HUB），其下连接若干个智能卡控制模块（如91、92、93），并提供必要的其他配置功能。图5B中第一级结构的总线扩展模块对控制器呈现为虚拟的V-HUB，第二级结构的总线扩展模块对控制器也呈现为虚拟的V-HUB，每一级结构的每一个总线扩展模块可以连接若干智能卡控制模块，还可以借助USB接口的方式扩展连接下一级的总线扩展模块。

特别说明的是，每一级的每一个总线扩展模块均不是一个USB HUB的芯片，而是通过FPGA或CPLD来实现的一个USB HUB。

在本实施例中，总线扩展层可包括：位于一个FPGA上的一级结构的总线扩展模块，且一级结构中有多个总线扩展模块。

为方便理解，对该图5A所示的结构的数据转接过程进行说明。

1）总线扩展模块上电过程中，总线扩展模块待电压稳定后对控制器呈现为一个V-HUB，其下连接的智能卡控制模块91、92和93作为设备挂接在HUB上，但在初始化完成之前，总线控制模块暂时不会让智能卡控制模块91、92和93接入，完成以下开始初始化过才可正常接入并与主控制器通信。

在该总线扩展模块所在的FPGA在电源达到一定级别后才开始启动工作。

在USB通信协议拓扑中有三类角色：主机（如控制器）、设备（如智能卡控制模块）、HUB。一般是设备直接与主机相连。当USB接口不够用时可以增加一个USB接口扩展器，然后又可以在上面插多个USB设备。这里的V-HUB类似上述的能够扩展USB接口扩展器的部件，如图5B所示。

此外，在其他实施例中，每一级的总线扩展模块可以实现1个USB HOST，也可以实现多个USB HOST，图5B仅为一个扩展的示意图，本实施例并不对其限定，根据实际USB接口扩展的需求进行USB的扩展。

2）控制器初始化总线扩展模块，以使得智能卡控制模块91、92和93接入；

3）控制器初始化每一智能卡控制模块91、92和93，并记录其通信端点（USB通信协议中的通信端点），标记智能卡控制模块91、92和93的序号（用于后续与智能卡通信时的索引）。

USB通信都是以端点来实现交互访问的。一个设备可以有多个通信端点，可用于不同的操作。由于在HUB模式下，所有设备在主机的视角下都是同时可见的，为了避免通信的冲突需要给这些设备按一定顺序做好编号，为后续寻址智能卡做准备。

智能卡的序号是根据它连接在智能卡控制模块的不同引脚来定序的。

智能卡控制模块的序号会记录在控制器即主控制器中。

4）控制器重复执行2）~3）步骤，直至所有智能卡控制模块全部初始化完毕。

以上便完成了总线初始化过程。当控制器需要与智能卡通信时，可以通过先前记录的索引信息找到智能卡控制模块的通信端点，然后将数据（外部终端的各数据）下发至智能卡控制模块，智能卡控制模块通过解析数据信息，再将数据下发至相应的智能卡就可以实现信息的交换。

在完成初始化过程后，所有的智能卡控制模块在控制器视角下都是同时可见的，V-HUB类似一个USB接口扩展器，进而可以扩展出许许多多的USB接口，智能卡控制模块就连接在这些扩展出来的USB口上。当控制器要与某个智能卡控制模块通信时，只需要往相应的通信端点发数据就可以实现通信了。

当智能卡执行完操作并返回结果后，需要将数据传回控制器时：

1）智能卡控制模块接收并存储数据；

2）控制器轮询（即使是中断传输模式，本质上USB也是轮询）至智能卡控制模块时，将数据上传，完成通信过程。由于此种方式下可使用中断传输方式，因此响应会很快。

上述图3A至图5B所示的智能卡管理装置，可解决现有技术中需要使用大量分立多路开关、串并转换等等数字芯片，使得印制电路板需要大量空间用来放置这些元件，从而导致设备小型化困难，同时也带来了布线困难、稳定性差，成本高等问题。

在本实施例中，借助一个FPGA或CPLD便轻松实现此功能，因此可以实现设备小型化、低成本、低功耗等。

另外，在图5A中，每一级的每一个总线扩展模块可以使用单独的FPGA来实现，或者每一级所有的总线扩展模块可以使用单独的FPGA来实现。

需要说明的是，上述任一实施例中总线扩展层与上一层、下一层之间的协议可以相同（如可以是USB通信协议），也可以不同。图3A至图5B中示出的总线扩展层和上一层（即控制器所在的第一层）、下一层（即智能卡控制模块所在的第三层）的通信协议均是相同的协议的实例，在实际应用中，可以根据需要进行选择，并不进行限定。智能卡管理装置中控制器与总线扩展层中第一级的总线扩展模块之间的通信协议可为：UART协议、IIC协议、SPI协议、USB通信协议、CAN总线协议或以太网协议。总线扩展层中最后一级的总线扩展模块与该总线扩展模块连接的智能卡控制模块之间的通信协议也可以为UART协议、IIC协议、SPI协议、USB通信协议、CAN总线协议和以太网协议等协议中的一种。

上述任意的智能卡管理装置与现有技术进行比较，现有方式通过在控制器SPI总线上增加驱动器来的方式可以在一定程度上增加挂载从设备数量，但实际应用中效果并不好。主要原因是：一方面驱动器的带载能力也是有限的，在实际测试中，从设备数达到6个，其信号衰减变得很严重，18Mbps的总线理论速率，实测只能达到2Mbps左右，而且误码率很高；另一方面总线上增加了驱动器会使得总线上的信号产生延迟，走线不良也会导致时钟同步异常，信号畸变，从而使得控制器与从设备无法正常通信。

而在本实用新型实施例中，用USB总线方式进行数据传输，由于USB采用差分信号传输，其抗干扰能力远高于普通电平信号，而且USB2.0的理论速度可达480Mbps，USB3.0则可达惊人的5Gbps，因此传输速率远高于现有方案。

另外，现有方式的扩展方式所挂载从设备数量与传输速度是一对矛盾体，即若多挂接从设备则无法保证通信速率，保证了通信速率则不能挂接太多从设备。因此在实际应用中，平衡两者的关系，目前应用中一般所能管理的卡数量比较少。

本实施例中仅在HUB模式下，一个控制器的USB host可以挂接127个总线扩展模块，一个总线扩展模块上又可实现若干个USB host。假定仅实现一个USB host，则其又可挂接127个智能卡控制模块。以一个智能卡控制模块控制8张智能卡算，一个控制器的USB口可以管理129032（127*127*8）张智能卡，如此惊人的规模可以满足几乎所有应用场景。而如果将总线扩展模块设计为级联模式，则数量更可呈指数级增长。

根据本实用新型实施例的另一方面，本实用新型实施例还提供一种智能卡系统，包括业务服务模块、外部终端和上述任意所述的智能卡管理装置，所述智能卡管理装置与业务服务模块交互，也与外部终端交互。

需要说明的是，FPGA是一种数字门电路的集成，在FPGA中具有大量的这些基础的门电路。通过对FPGA进行设计，可以实现各种各样的逻辑功能。本实施例中需要一块FPGA芯片就能实现上述各级总线扩展模块的功能，进而外部元件少，可以有效简化电路板走线，同时减少故障的概率，提高了智能卡管理装置的可靠性，实用性，有效降低了成本。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的组件，各组件及组件的连接关系均是通过电子硬件实现的，即本实用新型中各结构均是通过电子硬件或可编程器件的方式实现。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。

本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本实用新型的范围之内并且形成不同的实施例。

虽然结合附图描述了本实用新型的实施方式，但是本领域技术人员可以在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。

Claims (10)

1.一种智能卡管理装置，其特征在于，所述智能卡管理装置为具有总线扩展层的四层结构；

所述智能卡管理装置包括：处于第一层的控制器，处于第三层的多个智能卡控制模块，处于第四层的多个智能卡；

第二层为用于实现控制器与每一智能卡控制模块通信的总线扩展层，且所述总线扩展层包括：一级结构的总线扩展模块或者多级结构的通过级联方式挂接的总线扩展模块；

所述总线扩展层中最后一级的每一总线扩展模块连接第一预设数量的智能卡控制模块；

每一智能卡控制模块连接第二预设数量的智能卡；

其中，同一级结构的部分/全部总线扩展模块集成在一个可编程器件上。

2.根据权利要求1所述的智能卡管理装置，其特征在于：

控制器与第二层中第一级的总线扩展模块之间的通信协议为下述协议中的一种：

UART协议、IIC协议、SPI协议、USB通信协议、CAN总线协议和以太网协议。

3.根据权利要求1所述的智能卡管理装置，其特征在于：

第二层中最后一级的总线扩展模块与该总线扩展模块连接的智能卡控制模块之间的通信协议为下述协议中的一种：

UART协议、IIC协议、SPI协议、USB通信协议、CAN总线协议和以太网协议。

4.根据权利要求1所述的智能卡管理装置，其特征在于：

所述第一层、第二层与第三层的各模块之间使用的通信协议相同；

和/或，所述第一层、第二层与第三层的各模块之间使用的通信协议为USB通信协议。

5.根据权利要求1所述的智能卡管理装置，其特征在于：

总线扩展层与上一层、下一层使用的通信协议不同。

6.根据权利要求1所述的智能卡管理装置，其特征在于：

总线扩展层中同一级结构的所有总线扩展模块集成在一个FPGA或CPLD上。

7.根据权利要求1所述的智能卡管理装置，其特征在于：

所述总线扩展层包括一级结构的总线扩展模块，且一级结构的每一个总线扩展模块为一个虚拟的USB HUB。

8.根据权利要求1所述的智能卡管理装置，其特征在于：

所述总线扩展层包括多级结构的总线扩展模块，每一级结构的每一个总线扩展模块为一个虚拟的USB HUB；

每一级结构中每一个USB HUB连接多个智能卡控制模块，也连接下一级的总线扩展模块。

9.根据权利要求8所述的智能卡管理装置，其特征在于：

所述总线扩展层包括多级结构的总线扩展模块，每一级的每一个总线扩展模块通过一个FPGA或CPLD实现。

10.一种智能卡系统，包括业务服务模块和外部终端，其特征在于，还包括上述权利要求1至9任一所述的智能卡管理装置，所述智能卡管理装置与业务服务模块交互，也与外部终端交互。

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