基于Linux串口的非接觸式IC卡開發(fā)應(yīng)用
文章出處:http://srpd123.com 作者:姜遠(yuǎn) 高嶺 楊建鋒 人氣: 發(fā)表時(shí)間:2011年09月23日
0 引 言
隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展,個(gè)人數(shù)據(jù)將成為未來信息的主要角色。IC卡作為卡基應(yīng)用系統(tǒng)中的一種卡型,利用安裝在卡中的集成電路(IC)來記錄和傳遞信息,是一種將個(gè)人信息有效地送人信息網(wǎng)絡(luò)并獲得所需結(jié)果的有效辦法。IC卡芯片具有寫入數(shù)據(jù)和存儲數(shù)據(jù)的能力,IC卡存儲器中的內(nèi)容根據(jù)需要可以有條件地供外部讀取,或供內(nèi)部信息處理和判定之用。作為IC卡與讀寫設(shè)備數(shù)據(jù)交換的一種方式,非接觸式IC卡是通過無線電波或電磁場感應(yīng)的方式,將卡中集成電路內(nèi)的數(shù)據(jù)與外部設(shè)備接口設(shè)備通信,卡片不用直接接觸接口設(shè)備的電極就可以進(jìn)行數(shù)據(jù)讀寫。通信距離可以從幾厘米至幾十米遠(yuǎn)。其主要優(yōu)點(diǎn)是環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、可全天候、無接觸地完成自動識別、跟蹤與管理。
1 Linux中的串口通信設(shè)備模塊
1.1 Linux設(shè)備文件
在Linux中硬件設(shè)備只是一個(gè)設(shè)備文件,應(yīng)用程序可以像操作普通文件一樣對硬件設(shè)備進(jìn)行操作。這些設(shè)備文件提供了到大多數(shù)物理設(shè)備的接口,它們分為字符設(shè)備、塊設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。
(1)字符設(shè)備:在存取時(shí)沒有緩存的設(shè)備,不使用系統(tǒng)緩沖,對設(shè)備文件的操作直接反映到硬件上,串口就屬于字符設(shè)備。
(2)塊設(shè)備:讀寫都有緩存的支持,并且能夠隨機(jī)存取。主要包括軟盤設(shè)備、CD—ROM等。
(3)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備:任何網(wǎng)絡(luò)設(shè)備都要經(jīng)過一個(gè)網(wǎng)絡(luò)接151即一個(gè)能夠和其它主機(jī)交換數(shù)據(jù)的設(shè)備,通常接口是個(gè)硬件設(shè)備但也可能是個(gè)純軟件設(shè)備。
1.2 串口通信的設(shè)置
對串口硬件設(shè)備進(jìn)行操作,有兩種方法:一是利用Linux內(nèi)核自帶的串口驅(qū)動程序;另外一種方法就是直接瀆寫串口硬件端口,在這里只使用第一種方法。要設(shè)置串口屬性,首先應(yīng)在程序中包含termios.h的頭文件,這個(gè)頭文件包含終端控制結(jié)構(gòu)和控制函數(shù)。
其中有一個(gè)非常重要的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)struct temfios,這個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)包含了所有的串口參數(shù),如波特率、數(shù)據(jù)位、輸入輸出方式等。設(shè)置串口屬性就是對這個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)賦值??梢酝ㄟ^termios.h中的函數(shù)tssetattr()設(shè)置串口的termios參數(shù);通過函數(shù)tsgetattr()獲取串口的termios參數(shù)。該數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的各成員的屬性值以及參數(shù)含義可以參考文獻(xiàn)[1]。
設(shè)置完通信參數(shù)后就可用read從串口讀取數(shù)據(jù)和write向串口寫數(shù)據(jù)了,其實(shí)質(zhì)就是對串口文件進(jìn)行讀寫。運(yùn)行程序時(shí)要注意用戶是否有對要操作的串口文件進(jìn)行讀寫的權(quán)力,可以用chmod命令進(jìn)行文件權(quán)限修改。
2 非接觸式IC卡簡介
Mifare 1 IC智能(射頻)卡的核心是Philips公司的Mifare 1 IC $50。內(nèi)建有高速的CMOS EEPROMMCU等??ㄆ铣薎C微晶片及一副高效率天線外無任何其他元件,無源(無任何電池),工作時(shí)的電源能量由卡片讀寫器天線發(fā)送無線電載波信號耦合到卡片上天線而產(chǎn)生電能,一般可達(dá)2V以上供卡片上IC工作工作頻率13.56Mttz。
Mifare 1 IC卡上具有先進(jìn)的數(shù)據(jù)通信加密并雙向驗(yàn)證密碼系統(tǒng);且具有防重疊功能,能在同一時(shí)間處理重疊在卡片讀寫器天線的有效工作距離內(nèi)的多張重疊的卡片。其通訊原理如圖1所示。
圖1 Mifare 1 IC卡讀寫流程圖
3 IC卡設(shè)備在Linux下的開發(fā)實(shí)現(xiàn)
采取通用的Mifare S50卡為例,詳細(xì)描述其在校園機(jī)房的使用。
3.1 建立相應(yīng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
在頭文件AcctData.h中,定義結(jié)構(gòu)體AcctItem,用于反映機(jī)器的使用狀態(tài),頭文件ICCard.h中,定義類ICCard用于反映IC卡的使用狀態(tài)。確定在驅(qū)動模塊程序中應(yīng)用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的最終目的是讀取和寫入卡數(shù)據(jù)處理,所以規(guī)范整齊的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是必須的。
通訊模式及率
};
這樣,就定義了全部的卡處理數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)定義以及設(shè)備操作映射函數(shù)結(jié)構(gòu),綜上所述,就實(shí)現(xiàn)了IC卡設(shè)備的打開、讀寫和監(jiān)控函數(shù) 。
3.2 模塊初始化函數(shù)的實(shí)現(xiàn)
模塊初始化函數(shù)是模塊開發(fā)過程中必不可少的處理函數(shù),用于實(shí)現(xiàn)設(shè)備的初始化,中斷初始化及處理設(shè)備等。
在上面類中首先應(yīng)用GetCardData(char*,CardData&)實(shí)現(xiàn)了卡數(shù)據(jù)的初始化;然后定義了隊(duì)列數(shù)據(jù),再進(jìn)行了上機(jī)處理以及下機(jī)處理,故障恢復(fù)處理;最后實(shí)現(xiàn)了恢復(fù)故障處理。
3.3 中斷處理
模塊采用了定時(shí)器中斷,在每個(gè)定時(shí)器中斷發(fā)生時(shí)對刷卡狀況進(jìn)行檢測,如果在天線范圍內(nèi)檢測到刷卡,根據(jù)使用標(biāo)記進(jìn)行判斷,未使用則進(jìn)行讀卡操作;使用中則進(jìn)行寫卡操作,同時(shí)更新IC卡的狀態(tài)數(shù)據(jù)。
程序中的中斷處理采用了信號量機(jī)制來實(shí)現(xiàn)中斷的后續(xù)處理,其處理流程為:
3.4 注銷模塊處理
用于模塊卸載時(shí)進(jìn)行資源的釋放,在關(guān)閉串口前,需要通過tcsetattr(fd,TCSANOW,&oldtio);將串口參數(shù)恢復(fù)為原來的設(shè)置,最后通過close系統(tǒng)調(diào)用關(guān)閉串口,如下所述:
3.5 設(shè)備的讀、寫和配置函數(shù)
主要是通過實(shí)現(xiàn)IC卡的各種操作,在先前的類ICCard中已經(jīng)介紹,根據(jù)Mirare 1 IC的通訊原理,實(shí)現(xiàn)卡的初始化操作。
綜上所述,卡驅(qū)動模塊的基本實(shí)現(xiàn)原理是:當(dāng)有刷卡操作發(fā)生時(shí),由使用標(biāo)記引發(fā)中斷或進(jìn)行讀卡操作;或進(jìn)行寫卡操作,同時(shí)進(jìn)行相應(yīng)數(shù)據(jù)處理。從而實(shí)現(xiàn)有卡操作發(fā)生時(shí)馬上進(jìn)行卡數(shù)據(jù)的更新[ 。
4 模塊的編譯調(diào)試
編寫相應(yīng)的makefile文件:
chown root$(BINDIR)/pubacct
chown u+s$(BINDIR)/pubacct
clean:
rm-f*.o pubaect
執(zhí)行幾個(gè)make命令,便可以實(shí)現(xiàn)驅(qū)動模塊的動態(tài)編譯。
5 結(jié)束語
文中筆者創(chuàng)新點(diǎn):介紹了非接觸式IC卡的概況和發(fā)展前景。有助于有一定IC卡經(jīng)驗(yàn)、技術(shù)及具有一定的計(jì)算機(jī)軟緞件技術(shù)的研發(fā)者設(shè)計(jì)出諸多應(yīng)用場合的產(chǎn)品。這里只是截取了IC卡應(yīng)用的一個(gè)方向,以及簡單的設(shè)計(jì)開發(fā)。在其它的高級應(yīng)用中還可以加入密鑰保護(hù)等措施。
基金項(xiàng)目:陜西省自然科學(xué)基金項(xiàng)目(2005f36)
作者簡介;姜遠(yuǎn)(1978--),男,陜西西安人,西北大學(xué)信息學(xué)院,碩士研究生,研究方向 為網(wǎng)絡(luò)管理;高嶺,教授,西北大學(xué)信息學(xué)院,研究方向?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)測量和網(wǎng)絡(luò)管理。楊建鋒,西北大學(xué)現(xiàn)代技術(shù)教育中心
參考文獻(xiàn):
[1] 劉崢嶸,張智超,許振山.嵌入式Linux應(yīng)用開發(fā)詳解[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2005.
[2] 尤晉元.UNIX環(huán)境高級編程[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2004.
[3] Sweet M R.Se蒯Programing Guide for FOSIX Operating Systems[M].[s.I.]:O’Reilly& Associates,2002.
[4] BaumannPH.SerialProgrammingHOWTO[M].[S.1.]:O’Reiuy& Associates,20o0.
[5] 龍飛,李曉帆,蔡志開,等.一個(gè)利用多線程及重疊I/O實(shí)現(xiàn)的串口通信類[J].微機(jī)發(fā)展,2004,14(3):51—53.