МИНИСТЕРСТВО ОБЩЕГО И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

АЭРОКОСМИЧЕСКОГО ПРИБОРОСТРОЕНИЯ

ТЕЛЕКАРТЫ И СМАРТ-КАРТЫ

С ОТКРЫТОЙ ПАМЯТЬЮ

Методические указания

к выполнению лабораторных работ

Санкт-Петербург

1999

Составители: А.А.Востриков, М.Б.Сергеев

Рецензент

доктор технических наук профессор Фетисов В.А.

Методические указания содержат описание разновидностей, организацию и протоколы работы существующих телекарт второго поколения, а также смарт-карт с открытой памятью.

Лабораторные работы предназначены для использования в курсах “Периферийные устройства”, "Специализированное компьютерное оборудование банковских систем" для студентов специальностей 0611 – «Менеджмент», 0719 – «Информационные системы», 2201 – «Вычисли-тельные машины, комплексы, системы и сети», 2204 – «Программное обеспечение вычислитель-ной техники и автономных систем» дневной и вечерней форм обучения.

Лицензия ЛР № 020341 от 07.05.97 г.  СПбГУАП, 1999

Подписано к печати . . 99 Формат 60х84 1/16

Печать офсетная. Усл.печ.л. 2,79

Уч.-изд.л. 3,0 Заказ № Тираж 50 экз.

Редакционно-издательский отдел

Отдел оперативной полиграфии

СПбГУАП

190000, С.-Петербург, ул. Б.Морская, 67 Лабораторная работа № 1 Учебно-лабораторный макет контроллера смарт-карт

Цель работы: ознакомление с принципиальной схемой макета, назначением джамперов (переключателей), а также с соответствием сигналов порта параллельной передачи данных компьютера и сигнальных линий макета.

Методические указания. Учебно-лабораторный макет, используемый при выполнении настоящего цикла лабораторных работ, предназначен для работы со смарт-картами, поддерживающими стандарт ISO 7816–1 и ISO 7816–2. Работа со смарт-картами производится с использованием персонального компьютера. Стандарт ISO 7816 будет рассмотрен в лабораторной работе № 3. Принципиальная схема макета представлена в Приложении 1.

Учебно-лабораторный макет и используемая программная оболочка разработаны Центром Разработок ASK Lab. В первой версии макет не имеет собственного устройства управления и устройства ввода/вывода и поэтому не способен функционировать самостоятельно. В предлагаемом варианте задачей макета является осуществление интерфейса между компьютером и смарт-картой на самом низком, сигнальном уровне. Генерацию и прием сигналов при работе с картой должен осуществлять компьютер через порт параллельной передачи данных (рассматриваются только синхронные смарт-карты).

В конечной своей версии макет позволяет работать как с синхронными, так и с асинхронными смарт-картами. Кроме того, устройство управления макета (его роль выполняет микроконтроллер) также должно иметь доступ к карте. Следует также заметить, что многие смарт-карты используют свой контакт I/O для ввода и вывода информации в последовательном виде. Поэтому для разрешения конфликта сигналов на макете использованы логические элементы с открытыми коллекторами, что позволяет подключать на общую нагрузку несколько таких элементов. В месте контакта элементов выполняется логическая функция "Контактное И". Сигнал с параллельного порта может быть заблокирован программно с помощью низкого уровня на линии RD/WR (линия "занято" № 3 порта). Поскольку использование для этой цели логического элемента “И-НЕ” с открытым коллектором осуществляет инверсию сигналов, поступающих с неединичного входа, то сигнал DAT_IN проинвертирован. Таким образом, непосредственно на смарт-карту поступает прямое значение передаваемого сигнала.

Переключение синхронного/асинхронного режимов работы осуществляется двумя предусмотренными на макете переключателями (S2 и S3). Переключатель S3 (‘Async / Sync’) непосредственно определяет, какой из портов использован для работы с картой. При использовании последовательного порта преобразование уровней напряжения осуществляется микросхемой U1 макета (MAX232). Переключатель S2 (‘Oscillator Ext/Int’) задает использование внешнего или внутреннего генератора тактирующих сигналов.

Примечание: Внутренний генератор на 3.6864 МГц используется при работе с асинхронными картами для задания строго фиксированной скорости передачи асинхронных данных.

Рекомендуемое положение переключателей при разных режимах работы макета приведено в табл. 1.

Таблица 1. Рекомендуемые положения переключателей макета

Режим работы (используемые смарт-карты)	Переключатель S2 ‘Oscillator’	Переключатель S3 ‘Sync / Async’
Асинхронный (микропроцессорные асинхронного типа)	Int	Async
Синхронный (телекарты, смарт-карты с открытой и защищенной памятью)	Ext	Sync

Электрический контакт смарт-карты с цепями макета осуществляется с помощью специализированного разъема со скользящими контактами фирмы “Amphenol”. Подобные разъемы оснащены двумя выводами, работающими на размыкание при помещении в разъем смарт-карты. Это сделано с целью не допустить попадания питающего напряжения на информационные выводы карты во время помещения ее в разъем.

В схеме макета предусмотрена транзисторная схема, подающая питающее напряжение на разъем для смарт-карты (XS3), а также выставляющая логическую ‘1’ на линии 10 параллельного порта при помещении карты в считыватель. Таким образом возможна программная регистрация нахождения смарт-карты в считывателе макета.

Наличие или отсутствие напряжения в некоторых цепях макета требует непосредственной визуальной индикации. С этой целью в схеме макета использованы три светодиода:

VD8 ‘POWER’ (зеленого свечения) – для индикации наличия напряжения 5В на шинах питания макета;

VD7 ‘CARD IN’ (зеленого свечения) – для индикации полного помещения смарт-карты в разъем (и подачи на карту напряжения);

VD6 ‘WRITE’ (красного свечения) – для индикации подачи на контакт Vpp смарт-карты высокого напряжения - 21В (при работе с телекартами первого поколения).

Для питания всего макета используется нестабилизированный вторичный источник постоянного напряжения на 12В. Многие микросхемы макета требуют стабилизированного источника с напряжением 5В. Для подобного преобразования использована популярная микросхема 7805 – U5 (отечественный аналог – КРЕН 5А), а также фильтры нижних и верхних частот на конденсаторах C10, C11, C13.

Преобразование 12В  21В производится схемой, основой которой является чип MAX643 фирмы “MAXIM”, а также мощный полевой транзистор BUZ11. Управление подачей напряжения 21В на вывод Vpp смарт-карты осуществляется посредством ключа на двух транзисторах VT1 и VT2. Кроме того, чтобы исключить случайное попадание повышенного напряжения на карту, на макете используется двухконтактный размыкатель J1.

Примечание: В данном цикле лабораторных работ телекарты первого поколения не используются и, следовательно, этот преобразователь не задействован.

Стандарт ISO 7816 требует подачи на контакт Vpp (в отсутствии режима, использующего на нем повышенное напряжения) положительного потенциала питающего напряжения. Эту функцию выполняют два диода с общими катодами (VD2 и VD3).

В предлагаемом цикле лабораторных работ обмен с макетом осуществляется посредством порта параллельной передачи данных (порт принтера), хотя коммутация может происходить и через параллельный, и через последовательный порты (все зависит от типа используемых смарт-карт и состава макета). Обозначения, нумерация и наименования используемых сигнальных линий макета и параллельного порта приведена в табл. 2.

Следует обратить особое внимание на приведенные примечания, поскольку это будет необходимо в процессе выполнения лабораторной работы.

Конструктивно макет выполнен в виде печатной платы с размещенными на ней необходимыми электронными компонентами, разъемами для коммутации с портами компьютера, блоком питания и смарт-картами. Размещение компонентов на плате макета представлено в Приложении 2.

Задание. Составить программу на языке высокого уровня, которая определяла бы факт наличия смарт-карты в считывателе макета и позволяла бы изменять состояние линий DAT_IN и RD/WR макета с одновременной фиксацией состояния линии SYND (ввод синхронных данных).

Программа должна выводить на экран свое решение о наличии или отсутствии смарт-карты в считывателе, позволять с клавиатуры задать состояние линий DAT_IN и RD/WR макета в цифровой форме (0 или 1) и выводить состояние линии SYND.

Для выполнения задания необходимо ознакомиться с приведенными методическими указаниями к лабораторной работе, принципиальной схемой учебно-лабораторного макета и соответствиями между линиями макета и сигналами параллельного порта. Кроме того, необходимо научиться работать с параллельным портом на ввод/вывод из своей программы.

Заметим, что у современных версий трансляторов с языков высокого уровня существуют простые и наглядные способы обращения к портам компьютера. В конечном итоге при работе откомпилированной программы все сводится к выполнению машинных команд IN и OUT.

Таблица 2. Использование параллельного порта

Наименование сигнальной линии	Линия макета	Номер	Функция в составе порта
Сигнал RAZ карты	RAZ_P	12	Бит данных 0
Сигнал CLK карты	CLK_P	11	Бит данных 1
Сигнал RST карты	RST_P	10	Бит данных 2
Сигнал RUS карты	RUS_P	9	Бит данных 3
Сигнал I/O карты (передача к карте)	DAT_IN	8	Бит данных 4
Сигнал RD/WR макета (переключение на ввод/вывод)	RD/WR	7	Бит данных 5
Сигнал Vpp карты	VPP_P	6	Бит данных 6
Сигнал присутствия карты (1 – присутствует в разъеме)	CD_P	4	Подтверждение (ввод)
Сигнал I/O карты (передача от карты)	SYND	3	Занято (ввод)
Общий контакт	GND	14	Земля (общий)

Примечание 1: Сигнал RD/WR

при лог. ‘1’ разрешает передачу данных по линии DAT_IN на макет;

при лог. ‘0’ - запрещает передачу.

Примечание 2: В любом режиме при работе с синхронными картами сигнал, присутствующий на выводе I/O карты, идентичен его значению на линии SYND макета.

Примечание 3: При работе макета на ввод в карту на выводе SYND присутствует инверсный сигнал по отношению к DAT_IN.

Порядок выполнения работы:

1. Внимательно ознакомиться с методическими указаниями к лабораторной работе.

2. Написать программу в соответствии с описанным выше заданием.

3. Самостоятельно протестировать программу и убедиться, что ее работа совместно с макетом соответствует ожидаемой.

4. Показать работу программы преподавателю, выполняя его указания.

5. Составить отчет о проделанной работе.

Содержание отчета:

1. Цель работы.

2. Таблица, показывающая соответствие сигнальных линий макета и порта параллельной передачи данных, используемых в программе.

3. Таблица с результатами работы, в которой должны быть отражены все возможные комбинации сигналов DAT_IN и RD/WR макета и полученные при этом значения сигнала SYND.