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Mifare 1非接触式IC卡读写核心模块MCM200

2008-03-07来源: 国外电子元器件关键字:MOV  非接触IC卡读写器  Mifare  模块  定时计数器  重叠功能  缓冲寄存器

  摘要:介绍了Philips公司的Mifare 1非接触IC卡读写器芯片MCM200的主要特性、引脚功能、内部的物理功能寄存器和基本指令集。重点介绍了Mifare 1非接触IC卡和MCM200数据通信的一些重要模块的编程思路和编程方法,给出了两个编程实例。

  关键词:非接触IC卡 MCM200 读写器

  Mifare 1 IC智能(射频)卡的核心是Philips 公司的Mifare 1 IC S50(-01,-02,-03,-04)系列微模块(微晶片)。其相应的读写器模块为Philips公司的MCM200和MCM500。其中,MCM200模块主要应用于操作距离在 25mm的卡片读写器中;MCM500模块主要应用于操作距离在100mm的卡片读写器中。1 MCM200模块的主要特性

  MCM200读写器模块的主要特性如下:

  ●采用标准的双列直插式32引脚封装;

  ●工作频率为13.56MHz,采用标准的+5V电源供电,典型电流消耗为40mA;

  ●读写卡片距离可达25mm以上;

  ●与卡片的通信速率可达106kbps;

  ●每个扇区均包含有3套密码,同时包含有认证密码用的存储器;

  ●有防卡片重叠功能;

  

  

  ●带有16字节的FIFO(先进先出)队列接收/发送缓冲寄存器;

  ●在模块与卡片通信时可自动侦查错误,对数据流可自动分析;

  ●可对RF(射频)通道进行自动监控;

  ●有内建8位/16位CRC协处理器,可提供CRC、PARITY等数据校验;

  ●支持多种方式的活动天线,并且不需天线调节系统即可对天线进行补偿调节;

  ●带有标准的Mifare 并行接口可直接由标准的MCU接口信号控制。

  2 MCM200模块的引脚说明

  MCM200的引脚排列如图1所示。各引脚的功能如下:

  D0~D7:8位双向数据总线;

  A0~A3:4位地址线;

  BP:后备电池输入端,用于保护MCM内部密码RAM;

  NPAUSE1:串行数据输出,用于驱动RF单元,该引脚必须连到RF单元的TP端。

  NWR:写信号使能端;

  NRD:读信号使能端;

  NCS:该脚为低电平时选中MCM;

  KOMP1:RF的比较器输入端,使用时必须连到RF单元的RX端;

  NIRQ:MCU数据处理控制端。当该端为低时,MCU将用MCM状态寄存器中的内容来对MCM中的数据进行处理;

  ALE:地址锁存使能端;

  USEALE:选择从内部地址锁存器或A0~A3引脚取地址;

  DGND:数字电路接地端;

  DVDD:+5V电源端。

  MODE:并行协议模式选择引脚,可用高电平驱动。

  AVDD:+5V模拟电源输入引脚,用于RF射频单元;

  AGND:RF射频单元(模拟电路)接地端;

  NANT、ANT:天线连接端。

  3 MCM200内部特殊功能寄存器

  MCM200器件内部共有16个特殊功能寄存器,表1所列是这16种特殊功能寄存器的地址和读写情况。实际上,MCU主要通过对MCM寄存器的读写来控制MCM的工作。MCM是MCU与非接触式IC卡之间进行信息交换的接口,系统对卡片上的数据进行任何读写均须通过MCM 来传递。

  表1 MCU200中的物理功能寄存器

  寄存器名 地 址 读(READ) 写(WRITE)

  DATA 00H READ-BYTE WRITE-BYTE

  STACON 01H DV TE PE CE BE AE - - - - SOR RFS - - - - 1 1 NRF AC

  ENABLE 02H N/A 1 PR CE CR - - - - - - - -

  BCNTS 03H N/A BIT-COUNT-SEND

  BCNTR 04H N/A BIT-COUNT-RECEIVE

  BAUDRATE 05H N/A - - - - - - - - 1 1 1 BR

  TOC 06H N/A TIMEOUT-COUNTER

  MODE 07H N/A 1 1 0 0 0 P2 P1 P0 P0

  CRCDATA 08H CRC-BYTE-READ CRC-BYTE-WRITE

  CRCSTACON 09H CV - - - - - - - - - - - - CZ C8 - - - - - - - - - - - - CR

  KEYDATA 0AH N/A KEY-BYTE-WRITE

  KEYSTACON 0BH - - - - - - - - - - - - - - - - AL 0 - - - - - - - - KS1 KS0

  KEYADDR 0CH N/A AL AB A5 A4 A3 A2 A1 A0

  0DH    

  RCODE 0EH N/A - - - - - - - - 0 0 RC1 RC0

  表2 MCM2000的基本指令集

  指 令 指令代码(hex) 相关的出错标志 接收卡片上数据

  Answer to Request(Request的应答)   TE,BE Tagtype

  Request std 26

  Request all 52

  AntiCollision(防重叠) 93 TE,BE Serial Number

  Select Tag(选卡片) 93 TE,BE,PE,CE Size

  Authentication(认证)   TE,BE,PE,CE /

  Auth-1a 60

  Auth-1b 61

  Load KEY(存取密码) / AE  

  Read(读) 30 TE,BE,PE,CE Data

  Write(写) A0 TE,BE /

  Increment(增值) C1 TE,BE /

  Decrement(减值) C0 TE,BE /

  Restore(重储) C2 TE,BE /

  Transfer(传送) B0 TE,BE /

  Halt(停机) 50 TE,BE /

  4 MCM200的指令和软件设计

  MCU通过特殊指令来启动MCM200并运行,同时将这些指令传输到Mifare 1卡片上。MCM200的基本指令集如表2所列。Mifare 1 IC卡与MCM200之间的通信使用握手式半双工通信协议,卡片带有高速CRC协处理器,符合CCITT标准。卡片的ROM中固化了其运行所需的必要程序指令,它能使卡片有条不紊地与卡片读写器进行数据通信。但MCU对MCM200的指令操作通常不是简单的一条指令,而是用一个程序序列来完成,其中包括对MCM200硬件内核寄存器的设置。MCM对IC卡的操作流程如图2所示。现将其中各主要子程序模块的编程方法作以说明。

  

  

  4.1 Request操作子程序

  Request 指令用于通知MCM200在天线有效的工作距离内寻找Mifare 1卡片。如果 Mifare 1卡片存在,就和Mifare 1通信,并读取卡片类型号TAGTYPE(2个字节),然后由MCU根据TAGTYPE区别不同类型的卡片。Request 指令分为Request std指令和Re-quest all指令。Request std指令是连续性的读卡指令。Request all指令是非连续性的读卡指令,只读一次。Request all指令在成功地读取一张卡片之后,会一直等待使用者拿走这一张卡片,直到有新一张卡片进入MCM的天线有效工作范围之内。Request操作的汇编语言程序如下:

  Request: MOV A,#0CH ;设置MCM中的STACON 寄存器为0CH

  MOV R0,#01H

  MOVX @R0,A

  MOV A,#0EH ;设置MCM中的BAU-DRATE寄存器为0EH

  MOV R0,#05H

  MOVX @R0,A

  MOV A,#0C0H ;设置MCM中的ENABLE寄存器为0C0H

  MOV R0,#02H

  MOVX @R0,A

  MOV A,#0C6H ;设置MCM中的MODE寄存器为0C6H

  MOV R0#07H

  MOVX @R0A

  MOV A#02H ;设置MCM中的RCODE

  寄存器为02H

  MOV R0#0EH

  MOVX @R0A

  MOV A#07H ;设置MCM中的BCNTS

  寄存器为07H

  MOV R0#03H

  MOVX @R0A

  MOV A#10H ;设置MCM中的BCNTR

  寄存器为10H

  MOV R0#04H

  MOVX @R0A

  JB F0, RSTD ;根据F0标志判断是执

  行Request std操作还是

  Request all操作

  REQALL MOV A#52H ;Request all指令代码→A

  AJMP RQTMCM

  RSTD: MOV A#26H ;Request std 指令代码→A

  RQTMCMMOV R0#00H

  MOVX @R0A ;Request all指令或Request

  std 指令写入DATA

  MOV A #0AH TOC = 0AH

  MOV R0#06H

  MOVX @R0A

  MOV R0#01H ;读STACON状态

  MOVX A@R0

  JNB ACC.7RD STACON  TAGTYPE没

  有到FIFO(DV=0)重新读STACON状态

  MOV R7,A  stacon值暂存在R7中

  MOV A, #00H TOC=00H

  MOV R0,#06H

  MOVX @R0,A

  MOV A,R7 ;取暂存在R7中stacon值到A

  JB ACC.6TE_ERR ; 定时计数器溢出错转TE_ERR

  JB ACC.3,BE_ERR ; 位计数器错转BE_ERR

  MOV R0,#00H ;读卡片的卡片类型号TAGTYPE 0存入45H单元

  MOVX A,@R0

  MOV 45HA

  MOV R0,#00H

  MOVX A,@R0 ;读卡片上的卡片类型号TAGTYPE1存入46H单元

  MOV 46H,A

  RET ; RET

  TE_ERR: ;“TE” 错误处理

  RET

  BE_ERR: ; “BE”错误处理

  RET

  4.2 “AntiCollision”防卡片重叠 操作子程序

  如果有多张Mifare 1卡片处在卡片读写器的天线工作范围之内,AntiCollision指令将启动AntiColli-sion模块的防重叠功能,同时MCM200将有序地读所有处在其天线有效工作距离内的Mifare 1卡片的40bit长的序列号SN。MCU接收到这5个字节的SN后,会进行校验。其校验、计算卡片序列号的方法是:采用相邻两个字节相互异或得出的结果与下一个字节再异或,前四个字节异或的结果与第5个字节应该相同,否则认为MCU读到的卡片的序列号有错,因此卡片的序列号的前四个字节是有意义的,第5个字节仅仅用于校验之用。这五个字节被存储在IC卡片的第0扇区的第0块中,它由卡片的生产商制定并固化,不得更改,所以在市面上流通的Mifare 1 S50系列的非接触式IC射频卡中,每一张卡片的序列号都是唯一的。“AntiCollision”防卡片重叠 操作子程序清单如下:

  anti NOP

  MOV A #10H BCNTS = 10H,控制

  MCU向DATA寄存器

  发送 2个字节数据

  MOV R0#03H

  MOVX @R0A

  MOV A #0CH ;设置MCM中的

  STACON寄存器

  SETB ACC.0 AC =“1”,启动防重

  叠状态机

  MOV R0#01H

  MOVX @R0A

  ACALL D1000US DELAY 1000US

  MOV A #93H ;AntiCollision防卡片

  重叠指令码写入DATA

  MOV R0#00H

  MOVX @R0A

  MOV A #20H

  MOV R0#00H

  MOVX @R0A

  MOV A #28H

  MOV R0#04H

  MOVX @R0A BCNTR = 28H ,接

  收5个字节的数据

  MOV A #0AH

  MOV R0#06H

  MOVX @R0A TOC = 0AH

  MOV R0#01H

  AGAIN: MOVX A@R0  读STACON状态

  JNB ACC.7 AGAIN 如果 DV=“0”重

  读STACON

  MOV R7,A

  MOV A #00H

  MOV R0#06H

  MOVX @R0A TOC = 00H

  MOV A,R7

  JB ACC.6 TE ERR  定时计数器溢出

  错转TE ERR

  JB ACC.3 BE ERR 位计数器错转

  BE ERR

  MOV R7#04H 读4个字节的SN值

  存入40H~43H单元,

  前四个字节进行异或

  MOV B#00H

  MOV R1#40H

  MOV R0#00H

  LOOP MOVX A@R0

  MOV @R1A 存SN的前四个字节在

  单片机内部RAM的

  40H41H42H43H单元

  XRL BA 相邻字节相互异或

  INC R1

  DJNZ R7 LOOP

  MOVX A@R0 前四个字节异或的结

  果和接收的第5个字

  节进行比较,若不等则

  XRL AB 转错误处理

  JNZ ANTIERR

  RET

  TE ERR

  RET

  BE ERR

  RET

  ANTIERR:

  RET

  4.3 “Select”选卡片 操作子程序

  该程序用于MCM200与卡片的真正联络。选择一张卡片通常由MCU向MCM200发送“SELECT”命令来完成。MCU发送“SELECT”命令后,会同时在“AntiCollision” 操作中得到Mifare 1卡片的40bit长的序列号的前四个字节以及前四个字节的异或结果,同时再重新发送给Mifare 1卡,只有本身的序列号和接收的序列号相同的卡片才被真正地选中。Select指令成功执行后,MCU将得到MCM DATA寄存器传来的一个字节长的卡片容量信息(SIZE字节)。SIZE字节被存储在Mifare 1卡片上的第00H扇区中的第00h 块中。

  4.4 “Authentication”认证操作子程序

  Mifare 1卡的每个扇区的块3包含该扇区的密码A6个字节、存取控制4个字节、密码B6个字节,它是一个特殊的块。在确认了上述三个步骤后,就表示已经选择了一张卡片,在对卡片进行读写操作之前,还必须对卡片上已经设置的密码进行认证,如果匹配,则允许进一步的Read/Write操作。也可以通过选择存储在MCM的RAM密码集中的一组密码来进行认证操作。MCM能够存储3个密码集KEYSET0、KEYSET1和KEYSET2。每一个KEYSET又包含了KEYA及KEYB 等。在"Authentication"指令发出之前,必须设置密码控制寄存器KEYSTACON,使AL=1,然后设置KS0和KS1以指定一套密码集。同时,还必须设置密码地址寄存器KEYADDR,当AB为“1”时,选择KEYA,AB为“0”时选择KEYB,A5~A0用于选择MCM-RAM中存放密码的扇区地址(0~63), KEYADDR寄存器中的“AB”设置必须匹配"Authentication"命令,因为在"Authentication"命令中,60h代码用于认证KEYA;61h代码用于认证KEYB。正确地设置KEYSTACON 和KEYADDR寄存器之后,通过写"Authentication" 认证命令代码和写“地址”(Mifare 1卡要认证的扇区地址是0~15)到DATA寄存器认证密码操作的模块便开始启动执行。如果三遍认证的每一个环都为“真”,且都能正确通过验证,则整个认证成功。这时读写器即可对刚刚认证通过的卡片上的这个扇区进行下一步READ/WRITE 等操作。

  4.5 “Read"或“Write"操作子程序

  Read指令允许MCU通过MCM来读取Mifare 1卡片上完整的16个Bytes的数据块。Read指令操作只能一个块(Block)一个块地读,即一次只能读取16个字节。如果只要求读取某Block中的几个字节的数据,也只能一个整块16个字节一起读取,再由程序员选取指定的字节。从卡片上读到的数据必须由MCU进行校验,以确保数据的有效。

  “Write” 写指令允许用户写数据到MIFARE卡片上(完整的16 个BYTEs的数据块)。只有在“Authentication” 认证指令完成后,才允许对数据扇区或数据块进行“Write”写指令操作。写入的数据块的数据结构如下:

  15 14 13 12 11 10 9 8

  address address address address V A L UE

  7 6 5 4 3 2 1 0

  V A L UE V A L UE

  通过一个写操作可将存储的数据在每一个block块中写3次并反写1次,从而完成数据块的初始化。块的地址必须写4次,其中2次为反向写入。正/负数据值将以标准的二进制补码格式来表示。

  4.6 “Increment”或 “Decrement”增值或减值子程序

  通过Mifare 1内部电路能够执行“Increment” &“Decrement”增值/减值操作,在根据KEY A 和KEY B 进行“Increment”&“Decrement”增值/减值操作时; “Increment”增值表示将指定的值加到卡片的存储器中;“Decrement”减值则表示从卡片的存储器中减去指定的值。每一个“Increment”& “Decrement”增值/减值操作都必须跟随一条“Transfer” 传送指令,这样才能真正地将数据结果传送到卡片上。如果没有传送指令,数据结果仍将保持在数据缓冲寄存器中。

关键字:MOV  非接触IC卡读写器  Mifare  模块  定时计数器  重叠功能  缓冲寄存器

编辑:ssb 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/afdz/2008/0307/article_377.html
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