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基于ＡＭＢＡ总线的智能卡控制器设计
作者：君 懿 刘新宁
来源：《现代电子技术》2008年第20期
摘 要：通过分析ISO/IEC 7816-3传输协议，设计该符合协议标准的接触式智能卡控制器，实现对字符传输和块传输这两种不同传输方式的智能卡的支持。该控制器集成于基于AMBA总线的Garfield系列芯片SEP4020中，采用硬件描述语言(verilog)实现。利用EDA工具VCS，Design Compiler对该控制器进行仿真、综合。设计采用Altera公司的FPGA进行验证，并采用SMIC 0.18 μm工艺流片成功。在阐述该控制器设计原理的基础上，进行模块划分和具体设计，最后给出仿真、综合和FPGA验证结果。 关键词：ISO/IEC 7816-3；smart card；AMBA；SoC 中图分类号：
文献标识码：B
文章编号：1004373X(2008)2003504
Design of Smart Card Controller Based on AMBA System Bus JUN Yi,LIU Xinning
(National ASIC System Engineering Research Center,Southeast University,Nanjing,210096,China)
Abstract：By analyzing ISO/IEC 7816-3 transmission protocol,the smart card controller is designed to conform to the protocol.This controller takes the basic control of the smart card,and is capable of supporting two different modes of transmission:both character and block transmission.It is integrated in the Garfield SEP4020 chip which is based on AMBA bus,and implemented by the hardware description language (Verilog).The simulation and synthesis process is conducted by VCS and Design Compiler.After being verified in Altera FGPA,the design is successfully taped out by the SMIC 0.18 μm procedure.This thesis sets out to explain the design principles,module partition,detailed design,and the results of synthesis and verification is provided in the end. Keywords：ISO/IEC 7816-3;smart card;AMBA;SoC 1 引 言
智能卡(Smart card)通常指一张给定大小的塑料卡片，上面封装了集成电路芯片，用于存储和处理数据。随着嵌入式设备的普及，智能卡在金融、电信、单位考勤、公共事业、交通、医疗等领域得到广泛应用。本文通过对ISO/IEC 7816-3传输协议的分析，基于AMBA总线架构，提出一款智能卡设计方案，通过FPGA验证并采用SMIC 0.18 μm工艺流片成功。
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2 智能卡控制器工作原理 2.1 复位应答
当控制器检测到智能卡插入操作时对智能卡上电，并按照规范向智能卡发出冷复位信号，智能卡接收到该信号后向控制器发送复位响应，提供编码方式、协议选择、时钟转换因子、波特率调整因子、额外保护时间和最大工作等待时间等参数，后续的会话将按照这些参数进行。如果冷复位之后控制器没有收到符合格式的复位响应，控制器就发出热复位；如果智能卡对热复位仍然没有给出符合格式的复位响应，控制器将结束会话，并释放智能卡。 2.2 传输协议
智能卡控制器有字符传输方式(character transmission)和块传输方式(block transmission) 两种传输协议。在字符传输方式中数据以字节单位发送，支持数据奇偶校验。块传输方式以多个字节组成的块为发送单位，发送连续的数据，不支持块中单个字节数据的校验，采用CRC/LRC软件校验。
2.3 基本时间单元ETU
智能卡会话过程中，每个数据位占用时间为1个ETU(Elementary Time Unit)，ETU与智能卡的时钟频率呈线性关系：ETU=F/(D×f)。其中，f为控制器工作频率；F是时钟转换因子；D是波特率调整因子，支持2的次方数和负次方数。F和D的值，可以在智能卡的复位响应后根据响应提供的参数重新设定，如果智能卡没有提供相应的参数，将使用缺省值(F=372，D=1)。 2.4 数据帧
在字符传输方式时，数据帧由10个数据位组成(如图1所示)，第一个是起始位(Start)，后面跟8 b数据位，最后一个是奇偶校验位。在没有会话的时候，I/O信号线保持高电平。当出现奇偶校验错误时，控制器会重发数据，最多重发4次，如果连续5次都发送不成功，控制器发出中断，请求系统释放智能卡。
在块传输方式时，数据帧由1位起始位和8位数据位构成，没有校验位。块帧由起始域，信息域和终止域构成。起始域3个字节分别为节点地址、协议控制和长度；信息域为待发送的数据，终止域为CRC/LRC校验字节。 3 模块划分及硬件实现
智能卡控制器包括复位控制模块，收发控制模块，总线接口模块，读缓冲器模块，写缓冲器模块，通过APB接口和AMBA总线相连，对外是CLK,RST,和1根双向的I/O数据线(如图2所示)。
基于AMBA总线的智能卡控制器设计
