Smarty智能卡讀寫器技術(shù)概述
文章出處:http://srpd123.com 作者:智能卡應(yīng)用全書 人氣: 發(fā)表時間:2011年11月05日
[文章內(nèi)容簡介]:本文將介紹Smarty智能卡讀寫器有關(guān)的背景技術(shù)和開發(fā)應(yīng)用知識。
智能卡的發(fā)展,引起越來越多的商家和消費者的注意。但是對于他們每天常用的微機(jī)應(yīng)用程序,有一個難題——必須另外裝配一個讀寫器,來對智能卡進(jìn)行解碼并識別信息。通常這類設(shè)備都帶有礙手礙腳的導(dǎo)線和接頭,以便連接到電腦上。而且,它們往往還要占用串口、并口或USB端口,這對于那些經(jīng)常出差的客戶、在辦公室和在家都使用智能卡的客戶來說,是件很頭疼的事。如今這些問題有了簡易方便的解決方案:Smarty智能卡讀寫器。本文將介紹Smarty智能卡讀寫器有關(guān)的背景技術(shù)和開發(fā)應(yīng)用知識。
一、概述
Smarty智能卡讀寫器形如一個3.5英寸軟盤,但它內(nèi)部裝有自己的一套電子元件。用戶只須將IC卡插入Smarty便攜式IC卡讀寫器,然后再將Smarty讀寫器插入電腦的3.5英寸軟驅(qū)即可。軟驅(qū)和Smarty之間的通訊,是通過軟驅(qū)的讀寫頭和Smarty的特制的轉(zhuǎn)換器之間的磁力耦合實現(xiàn)的。Smarty內(nèi)有一個磁場界面電路,它能仿效旋轉(zhuǎn)磁盤產(chǎn)生的磁場,同時也可以探測軟驅(qū)寫出的數(shù)據(jù),并為其解碼。
用3.5英寸軟驅(qū)作為電腦和智能卡之間的通信手段,具有如下優(yōu)點:
●普及性好:現(xiàn)在的大多數(shù)電腦都帶有3.5英寸軟驅(qū),而這些軟驅(qū)平常很少使用。
●易于標(biāo)準(zhǔn)化:每年3.5英寸軟盤的銷量多達(dá)50億片,安裝了3.5英寸軟驅(qū)的電腦也有3.5億多臺,它們都很好地遵循了一套嚴(yán)整的標(biāo)準(zhǔn)。
●熟悉易用:所有的微機(jī)用戶都熟知如何在電腦上插、拔3.5英寸軟盤。
●容易攜帶:SmartyIC卡讀寫器尺寸小,且無外接電線、接頭或外接電源,所以攜帶非常方便。(與3.5寸盤一樣大)
其它由于電腦的智能卡數(shù)據(jù)讀寫設(shè)備(如串/并口讀卡器、PCMCIA讀卡器或內(nèi)置總線型讀卡器),在上述幾個方面至少有一種或幾種明顯缺陷。
需要考慮的技術(shù)問題,由于以下幾個原因,Smarty智能卡讀寫器技術(shù)可行性大大增強(qiáng):
●零件布局:通過使用ASIC技術(shù)(應(yīng)用程序?qū)S眉呻娐罚斜匦璧牧慵及惭b在尺寸限定的盡可能小的空間內(nèi)。
●工作電源:盡管Smarty智能卡讀寫器對卡的用電功率有一定限制,但請相信這不會妨礙任何常用種類的智能卡的使用。在正常的工作條件下,電池的壽命為1到3年。
●可用性好:實踐表明,用戶從Smarty智能卡讀寫器插/拔智能卡,相對很容易。插/拔SmartyIC卡讀寫器的操作,與使用軟盤完全相同。
●可靠性高:Smarty智能卡讀寫器的零件相對很少,只有一個運動部件;而且,它在電路上與PC機(jī)完全隔絕。這就從根本上決定了它比其它傳統(tǒng)的智能卡讀寫器更可靠。
●容錯性強(qiáng):智能卡被限制在Smarty讀寫器內(nèi),所以不能“彈出”或損壞軟驅(qū)。
●性能卓越:用SmartyIC卡讀寫器支持波特率高達(dá)53.7K的卡與讀卡器間通訊時,能夠做到?jīng)]有延時。
●產(chǎn)品安全:SmartyIC卡讀寫器通過了UL、CE、FCC等機(jī)構(gòu)的測試,并且獲得許可。
二、產(chǎn)品、背景知識和發(fā)展方向
本文提供了一些關(guān)于SmartyIC卡讀寫器的技術(shù)性能和商業(yè)功用的信息,以便讀者客觀評價該產(chǎn)品。文章的主要講述了SmartyIC卡讀寫器的應(yīng)用、產(chǎn)品的機(jī)械結(jié)構(gòu)和電子結(jié)構(gòu),以及對其實用性和可靠性的評價。
什么是SmartyIC卡讀寫器?
Smarty便攜式IC卡讀寫器是一個整體的電子設(shè)備,外型和3.5英寸磁盤類似,但內(nèi)部沒有任何磁性介質(zhì)。Smarty便攜式IC卡讀寫器內(nèi)裝有一個轉(zhuǎn)換器和一個電路,能仿效旋轉(zhuǎn)磁盤產(chǎn)生的磁場,并且收集數(shù)據(jù)“寫入”磁盤驅(qū)動器。因此,在標(biāo)準(zhǔn)的3.5寸軟驅(qū)中SmartyIC卡讀寫器,不需要對軟驅(qū)和電腦主機(jī)做任何調(diào)整。(當(dāng)然,驅(qū)動程序還是要裝的。)
關(guān)于3.5寸軟盤驅(qū)動器
根據(jù)Dataquest公司市場調(diào)查報告,現(xiàn)在全世界有超過3億個3.5英寸軟盤驅(qū)動器。此外,據(jù)Mitsumi公司調(diào)查,1999年3.5寸軟驅(qū)的產(chǎn)銷量達(dá)1.2億只,到2000年可能達(dá)到1.3億多只。
3.5寸軟驅(qū)的尺寸參數(shù)是電腦的各種外設(shè)中標(biāo)準(zhǔn)最嚴(yán)格的,僅去年3.5寸盤的消費量就達(dá)到50億片。以軟驅(qū)為基礎(chǔ)的讀卡器的優(yōu)點是很明顯的:全世界有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn),從而能成為易于被用戶掌握的、安全便攜的讀寫工具。
智能卡及其讀卡器的選擇
智能卡順其自然已成為了磁條式卡片的替代產(chǎn)品。人們預(yù)測,未來的幾年中,智能卡在零售業(yè)和以客戶為基礎(chǔ)的銀行業(yè)中將會大面積推廣。不管怎樣,這些系統(tǒng)中仍有很多是以PC機(jī)為基礎(chǔ)的,因此卡與PC機(jī)之間的接口必不可少。現(xiàn)有的讀卡器和計算機(jī)間的接口如下:
●并口或串口電纜
●PCMCIA(個人電腦存儲卡國際協(xié)會)
●內(nèi)部的總線
●USB(通用串行總線)
所有這些方法,都易遭遇兼容性的問題。而且從理論上講,只有PCMCIA連接還算容易,不需要專業(yè)人士來安裝。但是,現(xiàn)在常用的大部分微機(jī)都沒有PCMCIA擴(kuò)展槽,而且改裝費用很高(PCMCIA讀卡器的價格也不菲),況且用起來并不方便。這種狀況恐怕在近年內(nèi)不會改觀。
能否有一種產(chǎn)品,在現(xiàn)有的大部分電腦和配備智能卡的商務(wù)活動或持卡消費者之間架起橋梁,對于許多電子銀行系統(tǒng)的實施推廣來說,是一個起碼的前提條件。這一產(chǎn)品,將會使智能卡系統(tǒng)在消費、證券、商務(wù)的大面積推廣成為可能。
利用Smarty智能卡讀寫器作為智能卡-微機(jī)接口,這一設(shè)計思想是很有魅力的。這是因為Smarty智能卡讀寫器有如下優(yōu)點:
●在幾乎所有的臺式機(jī)或筆記本電腦上,安裝都非常簡單。
●方便,換臺電腦照常使用。
●結(jié)構(gòu)緊湊,易于攜帶。
●采用客戶熟悉的外觀,不帶纜線和接頭。
●操作方法很直觀。
●物有所值,總體成本低。
需要考慮的因素
要實施一個可行的智能卡讀卡器方案,主要問題有:
●可用性:用戶往讀寫器里插/拔卡、在電腦上裝/拆智能卡讀寫器的難易度。
●可靠性:用做客戶端設(shè)備時,智能卡讀寫器有足夠高的可靠性。
●使用性能:用做計算機(jī)和智能卡之間的通信手段時延時(如果有的話)長度。
●滿足的標(biāo)準(zhǔn):遵循ISO7816標(biāo)準(zhǔn)的哪一部分;其產(chǎn)品技術(shù)是否兼容微軟的PC/SC;其產(chǎn)品技術(shù)是否能掌握未來標(biāo)準(zhǔn)的主動權(quán)。
三、機(jī)械性能要求及設(shè)計時需要考慮的問題
智能卡
Smarty智能卡讀寫器支持的智能卡,規(guī)格參數(shù)完全符合ISO7810和ISO7816定義的標(biāo)準(zhǔn)。名義上卡的厚度為0.8毫米,實際上0.9毫米也是可以的,因為還要有一定的尺寸誤差。
卡的接觸方式
卡的接觸方式有兩種:“普通模式”和“CP8模式”。觸點的位置并不一致,但是離得很近,在同一塊樹脂片上。大多的觸點生產(chǎn)廠家都增加觸點的數(shù)量,以適應(yīng)不同的模式。CP8模式由法國人創(chuàng)造并推廣使用;此項技術(shù)主要出口斯堪迪那維亞地區(qū)國家。因此,Smarty智能卡讀寫器觸點布局設(shè)計限制采用“普通模式”:允許有8個觸點,只有6個是必需的。
插卡
智能卡應(yīng)該以“正常方式”插入——即:沿長邊軸線方向看去,卡上的文字朝著用戶是正立的。(有的卡上印有箭頭,指明插入讀卡器的方向。)
打有凸字的智能卡(Embossedsmartcard)
這些智能卡主要用于信貸交易。與其相關(guān)的ISO標(biāo)準(zhǔn)僅僅給出了凸字符的厚度(19±2thou),Smarty智能卡讀寫器完全滿足這一規(guī)范。
卡的定位
在Smarty智能卡讀寫器的中心部分,空間極其有限,因此這里不允許有任何突起。此外,智能卡遮擋轉(zhuǎn)換器也是不允許的。因此,在這狹小的盒狀結(jié)構(gòu)里,只能有一塊地方可以放智能卡。應(yīng)將智能卡放在Smarty智能卡讀寫器的下半部分,卡的背面朝著金屬外殼。隔離片的作用是防止卡與金屬罩接觸發(fā)生短路。
機(jī)殼體及金屬罩
Smarty智能卡讀寫器的外型尺寸符合1988年英國標(biāo)準(zhǔn)6958-第1部分的要求。(BS6958:Part1:1988)
新式的Smarty智能卡讀寫器采用了一個機(jī)械互鎖系統(tǒng)。為了最大限度地使結(jié)構(gòu)一體化,金屬罩的邊緣輪廓都被細(xì)化了。留給軟驅(qū)磁頭的那塊區(qū)域,是一條長方形的縫隙。所有的零部件都是熱固定到盒狀機(jī)體內(nèi)的。
這樣的設(shè)計,使得組裝工序大大加快;而且,機(jī)構(gòu)的接合點沿著一條連續(xù)的線排列(即:沿著邊緣排列),使得結(jié)構(gòu)的一體化程度非常高。選做機(jī)殼體的材料,符合下列準(zhǔn)則:
●能保證非常好的平面度的熱塑性塑料
●模塊的硬度令人滿意
●符合適當(dāng)?shù)臉?biāo)準(zhǔn)(如:UL94V0,CE等)
工作說明書里指定的機(jī)殼體鑄造材料是:ABS(丙烯氰-丁二烯-苯乙烯),標(biāo)準(zhǔn)壁厚0.75毫米。設(shè)計的金屬罩材料為302不銹鋼,厚度是0.25毫米。
隔離片
對有限的空間和零部件的外型進(jìn)行深入的分析表明,PCB(印刷電路板)應(yīng)放在沒有活動零件的一側(cè),那里緊靠金屬罩的內(nèi)側(cè)。隔離片(通常是0.05毫米厚)貼著金屬罩的內(nèi)表面,位于電池倉上面。隔離片使用的材料是用金屬模制的0.05毫米厚聚酯薄片,粘結(jié)在金屬罩內(nèi)。
四、機(jī)構(gòu)設(shè)計
插卡
Smarty智能卡讀寫器的插卡方法很獨特。在Smarty智能卡讀寫器的一側(cè),有一個長方形的狹槽。插卡時,通常是一只手拿卡、另一只手握背面朝上的Smarty智能卡讀寫器;卡的正面對著用戶,右邊朝上??ǖ淖笫诌叢迦腴L方形的狹槽,然后推卡使其充分到位??ㄍ频轿缓笏墒郑蜁斑青辍币幌露ㄎ辉赟marty智能卡讀寫器的卡槽內(nèi)。在這一方位,即使讀卡器劇烈震動也不會發(fā)生脫落。
拔卡
要想取出卡片,只須一只手握住Smarty智能卡讀寫器,另一只手用拇指和食指捏卡片即可。Smarty智能卡讀寫器的一側(cè)有一塊長方形孔,以便食指能碰到卡的后面。
卡的彎曲程度
按照O7810標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的智能卡彎曲檢測方法,智能卡應(yīng)當(dāng)沿著長邊軸線方向彎曲偏斜20毫米時,不會發(fā)生損壞。根據(jù)計算,通常插在Smarty智能卡讀寫器內(nèi)的卡片的最大彎曲程度為:卡的中央偏斜0毫米。(換言之,這可以稱其為0偏斜或100%順從)
軸心蓋板
這一部件由一條0.15毫米厚不銹鋼片制成,在軸心部分周圍的4點用熱固定法裝配。蓋板的作用是:防止軟驅(qū)的電機(jī)心軸碰壞智能卡。
PCB(印刷電路板)
Smarty智能卡讀寫器采用FR4印刷電路板,其允許的厚度為0.25毫米。智能卡的接觸點被熱固定在機(jī)殼體上,以便準(zhǔn)確定位。印刷電路板固定在下面,這樣能防止它對卡片產(chǎn)生干擾。
微型開關(guān)和凸輪
微型開關(guān)是為了方便客戶使用而設(shè)計的,因此要放在恰當(dāng)?shù)奈恢谩i_關(guān)的細(xì)小零件都包藏在機(jī)殼體內(nèi)。開關(guān)有一部分是電池倉,上面帶有焊點。開關(guān)可以安裝在機(jī)體內(nèi)的兩個位置,旁邊電池的觸點放在焊點的下方,此觸點由手工焊成。
電池倉、電池倉的門及接觸點
電池倉的名義尺寸,規(guī)定為厚度2.5毫米、直徑20毫米。
安放電池接觸點,是為了優(yōu)化電池固定點的幾何布局(例如,電池可以由它周圍的等距三點支撐:有兩點固定在機(jī)殼體上,第三點是一個接觸點)。兩個接觸點都可以用機(jī)械方法固定(如熱固定),有一端允許自由彎曲。
轉(zhuǎn)換器和橋形結(jié)構(gòu)
在設(shè)計轉(zhuǎn)換器總成時,在保證“方孔”處于正確位置的前提下,盡量讓這一部件的大部分放在靠近機(jī)殼體頂端的位置。設(shè)計機(jī)殼體時,不是將其推入一個槽內(nèi),而是盡量使用銷和樁定位以便轉(zhuǎn)換器安裝定位。
電子元件采用手工焊接到印刷電路板上。一條長方形的橋狀結(jié)構(gòu)扣在轉(zhuǎn)換器上面,以便提供非金屬表面隔開軟驅(qū)磁頭,保護(hù)轉(zhuǎn)換器。
五、電子器件、硬件及軟件
電源
Smarty智能卡讀寫器采用2塊幣狀鋰電池(型號為CR2025)供電,兩塊電池一起使用的壽命為300mAH。
電子器件
除了微型控制器和內(nèi)存,Smarty智能卡讀寫器現(xiàn)在采用的電路由2套ASIC(特定用途集成電路)實現(xiàn):一個是數(shù)字電路、一個是模擬電路。
采用ASIC電路,除了保障了機(jī)構(gòu)尺寸上的可行性之外,還有許多其它好處。其優(yōu)點如下:
●增加了可靠性,提高了生產(chǎn)率
●改善了性能——因為通訊協(xié)議的速度提高了
●延長了電池的使用壽命——因為電路的靜電耗和動電耗都降低了
Smarty智能卡讀寫器內(nèi)使用的磁信號接口電路(模擬ASIC電路),執(zhí)行的是一種全速(250Kbit/sec,即:與1.44Mbytes的軟驅(qū)同步)MFM協(xié)議(改進(jìn)調(diào)頻制,即數(shù)據(jù)在PC機(jī)軟盤上編碼采用的方法)。這使得在不影響成本和空間限制的前提下,ASIC內(nèi)增加程序的復(fù)雜程度成為可能。不管怎么說,加快Smarty智能卡讀寫器與計算機(jī)之間的通信速度,實際上沒多大意義,因為這對整體性能提高的貢獻(xiàn)微乎其微。這是由于,大部分的操作速度都被智能卡通訊協(xié)議的速度限制住了。
電腦軟件
Smarty智能卡讀寫器的計算機(jī)軟件由一個“C語言”鏈接庫(可用DOS,Windows,Windows95,Windows98或NT等系統(tǒng)支持)構(gòu)成,其中包含許多函數(shù),用以重新設(shè)置智能卡及從卡中收發(fā)數(shù)據(jù);還包括一些執(zhí)行ISO7816-3T=0和T=1通信協(xié)議的函數(shù)。
六、性能、適用性和可靠性
命令執(zhí)行時間
Smarty智能卡讀寫器的ISO智能卡接口,是以每塊255(T=1)、259(T=0)字節(jié)的方式在電腦和Smarty讀寫器之間轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的。
Smarty智能卡讀寫器給智能卡提供的變量時鐘頻率為1.25MHz、2.5MHz或5MHz。這樣的好處是:
Smarty智能卡讀寫器與智能卡通訊的波特率可在3.4到53.7之間不等。當(dāng)收到電腦的一塊數(shù)據(jù)包時,Smarty的硬件以此波特率把要求的字節(jié)數(shù)轉(zhuǎn)播給智能卡,然后等待智能卡的應(yīng)答。探測到這個應(yīng)答的尾部有兩種方法:要么是用可編程的字符間隔超時設(shè)定,要么是由計算機(jī)應(yīng)用程序指定預(yù)期數(shù)據(jù)的長度。
例如,典型的“校驗口令”命令就涉及到如何把20字節(jié)數(shù)據(jù)傳送給智能卡、并接收約為5字節(jié)的應(yīng)答數(shù)據(jù)的問題。這就要耗費大約66毫秒在電腦和Smarty智能卡讀寫器之間傳輸數(shù)據(jù),再耗費16毫秒在Smarty智能卡讀寫器和智能卡之間傳遞數(shù)據(jù)。此外,智能卡還要耗費幾毫秒來處理這些請求。因此,這樣的命令每秒鐘能處理5條左右。
電池壽命
用各種各樣的智能卡對Smarty智能卡讀寫器硬件進(jìn)行的大范圍的測試,以及對特定應(yīng)用程序的分析,都正在現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行。例如:
●智能卡在工作狀態(tài)下,工作電壓4.75伏特、電流為4毫安;“等待”狀態(tài)電流小于1毫安。
●智能卡完成一條命令(數(shù)據(jù)輸入、計算機(jī)數(shù)據(jù)輸出)的工作時間,加上轉(zhuǎn)變到“等待”模式的時間,共計1/2秒。
●每次交易含4條命令。(例如:校驗密碼、從卡片內(nèi)存讀取數(shù)據(jù)、計算MAC或數(shù)字簽名、在卡片內(nèi)存寫入數(shù)據(jù))。
在正常情況下,Smarty智能卡讀寫器的電池壽命足夠進(jìn)行4000筆交易,也就是:如果每天進(jìn)行五次交易,可用1~3年(另外還得看用的是什么卡)。運用Smarty智能卡讀寫器的省電特性,會大大延長電池壽命。這種情況下,使用的是電壓5伏的智能卡。使用電壓3伏的智能卡,則可延長電池的壽命。
注:當(dāng)關(guān)掉開關(guān)或處于等待狀態(tài)時,Smarty智能卡讀寫器和智能卡的耗電量非常低:小于4毫安。
電子部件的可靠性
Smarty智能卡讀寫器的可靠性超過(設(shè)計、生產(chǎn)和質(zhì)量保障等條件相同)一般的讀卡器,是因為它與電腦沒有電路連接,從而不會掉電或傳導(dǎo)靜電。由于它靠電池供電,所以不受外接電源可能帶來的電壓不穩(wěn)、用電特性不一致的影響。
機(jī)械部件的可靠性
Smarty智能卡讀寫器內(nèi)與卡片的電路的連接點,是經(jīng)得起任何常規(guī)讀卡器壓卡應(yīng)力考驗的高質(zhì)量部件。除了這些能彈性變形的觸點和凸輪式的開關(guān),Smarty智能卡讀寫器內(nèi)再沒有其它活動部件。智能卡的插入、保持和拔出機(jī)構(gòu)相對于Smarty智能卡讀寫器機(jī)殼體完全是不動的。因此,它有著與生俱來的非常高的機(jī)械可靠性。
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