基于SLE4442加密存儲卡的汽車行駛記錄儀中駕駛員身

引言

近年來，隨著經(jīng)濟的發(fā)展以及人們生活水平的提高，小汽車越來越多的走進了人們的生活。但是，交通事故頻發(fā)，汽車駕駛安全又成為一個問題。汽車行駛記錄儀的使用對遏止疲勞駕駛和車輛超速等交通事故，約束駕駛員的不良行駛行為，保障車輛運行安全，規(guī)范車輛管理都具有重要作用。規(guī)范駕駛員行為，作為汽車行駛記錄儀的基本功能之一，它首先應該能夠準確識別駕駛員的身份。使用汽車行駛記錄儀的單位應當為每個駕駛員配置IC卡，而駕駛員出車時再用IC卡登陸。該記錄儀主要通過讀取IC卡來確認駕駛員的唯一身份。而PC管理軟件中的IC卡管理模塊則主要用來給駕駛員的IC卡進行合法身份注冊，使用單位可以編輯卡中駕駛員的身份信息，包括擦除、寫人和讀取等功能。

1設計方案的選擇

目前汽車行駛記錄儀采用的駕駛員身份識別方式主要有非接觸式IC卡識別和接觸式IC卡識別兩種方式。

非接觸式IC卡識別系統(tǒng)的凄寫過程通常由非接觸式IC片和讀寫設備問的無線電波來完成。非接觸式lC卡識別方式的操作過程比較簡單，但是抗干擾能力相對較弱，且成本較高。

接觸式IC卡識別系統(tǒng)中的CPU一旦探測到有IC卡插入，則立即通過卡的I/O口讀取數(shù)據(jù)，接著進行程序的判斷和處理。當確定為合法的IC駕駛員IC卡后，再按照協(xié)議凄取駕駛員信息。該接觸式IC卡存儲量大，凄寫機構(gòu)造價便宜，維護比較方便。

本設計中考慮到汽車行駛記錄儀的應用環(huán)境較為復雜，而非接觸式IC卡容易受汽車點火的電磁干擾，而且駕駛員身份數(shù)據(jù)的存儲量不人，所以，本設計選擇方案二的接觸式IC卡識別方式來進行設汁。

2 駕駛員身份識別系統(tǒng)的硬件設計

2.1 IC卡芯片的選擇

目前用于IC卡的通用存儲器芯片多為EEPROM，其常用的協(xié)議主要有兩線串行連接協(xié)議(I⒉C) 和二三線串行連接協(xié)議。邏輯加密存儲卡可采用密碼控制邏輯來控制對EEPROM存儲器的訪問和改寫，因此，它不像存儲卡一樣可以被任意的復制或改寫。設計中，由于駕駛員身份識別要求安全保密，所以，本設計選擇西門子公司設計的邏輯加密存儲卡SLE4442來作為IC卡存儲芯片。

SLE4442 具有2KB的存儲容量和完全獨立的可編程加密代碼(PSC，Programmable security code)存儲器。其內(nèi)部的電壓提升電路可保證芯片以單+5V電壓工作，而其較大的存儲容量則能夠滿足通常應用領(lǐng)域的各種要求。因此，SLE4442是目前國內(nèi)應用較多的一種IC卡芯片。

SLE4442卡芯片的主要特點如下：

◇采用多存儲器結(jié)構(gòu)，主要包括三個存儲器：256x8位的EEl，ROM型主存儲器、32xl位的PROM型保護存儲器和4x8位的EEPROM型加密存儲器：

◇采用2線連接協(xié)議，串行接口滿足IS07816同步傳輸協(xié)議；

◇采用NMOS工藝技術(shù)，每個字節(jié)的寫入，擦除編程時間為2 5 ms；

◇具有至少104次的寫入，擦除周期，數(shù)據(jù)保持時間至少10年。

SLE4442存儲芯片的引出端分布如圖1所示，表1所列是其引腳功能描述。

2.2 IC卡硬件接口電路

SLE4442為2線連接總線方式，其中I/O是串行數(shù)據(jù)線，該引腳為開漏極驅(qū)動，可雙向傳輸數(shù)據(jù)，主要用于地址數(shù)據(jù)的輸人和數(shù)據(jù)的輸出。CLK腳則為時鐘，為器件數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐綍r鐘信號。本汽車行駛記錄儀中的微控制器采用S3C2410，該微控制器內(nèi)含I2C總線控制器，可以方便的與各種帶有I⒉C 接口的器件相連接。設計中，主控制器的ⅡCSDA、ⅡCSCL和RESET分別接IC卡的I/O、CLK和RST，其總線受微控器控制，并可由程序控制產(chǎn)生串行時鐘以控制總線的存取，進而發(fā)送START和STOP信號。SLE4442與S3C2410的接口電路圖如圖2所示。

3 IC卡的I2C傳送協(xié)議

心傳送協(xié)議是接口設備與IC卡集成電路之間的兩線連接協(xié)議，SLE4442芯片l/O線上數(shù)據(jù)變化只在CLK信號的下降沿有效。

I2C傳進協(xié)議包括復位和復位響應、命令模式、輸出數(shù)據(jù)模式和處理模式等4種模式。

3.1 復位和復位響應

復位響應是根據(jù)ISO/IEC 7816-3 (ATR)標準來進行的，在操作期間的任意時刻都可以復位。開始，地址計數(shù)器隨一個時鐘脈沖而被設置為O。當RST線從高狀態(tài)(H狀態(tài))變?yōu)榈蜖顟B(tài)(L狀態(tài))時，第一個數(shù)據(jù)位(LSB)的內(nèi)容將被送到I/O上。若連續(xù)輸入32個時鐘脈沖，則主存儲器中的前4個字節(jié)地址單元中的內(nèi)容將被讀出。而在第33個時鐘脈沖的下降沿，I／O線被置高而關(guān)閉。在復位響應期間，“啟動”和“停止”狀態(tài)都被忽略。

3 2命令模式

復位響應以后，芯片將等待命令。每條命令都以一個“啟動狀態(tài)”開始。整個命令包括3個字節(jié)。隨后緊跟一個附加脈沖并用一個“停止狀態(tài)”來結(jié)束操作。在cLK為高狀態(tài)期間，I／O線的下降沿為啟動信號：在cLK為高狀態(tài)期間，I／O線的上升沿為停止信號。

3.3 輸出數(shù)據(jù)模式

在這一模式下，IC卡芯片將發(fā)送數(shù)據(jù)給外部接口設備。在第一個CLK脈沖的下降沿，I/O線上的第一位數(shù)據(jù)變?yōu)橛行?。當所需要的最后一個數(shù)據(jù)送出以后，還需要再附加一個時鐘脈沖來把I/O線置成高阻狀態(tài)(Z狀態(tài))，以準備接收新的命令。在輸出數(shù)據(jù)期間，任何“啟動狀態(tài)”和“停止狀態(tài)”均被屏蔽。

3.4 數(shù)據(jù)處理模式

在數(shù)據(jù)處理模式下，系統(tǒng)將對IC卡芯片進行內(nèi)部處理。在整個處理過程中，I/O線被鎖定成低狀態(tài)，任何“啟動狀態(tài)”和“停止狀態(tài)”均將被屏蔽。

4 系統(tǒng)軟件設計

SLF4442 芯片的每條操作命令都包含3個字節(jié)，其排列順序和操作格式如表2所列，命令的傳送總是從控制字節(jié)開始，首先傳送字節(jié)的最低位LSB (即B0位)，控制字節(jié)傳送完畢之后，依次傳送地址字節(jié)和數(shù)據(jù)字節(jié)，均為低位在前。在最后一位(D7)傳送完成之后，需要增加一個附加時鐘脈沖來把I／O 線置成高狀態(tài)。

駕駛員的身份信息存儲在IC卡的主存儲器后的224個字節(jié)(應用數(shù)據(jù)區(qū))，共占用83字節(jié)，其余字節(jié)為0。地址從32(20H)-255(FFH)，這部分的數(shù)據(jù)讀出不受限制，但擦除和寫入需要校驗密碼，校驗密碼成功后，芯片的加密控制邏輯才會打開芯片的主存儲器，以允許后面的擦除和寫入操作。其信息存儲格式如表3所列。圖3所示是系統(tǒng)的主程序流程圖。

5 結(jié)束語

SLE4442作為IC卡存儲芯片，能夠方便的與帶有I⒉C總線的微控制器相連，而且具有讀寫機構(gòu)造價便宜，安全保密，使用靈活，電路設計簡單，維護方便，抗干擾能力強等特點，十分適合汽車行駛記錄儀的工作環(huán)境和特點，因此，在汽車行駛記錄儀中具有很好的應用價值。