-
Die Erfindung betrifft ein Lesesystem für eine Speicher-
oder Chip-Karte und insbesondere ein Kartenlesegerät, das
an einen Mikrorechner angeschlossen werden kann. Ein
solches Lesegerät eignet sich sowohl zum Lesen von Karten mit
Synchronspeicher, z.B. wie bei Telefonkarten, als auch von
Chipkarten genannten Bankkarten.
-
Die zahlreichen Arten von Lesegeräten haben gemeinsam, daß
sie auf einem eigenen Mikroprozessor basieren, der den
Datenaustausch über eine Eingangs-/Ausgangs-Leitung der Karte
und das dazugehörige Übertragungsprotokoll verwaltet.
Darüber hinaus stellt der Mikroprozessor des Lesegerätes auch
den Dialog mit dem Mikrorechner sicher. Jedes Lesegerät
weist daher einen Mikroprozessor auf, dessen Konzeption
mehr oder weniger aufwendig ist und der beträchtlich zu den
Kosten des Lesegerätes beiträgt.
-
Die von jedem Lesegerät akzeptierten Karten und die
Protokolle zum Mikrorechner sind im Mikroprozessor des
Lesegerätes festgelegt. Dieser erkennt, ob er die angebotene Karte
verarbeiten kann, und bestimmt in Verbindung mit dem
Mikrorechner das Übertragungsprotokoll.
-
Die Verbindung eines Kartenlesegerätes mit dem Mikrorechner
erfolgt mittels eines Anschlusses oder Ports, der
ausschließlich für die Verbindung mit dem Lesegerät reserviert
ist. Der Port kann für eine serielle oder parallele
Übertragung vorgesehen sein. Dies erfordert daher für jeden
Mikrorechner einen speziellen Port für das Kartenlesegerät,
was nachteilig ist, da man aus Kostengründen und Gründen
der Flexibilität die Zahl der Zugangsports zum Mikrorechner
reduzieren möchte.
-
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Kartenlesegerät
anzugeben, das an einen Parallelport des Mikrorechners
angeschlossen werden kann, der im allgemeinen für den Drucker
verwendet wird. Der Drucker teilt daher denselben Port mit
dem Kartenlesegerät, wodurch das Anschließen des
Mikrorechners nicht komplizierter wird. Aufgrund auf dieser Art der
Verbindung wird durch die Erfindung ein vereinfachtes
Lesegerät geschaffen, das im Zusammenwirken mit dem
Mikrorechner arbeiten kann.
-
Eine solche Konzeption stößt jedoch auf Schwierigkeiten
hinsichtlich der Kompatibilität des Lesegerätes mit dem
Mikrorechner, mit dem es verbunden ist, sowie mit den
Peripheriegeräten (wie Druckern), die mit dem Mikrorechner
verbunden sind. Darüber hinaus darf ein solches Lesegerät, das
an demselben Port angeschlossen ist wie ein anderes
Peripheriegerät, nicht die Funktion dieses Peripheriegerätes
stören und darf auch nicht durch dieses Peripheriegerät
gestört werden.
-
Eine interessante Anwendung des erfindungsgemäßen
Lesegerätes besteht in der Benutzung von Speicherkarten oder
Chipkarten als Schlüssel für den Schutz von Programmen.
Tatsächlich machen die große Vielzahl der Speicherkarten und
Chipkarten und ihre Anwendungsvielfalt aus diesen Mittel,
die besonders für die Zugangskontrolle zu Programmen
geeignet sind. Im folgenden seien einige Beispiele für den
Einsatz genannt, die leicht mit einer Speicherkarte (oder
einer Chipkarte) für ein erfindungsgemäßes Lesegerät
realisierbar sind:
-
- Verwaltung des Ablaufdatums eines Programmes, das
vermietet wurde oder zur Demonstration dient;
-
- Vorauszahlen für die Zeiteinheit der effektiven Nutzung
eines Programms;
-
- Freigabe von Funktionen je nach Nutzer, d.h. Freigabe für
einen Nutzer, auf bestimmte Funktionen eines auf dem
Mikrorechner laufenden Programms zurückzugreifen;
-
- Ersetzen mehrerer Schlüssel für Programme durch eine
einzige Karte.
-
Ein weiteres Merkmal des erfindungsgemäßen Lesegerätes
beruht in seinem Aufbau. Tatsächlich braucht das Lesegerät
keinen Mikroprozessor zu haben. Das Programm des
Mikrorechners (PC) steuert also direkt das Lesegerät. Folglich
hängen die Produkte und unterstützten Protokolle einzig von
dem Programm des Mikrorechners ab.
-
Aus dieser Organisation ergibt sich ein erheblicher
Vorteil, der in der Entwicklungsmöglichkeit des Systems und
seiner Anwendungs- und Anpassungsvielfalt besteht. Zum
Beispiel erfolgt die Aktualisierung des Programms im
Mikrorechner durch Laden von Disketten, während bei den
bekannten Lesegeräten eine Änderung des Produktes oder des
Protokolls eine Änderung des Programmspeichers des
Mikroprozessors des Lesegerätes erfordert. Bestimmte Lesegeräte sind
femsteuerbar, aber teuer und für derzeitige Anwendungen
nur schwierig verwendbar.
-
Die Erfindung betrifft daher ein Lesesystem für
Speicherkarten (oder Chipkarten), das eine oder mehrere
Mikrorechner mit mindestens einem Eingangs-/Ausgangs-Anschluß sowie
ein Kartenlesegerät aufweist. Dieses System umfaßt
insbesondere einen Verbindungsanschluß, der eine Bypass-artige
Verbindung des Kartenlesegeräts sowie einer anderen
Nebenvorrichtung mit dem Mikrorechner über denselben
Eingangs-/Ausgangs-Anschluß ermöglicht. Diese Verbindung ermöglicht
die Übertragung wenigstens eines Bestätigungssignals zur
Bestätigung der Funktion des Lesegerätes, wobei das
Lesegerät eine Identifizierungsschaltung für dieses
Bestätigungssignal umfaßt.
-
Eine solche Konzeption der Übertragungsarchitektur ist
neuerdings möglich geworden aufgrund der Entwicklung der
Mikrorechner. Die Verarbeitungskapazitäten haben jetzt so
weit zugenommen und insbesondere auch die
Verarbeitungsgeschwindigkeiten ermöglichen, daß der Mikrorechner die
Arbeit übernimmt, die bisher durch den Mikroprozessor des
Lesegerätes erledigt wurde. So arbeitete zum Beispiel ein
Prozessor vom Typ 8086 mit 8 Bit und einer Taktfrequenz von
4 bis 5 MHz.
-
Der Prozessor vom Typ 286 mit 16 Bit-Registern arbeitet mit
einer Frequenz von 16 MHz Gegenwärtig arbeiten die
Prozessoren vom Typ 386 und 486 mit 32 Bit- bzw. 64 Bit-Registern
und mit Geschwindigkeiten, die 33 MHz bzw. 66 MHz
entsprechen. Darüber hinaus sind in einigen neuen Prozessoren
Verbesserungen der Architektur wie etwa ultraschnelle
Speicher, den sogenannten "Cache-Speichern", integriert, die es
ermöglichen, die Anzahl von Speicheraufrufen zu verringern,
und welche die Verarbeitungsleistung des Prozessors
steigern.
-
Unter diesen Bedingungen wurde es möglich, daß ein
Mikrorechner die Arbeit der Verwaltung des Kartenlesegerätes
übernehmen kann. Er ist nun insbesondere in der Lage, die
Protokolle der Datenübertragung an das Lesegerät zu
verwalten. Dies führt dazu, daß Modifikationen im Protokoll
leicht umzusetzen sind, da dies in dem Mikrorechner möglich
ist.
-
Wenn das Kartenlesegerät keinen Mikroprozessor aufweist,
wird der Mikrorechner geeignet programmiert, um
Informationen mit dem Lesegerät gemäß einem an das Lesegerät
angepaßten Protokoll auszutauschen.
-
Gemäß dieser Konzeption erweist sich der Mikrorechner für
den Datenaustausch über die Eingangs-/Ausgangs-Leitung der
Karte als ausreichend schnell. Die
Übertragungsgeschwindigkeit wird nur durch die Geschwindigkeit des Mikrorechners
begrenzt.
-
Obwohl der Mikrorechner ohne Schwierigkeiten eine
Information zu jedem Zeitbit bearbeiten kann, ist es ihm
allerdings unmöglich, die notwendige Zeitbasis mit ausreichender
Genauigkeit zu erzeugen. Folglich ist das Lesegerät für den
Datenempfang so ausgelegt, daß es die Eingangs-/Ausgangs-
Leitung vorrangig bedient, um für das Programm die
Information während der gesamten Dauer eines Zeitbits
bereitzustellen. Die Übertragung erfolgt nach einem ähnlichen
Prinzip; die von dem Programm übertragenen Bits werden durch
das Lesegerät resynchronisiert.
-
Die verschiedenen Aufgaben und Eigenschaften der Erfindung
werden aus der folgenden Beschreibung und den beigefügten
Figuren deutlich; es zeigen:
-
- Fig. 1a und 1b vereinfachte Ausführungsbeispiele des
erfindungsgemäßen Systems;
-
- Fig. 2 ein vereinfachtes Ausführungsbeispiel des
erfindungsgemäßen Lesegerätes;
-
- Fig. 3 die Datensignale und ihre übertragenen
Lesesignale;
-
- Fig. 4a und 4b ein detailliertes Ausführungsbeispiel des
erfindungsgemäßen Lesegerätes.
-
Anhand der Fig. 1a und 1b wird zunächst ein allgemeines
Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Systems
beschrieben.
-
In den Figuren sind ein Mikrorechner PC (wie ein PC), ein
Kartenlesegerät LC und ein weiteres Datenverarbeitungs-
Peripheriegerät, wie z.B. ein Drucker IMP, gezeigt.
-
Das Kartenlesegerät LC kann gleichermaßen Karten CA vom
Speicherkartentyp oder vom Chipkartentyp lesen.
Erfindungsgemäß können diese Karten verschiedene Modelle und Marken
darstellen.
-
Im einzelnen umfaßt der Mikrorechner PC erfindungsgemäß nur
einen einzigen Anschluß oder Port COL für die Verbindung
mit dem Kartenlesegerät LC und dem Drucker IMP.
-
Gemäß Fig. 1a weist das Kartenlesegerät einen Port CO2 für
die Verbindung mit dem Port CO1 des Mikrorechners über ein
Kabel CA1 und einen Port CO3 für die Verbindung mit dem
Port CO4 des Druckers über ein Kabel CA2 auf. Die Ports CO2
und CO3 sind im Lesegerät miteinander verbunden.
-
Nach Fig. 1b ist der Port CO2 des Lesegerätes mit dem Port
CO1 des Mikrorechners verbunden, aber das Kabel CA2 ist in
Bypassverbindung zum Kabel CA1 in der Weise angeschlossen,
daß das Lesegerät nur einen einzigen Port CO2 hat, an den
der Port CO4 des Druckers IMP angeschlossen werden kann.
-
In Fig. 2 ist ein vereinfachtes Ausführungsbeispiel des
erfindungsgemäßen Lesegerätes dargestellt, und die für die
Kommunikation zwischen Mikrorechner und Kartenlesegerät
notwendigen Leitungen und Signale sind dargestellt. In den
Fig. 4a und 4b sind praktische Realisierungen dieses
Beispiels dargestellt, insbesondere mit den genormten
Bezeichnungen der Signale an einem genormten parallelen Anschluß.
-
Im oberen Teil der Fig. 2 befinden sich die Ports CO2 und
CO3 für die Verbindung des Lesegerätes mit dem Mikrorechner
PC bzw. mit einem Peripheriegerät wie dem Drucker IMP.
-
Verbindungsvorrichtungen wie JC7 und JC9 erlauben die
Verbindung einer Karte mit dem Lesegerät. Wenn sich eine Karte
in dem Lesegerät befindet, erkennt eine Schaltung PR dies
und gibt ein Anwesenheitssignal über die Leitung CARTE an
den Mikrorechner PC aus.
-
Das Lesegerät LC weist eine Schaltung STR auf, welche die
Identifizierung eines vom Mikrorechner empfangenen Signals
ermöglicht und ihm anzeigt, daß es Informationen mit dem
Mikrorechner austauschen soll.
-
Der Mikrorechner gibt ein Signal auf der mit ST READER
bezeichneten Leitung aus; dieses Signal wird durch die
Schaltung STR identifiziert. Im gegebenen Fall verifiziert die
Schaltung STR die Abwesenheit des Signals auf einer STROBE
genannten Leitung. So erlaubt ein STROBE-Signal die
Kommunikation zwischen Mikrorechner PC und Drucker IMP zu
initiieren.
Das Lesegerät LC wird dann in den Empfangsmodus
aktiviert.
-
Im Fall der Übertragung von Informationen vom Mikrorechner
PC an das Lesegerät LC überträgt der Mikrorechner PC
Informationen über die DATA OUT genannte Leitung.
-
Nach dem Beginn jedes Informationsbits gibt eine
Taktgeberschaltung H auf der SYNCH BIT-Leitung ein Taktsignal aus,
dessen vordere Flanke nach der vorderen Flanke des Bits
folgt, z.B. in der Mitte jedes Bits. Dieses SYNCH BIT-
Signal wird vom Mikrorechner dazu verwendet, um die auf den
Leitungen E/S oder DATA-OUT empfangenen Bits zu lesen oder
lesen zu lassen.
-
Für jedes übertragene Bit liest das Lesegerät mittels einer
Registrierungsschaltung EN das Informationsbit DATA OUT mit
dem Freigabesignal SYNCH BIT. Dies ermöglicht es dem
Lesegerät, den Wert jedes Bits bei gleichzeitiger Unterdrückung
von Störsignalen und ungewollten Modulationen, die den
Anfang (Vorderflanke) von jedem Bit betreffen, zu erfassen
(in einem Register abzuspeichern). Die Schaltung EN
überträgt darauf eventuell die Informationen über die
Verbindung JC7 zur Karte zurück. Die Schaltung EN umfaßt z.B.
eine monostabile Kippstufe, die eine geeichte Verzögerung
bewirkt. Diese monostabile Kippstufe umfaßt vorzugsweise
einen Zähler, um die Verzögerungsdauer abzuzählen. Die
Schaltungen EN und STR werden vorzugsweise mit einer Schaltung
vom Typ 74HC174 realisiert.
-
Bei Übertragung von Informationen vom Lesegerät LC zum
Mikrorechner PC gibt eine Schaltung DIN, welche die
Informationen von der Karte über die Verbindung E/S am Anschluß
JC7 empfangen hat, diese auf der Leitung DATA IN aus. Die
Schaltungen AR, H und DIN werden vorzugsweise mittels einer
integrierten Schaltung vom Typ 39V18 realisiert.
-
In Fig. 3 ist ein Beispiel für die Übertragung von DATA
OUT-Bits dargestellt. Das Freigabesignal SYNCH BIT und die
entsprechenden, über die Verbindung E/S an die Karte
übertragenen Daten sind in bezug auf die Vorderflanken der Bits
verschoben dargestellt.
-
Das oben beschriebene Kartenlesegerät weist im Unterschied
zu den existierenden Kartenlesegeräten keinen
Mikroprozessor auf. Das Kartenlesegerät hat daher keine intelligenten
Funktionen. Funktionen, z.B. wie die Funktionen zur
Übertragung von Protokollen, z.B. die Umwandlung von
Protokollen auf Bytebasis in Protokolle auf der Basis von Gruppen
von Bytes, erfolgt im Mikrorechner PC. Desgleichen findet
die Anpassung an den Kartentyp im Mikrorechner statt.
-
Das Kartenlesesystem wird dadurch hinsichtlich des
Lesegeräts vereinfacht, ist aber hinsichtlich der Anwendung
flexibel, da der Mikrorechner in seinen Einsatzmöglichkeiten
modifiziert werden kann.
-
Darüber hinaus gewährleistet das erfindungsgemäße System
Übertragungssicherheit, obwohl das Lesegerät funktionell
nicht mehr autonom ist.
-
Die Fig. 4a und 4b stellen ein Ausführungsbeispiel eines
Kartenlesegerätes im einzelnen dar.
-
Die Fig. 4a und 4b hängen graphisch zusammen.
-
In diesen Figuren sind die Zugangsports CO2 (zum
Mikrorechner) und CO3 (zum Drucker) dargestellt.
-
Unten in den Figuren findet sich der Port CO5 für die
Verbindung mit einer Karte. Außerdem finden sich mehrere
Leitungen, die mit Bezug auf Fig. 2 beschrieben wurden.
-
Die verschiedenen Verbindungsleitungen tragen die
Bezeichnungen der Signale, die über sie laufen. Die Signale
entsprechen folgenden Funktionen:
-
STROBE = Signal zur Freigabe von Daten für den Drucker;
-
FEED = Signal für den Seitenvorschub an den Drucker;
-
BAUD 0,
BAUD 1 = Signal für den Drucker oder zur
Initialisierung des Lesegerätes;
-
ERROR = Fehlersignal für den Drucker;
-
END SHORT = das Signal END zeigt das Ende eines Bytes an
und das Signal SHORT eine Funktion im
Synchronmodus oder Druckerdaten;
-
ST READER = Signal für die Freigabe der Funktion, das für
das Lesegerät bestimmt ist, oder Druckerdaten;
-
RST EN = Signal zur Reinitialisierung oder des
Zurücksetzens auf Null der Karte oder Druckerdaten;
-
CLK EN = Signal zur Freigabe des Taktes der Karte oder
Druckerdaten;
-
DATA OUT = Signale von Daten, die vom Mikrorechner an das
Lesegerät abgeschickt wurden;
-
VCC EN = Signal zur Freigabe der elektrischen
Versorgung der Karte oder Druckerdaten;
-
CARTE (oder
ACK) = Signal, das das Vorliegen einer Karte im
Kartenlesegerät anzeigt, oder
Empfangsbestätigung vom Drucker;
-
SYNCH BIT = Taktsignal zur Freigabe vom Lesegerät an
den Mikroprozessor oder Anzeige, daß der
Drukker
beschäftigt ist;
-
DATA IN = Signal, das Informationen darstellt, die vom
Lesegerät an den Mikroprozessor geschickt
wurden, oder das die Druckerverbindung
anzeigt.
-
Was den Port CO5 für die Verbindung mit einer Karte
betrifft, so haben die verschiedenen Verbindungen, die zur
Erfüllung verschiedener Verbindungsnormen doppelt ausgelegt
sind, folgende Funktionen:
-
JC5/JC15 = Versorgung mit einer Masse GND;
-
JC4/JC14 = Übertragung eines B genannten Kontrollsignals
für eine Speicher- oder Chipkarte;
-
JC9/JC10 = das Vorliegen einer Karte bewirkt, daß der
normalerweise in Ruhestellung geschlossene
Schalter geöffnet wird und die beiden
Verbinder JC9 und JC10 verbindet. Das Öffnen dieses
Schalters signalisiert das Vorliegen einer
Karte;
-
JC7/JC17 = Übertragung von Informationen E/S in beiden
Übertragungsrichtungen;
-
JC3/JC13 = Taktsignal zur Freigabe von übertragenen
Datenbits.
-
Der verwendete Anschluß des Mikrorechners ist ein Anschluß
vom parallelen Typ, wobei man bemerken wird, daß bei der
Erfindung die Nutzdaten gemäß einem seriellen Protokoll
über die Leitungen DATA OUT und DATA IN ausgetauscht
werden.