通過(guò)讀取IC卡確認(rèn)駕駛員身份的汽車行駛記錄儀的設(shè)計(jì)

引言

近年來(lái)，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及人們生活水平的提高，小汽車越來(lái)越多的走進(jìn)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(gè)問(wèn)題。汽車行駛記錄儀的使用對(duì)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(yùn)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(yīng)該能夠準(zhǔn)確識(shí)別駕駛員的身份。使用汽車行駛記錄儀的單位應(yīng)當(dāng)為每個(gè)駕駛員配置IC卡，而駕駛員出車時(shí)再用IC卡登陸。該記錄儀主要通過(guò)讀取IC卡來(lái)確認(rèn)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(lái)給駕駛員的IC卡進(jìn)行合法身份注冊(cè)，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(shè)計(jì)方案的選擇

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

非接觸式IC卡識(shí)別系統(tǒng)的凄寫過(guò)程通常由非接觸式IC片和讀寫設(shè)備問(wèn)的無(wú)線電波來(lái)完成。非接觸式lC卡識(shí)別方式的操作過(guò)程比較簡(jiǎn)單，但是抗干擾能力相對(duì)較弱，且成本較高。

接觸式IC卡識(shí)別系統(tǒng)中的CPU一旦探測(cè)到有IC卡插入，則立即通過(guò)卡的I/O口讀取數(shù)據(jù)，接著進(jìn)行程序的判斷和處理。當(dāng)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(chǔ)量大，凄寫機(jī)構(gòu)造價(jià)便宜，維護(hù)比較方便。

本設(shè)計(jì)中考慮到汽車行駛記錄儀的應(yīng)用環(huán)境較為復(fù)雜，而非接觸式IC卡容易受汽車點(diǎn)火的電磁干擾，而且駕駛員身份數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)量不人，所以，本設(shè)計(jì)選擇方案二的接觸式IC卡識(shí)別方式來(lái)進(jìn)行設(shè)汁。

2 駕駛員身份識(shí)別系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

2.1 IC卡芯片的選擇

目前用于IC卡的通用存儲(chǔ)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(chǔ)卡可采用密碼控制邏輯來(lái)控制對(duì)EEPROM存儲(chǔ)器的訪問(wèn)和改寫，因此，它不像存儲(chǔ)卡一樣可以被任意的復(fù)制或改寫。設(shè)計(jì)中，由于駕駛員身份識(shí)別要求安全保密，所以，本設(shè)計(jì)選擇西門子公司設(shè)計(jì)的邏輯加密存儲(chǔ)卡SLE4442來(lái)作為IC卡存儲(chǔ)芯片。

SLE4442 具有2KB的存儲(chǔ)容量和完全獨(dú)立的可編程加密代碼(PSC，Programmable security code)存儲(chǔ)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(chǔ)容量則能夠滿足通常應(yīng)用領(lǐng)域的各種要求。因此，SLE4442是目前國(guó)內(nèi)應(yīng)用較多的一種IC卡芯片。

SLE4442卡芯片的主要特點(diǎn)如下：

◇采用多存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)，主要包括三個(gè)存儲(chǔ)器：256x8位的EEl，ROM型主存儲(chǔ)器、32xl位的PROM型保護(hù)存儲(chǔ)器和4x8位的EEPROM型加密存儲(chǔ)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(gè)字節(jié)的寫入，擦除編程時(shí)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(shí)間至少10年。

SLE4442存儲(chǔ)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(kāi)漏極驅(qū)動(dòng)，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(shí)鐘，為器件數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐綍r(shí)鐘信號(hào)。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(shè)計(jì)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(shí)鐘以控制總線的存取，進(jìn)而發(fā)送START和STOP信號(hào)。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(shè)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(hào)的下降沿有效。

I2C傳進(jìn)協(xié)議包括復(fù)位和復(fù)位響應(yīng)、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(fù)位和復(fù)位響應(yīng)

復(fù)位響應(yīng)是根據(jù)ISO/IEC 7816-3 (ATR)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)進(jìn)行的，在操作期間的任意時(shí)刻都可以復(fù)位。開(kāi)始，地址計(jì)數(shù)器隨一個(gè)時(shí)鐘脈沖而被設(shè)置為O。當(dāng)RST線從高狀態(tài)(H狀態(tài))變?yōu)榈蜖顟B(tài)(L狀態(tài))時(shí)，第一個(gè)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(gè)時(shí)鐘脈沖，則主存儲(chǔ)器中的前4個(gè)字節(jié)地址單元中的內(nèi)容將被讀出。而在第33個(gè)時(shí)鐘脈沖的下降沿，I/O線被置高而關(guān)閉。在復(fù)位響應(yīng)期間，“啟動(dòng)”和“停止”狀態(tài)都被忽略。

3 2命令模式

復(fù)位響應(yīng)以后，芯片將等待命令。每條命令都以一個(gè)“啟動(dòng)狀態(tài)”開(kāi)始。整個(gè)命令包括3個(gè)字節(jié)。隨后緊跟一個(gè)附加脈沖并用一個(gè)“停止?fàn)顟B(tài)”來(lái)結(jié)束操作。在cLK為高狀態(tài)期間，I/O線的下降沿為啟動(dòng)信號(hào)：在cLK為高狀態(tài)期間，I/O線的上升沿為停止信號(hào)。

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(shè)備。在第一個(gè)CLK脈沖的下降沿，I/O線上的第一位數(shù)據(jù)變?yōu)橛行?。?dāng)所需要的最后一個(gè)數(shù)據(jù)送出以后，還需要再附加一個(gè)時(shí)鐘脈沖來(lái)把I/O線置成高阻狀態(tài)（Z狀態(tài)），以準(zhǔn)備接收新的命令。在輸出數(shù)據(jù)期間，任何“啟動(dòng)狀態(tài)”和“停止?fàn)顟B(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(duì)IC卡芯片進(jìn)行內(nèi)部處理。在整個(gè)處理過(guò)程中，I/O線被鎖定成低狀態(tài)，任何“啟動(dòng)狀態(tài)”和“停止?fàn)顟B(tài)”均將被屏蔽。

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

SLF4442 芯片的每條操作命令都包含3個(gè)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(kāi)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(gè)附加時(shí)鐘脈沖來(lái)把I/O 線置成高狀態(tài)。

駕駛員的身份信息存儲(chǔ)在IC卡的主存儲(chǔ)器后的224個(gè)字節(jié)（應(yīng)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(yàn)密碼，校驗(yàn)密碼成功后，芯片的加密控制邏輯才會(huì)打開(kāi)芯片的主存儲(chǔ)器，以允許后面的擦除和寫入操作。其信息存儲(chǔ)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(yǔ)

SLE4442作為IC卡存儲(chǔ)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(jī)構(gòu)造價(jià)便宜，安全保密，使用靈活，電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，維護(hù)方便，抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)，十分適合汽車行駛記錄儀的工作環(huán)境和特點(diǎn)，因此，在汽車行駛記錄儀中具有很好的應(yīng)用價(jià)值。