ISO7816通讯协议在工控主板EM9160中的实现方案

工控主板, 通讯, 协议, 方案

在新的国家电网智能终端相关标准中，规定了通过专门的加密芯片来保证设备数据安全性的方法，而设备主控单元与加密芯片采用了广泛应用的ISO7816通讯协议。工控主板EM9160为了适应这一新的技术需求，对其内核进行了升级，使其多个串口都可支持ISO7816协议，为客户进行智能终端整机设计时，提供了灵活的选择。
对EM9160工控主板，可在其异步串口的基础上，通过简单的设置，就可把串口转为符合ISO7816协议的接口，实现与各种智能卡的通讯。EM9160共有6个异步串口，在Windows CE环境中为“COM2:”- “COM7:”，其中支持ISO7816的串口如下表所示：

串口	管脚配置	备注
“COM3:”	TXD：半双工数据线
	RXD：复位输出控制	低电平有效
	GPIO14：作为SCK	输出频率与波特率等参数有关
“COM5:”	TXD：半双工数据线
	RXD：复位输出控制	低电平有效
	GPIO15：作为SCK	输出频率与波特率等参数有关
“COM6:”	TXD：半双工数据线
	RXD：复位输出控制	低电平有效
	GPIO15：作为SCK	输出频率与波特率等参数有关
“COM7:”	TXD：半双工数据线
	RXD：复位输出控制	低电平有效
	GPIO15：作为SCK	输出频率与波特率等参数有关

   EM9160的“COM5:”- “COM7:”串口信号均为TTL电平，建议客户首选其中之一作为与ISO7816智能芯片的通讯接口。如果这些串口已分配给设备的其他功能，也可以考虑使用COM3口，需要注意的是COM3口的缺省配置是RS232电平，客户需要在购买时特别通知我们把COM3设置为TTL电平才能与安全模块相连。当然GPIO15或GPIO14一旦作为了ISO7816的工作时钟输出，就不能再用作其他的用途了。
   作为应用程序，在操作ISO7816模式的串口（以COM5为例）时，一般的流程如下：
   1.按标准方法打开串口“COM5:”；
   2.通过DeviceIoControl（…）函数使能ISO7816通讯模式；
   3.设置包括波特率、奇偶校验在内的相关串口参数；
   4.根据需要可通过DeviceIoControl（…）函数对对端芯片进行一次复位操作；
   5.进行正常数据通讯；
   6.通过DeviceIoControl（…）函数禁止ISO7816通讯模式；
   7.按标准方法关闭串口“COM5:”。
   在上述流程中，需要注意的是一定要先使能ISO7816模式，再设置波特率，才能保证得到正确的通讯参数。
   为了实现从通常的异步串口到ISO7816的转换，EM9161的串口驱动增加了3个IOCTL功能如下：
#include <winioctl.h>
#define IOCTL_SERIAL_ENABLE_ISO7816 \
         CTL_CODE(FILE_DEVICE_SERIAL_PORT,40,METHOD_BUFFERED,FILE_ANY_ACCESS)
#define IOCTL_SERIAL_DISABLE_ISO7816  \
         CTL_CODE(FILE_DEVICE_SERIAL_PORT,41,METHOD_BUFFERED,FILE_ANY_ACCESS)
#define IOCTL_SERIAL_RESET_ISO7816 \
         CTL_CODE(FILE_DEVICE_SERIAL_PORT,42,METHOD_BUFFERED,FILE_ANY_ACCESS)
   使能ISO7816的DeviceIoControl调用，需要同时设置相应的参数。这些参数包括ISO7816的协议类型，帧数据的应答规范等，定义相应的参数如下：
#define AT91C_US_USMODE_ISO7816_0 0x4 // ISO7816 protocol: T = 0
#define AT91C_US_USMODE_ISO7816_1 0x6 // ISO7816 protocol: T = 1
#define AT91C_US_INACK (0x1 << 20) // Inhibit Non Acknowledge
#define AT91C_US_DSNACK (0x1 << 21) // Disable Successive NACK
   此外ISO的波特率按如下公式计算：
         BR = SCK /（FI / DI）
   上式中的SCK = 串口波特率×（FI / DI），例如串口波特率为9600，则SCK时钟频率为3.5712MHz。在EM9161中，对DI和FI的设置，是通过设置（FI/DI）这个比值来实现的，其中有效的值如下表所示：

FI	DI=1	DI=2	DI=4	DI=8	DI=16	DI=32	DI=12	DI=20
372	372	186	93	47	23	12	31	19
558	558	279	140	70	35	17	47	28
774	774	372	186	93	47	23	62	37
1116	1116	558	279	140	70	35	93	56
1488	1488	744	372	186	93	47	124	74
1806	1806	930	465	233	116	58	155	93
512	512	256	128	64	32	16	43	26
768	768	384	192	96	48	24	64	38
1024	1024	512	256	128	64	32	85	51
1536	1536	768	384	192	96	48	128	77
2048	2048	1024	512	256	128	64	171	102

   选择蓝色区域的值，可得到对应的黄色区域的FI和绿色区域的DI，由此可计算相应的波特率。
   在具体的调用中，参数的传递是通过两个DWORD实现的，代码如下：
DWORD dwMode, dwFI_DI_Ratio;
DWORD pBuf[2];
dwMode = AT91C_US_USMODE_ISO7816_0;
dwFI_DI_Ratio = 372;
pBuf[0] = dwMode;
pBuf[1] = dwFI_DI_Ratio;
if (!DeviceIoControl ( m_hSer,       // 串口handle
                              IOCTL_SERIAL_ENABLE_ISO7816, // 命令码
                              pBuf, sizeof(pBuf),       // input parameters
                              NULL, 0,          // output parameters
                              NULL, NULL ))
{
   printf('IOCTL_SERIAL_ENABLE_ISO7816 failed!\r\n');
}
   关闭ISO7816通讯模式比较简单，没有任何参数：
if (!DeviceIoControl ( m_hSer,       // 串口handle
                              IOCTL_SERIAL_DISABLE_ISO7816, // 命令码
                              NULL, 0,
                              NULL, 0,
                              NULL, NULL ))
{
   printf('IOCTL_SERIAL_DISABLE_ISO7816 failed!\r\n');
}
   对ISO7816对端芯片的复位，需要设置复位时间，以ms为单位：
DWORD dwMilliseconds = 1； //可以设为0，实际复位时间为几十微秒
if (!DeviceIoControl ( m_hSer,
                              IOCTL_SERIAL_RESET_ISO7816,
                              &dwMilliseconds, sizeof(DWORD), // input parameters
                              NULL, 0,    // output parameters
                              NULL, NULL ))
{
   printf('IOCTL_SERIA, L_RESET_ISO7816 , failed!\r\n');
}
   设置了ISO模式后，应用程序仍然可以像操作普通串口那样，进行数据的读写，只是需要注意的是ISO7816的半双工模式的，所以数据通讯的过程更像是RS485的过程。用户可参考英创网站的《RS485接口通讯的WinCE编程要点》一文，来规划自己的应用程序通讯流程。
[查看全文]
[关于英创]
[更多文章]
[技术论坛]