ST7267单片机与SIM卡的接口设计

liyf

随着信息技术的不断发展，手机逐渐成为现代社会必不可少的工具。但是，一旦手机丢失，存在SIM卡内的资料也就丢失了，因而造成了很多不必要的麻烦。为了 保存这些重要的资料，在电脑上做必要的备份显得十分重要了。本文利用ST7267单片机的GPIO端口，实现了对SIM卡的读写。



1 硬件电路的设计



1.1 ST7267单片机概述



ST7267具有USB2.O的硬件接口，大容量存储控制接口可以支持各种类型的NAND Flash。具有54 KB的ROM和4KB的RAM空间。



1.2 SIM卡接口电路



SIM卡引脚功能的定义如表1所列。

  ST7267单片机与SIM卡的接口电路如图1所示。该电路主要由外围有源晶体Y2提供4MHz、稳定的时钟频率给SIM卡，电源由一颗LDO输出 3.3V、纯净的直流电到SIM卡的Cl_VCC上。这里选择ST7267的PE2脚作为I/O引脚，通过一个4.7kΩ的上拉电阻与SIM卡实现通讯; 选择PE3脚作为SIM卡的复位控制引脚。

2 底层软件设计



  SIM卡的数据传输方式与其他存储卡不同，它遵循ISO7816标准。因此在进行SIM卡读写设计时应该注意数据传输时每一个数据位的宽度，然后按照 ISO7816的标准编写程序。首先是接收到正确的复位应答信号(ATR)，其次是向SIM卡发送命令，得到正确的返回数据和状态标志。



2.1 ETU的计算



ETU(基本时间单位)就是SIM卡I/O脚上输入/输出每一位数据的时间，计算公式是;

其中：参数F和D分别是时钟频率转换因子和波特率调整因子，这里使用默认的速率，即F=372，D=1;使用的时钟频率f是4MHz。可以计算出基本时间单位是93μs。



2.2 基本数据帧结构



  通信使用的协议是ISO7816-3所规定的T=0的异步半双工字符传输协议。基本的数据帧是由1个起始位(低电平)、8个数据位和1个奇偶校验位组成 的，如图2所示。其中，校验位是将8个数据位与其自身做偶校验，也就是其中1的个数必须足偶数。起始位不做校验运算。在保护时间内SIM卡和单片机都要处 于高电平(即I/O口是高电平)。在T=O协议里，如果SIM卡或者单片机检测到奇偶校验结果不正确，则在保护时间内把I/O端口拉低，以示出错。

2.3 SIM卡的APDU结构



应用协议数据单元APDU(Application Protocol Data Units)包括了命令APDU以及应答APDU，其结构如下：

其中：CLA是指令的类别，A0被制定为GSM的应用;INS是指令代码l、P2、P3是指令参数，P3指示的是数据的长度;Data就是要传输的数据;SWl和SW2就是命令处理后返回的状态。



2.4 基本程序模块的设计



  设myBit为从I/O端口采样的存储变量，设Parity为奇偶校验变量，Parlty的初始化值为0。每次从I/O口采样后，myBit都要与 Parity进行一次“异或”，结果放入Parity。这样采样9次后，如果Parity的最终值是0，就说明奇偶校验正确;如果不是0，就说明读取数据 失败，返回错误信息，要求发送者重发。
读1字节的基本程序流程如图3所示。

具体子程序如下：

  按照以上接收一个字节程序的框架，可以很方便地设计出发送一个字节的程序。只是在发送字节时，在发送完奇偶校验位后，一定要转为接收模式。如果在接下来的 一个ETU里，I/O端口保持高电平，则说明发送数据正确;如果I/O端口被拉低，为低电平，就说明发送数据错误，要重发。



结语



本文介绍了基于ST7267读写SIM卡的方法。相对于其他硬件读卡芯片，这种用软件实现的方法更加灵活，而且可以实现多种设备(例如U盘和SIM卡读卡器)的整合，这样可以降低产品的成本。