非接觸式智能卡監(jiān)聽器系統(tǒng)設(shè)計

引言
智能卡以其使用方便、交易時間短、安全可靠等特點被廣泛應(yīng)用于交通、醫(yī)療、消費等領(lǐng)域。智能卡可分為兩大類：接觸式智能卡和非接觸式智能卡。接觸式智能卡通過物理觸點和讀卡器交換信息，非接觸式智能卡通過射頻信號來交換信息。非接觸式智能卡以其良好的防水、防塵、使用壽命長、交易方便的特點受到越來越多的青睞。然而，非接觸式智能卡通過射頻來交換信息，為系統(tǒng)的開發(fā)和調(diào)試帶來新的挑戰(zhàn)。本文結(jié)合ISO14443 A類非接觸式智能卡通信的特點，給出A類非接觸式智能卡監(jiān)聽器的一種設(shè)計方法。借助于該設(shè)備，能夠監(jiān)聽智能卡與讀卡器之間的所有信息交換，快速定位問題所在，加速系統(tǒng)開發(fā)。

1 A類非接觸式智能卡與讀寫設(shè)備的通信機(jī)制
非接觸式智能卡是無源設(shè)備，通過接收射頻能量獲得電能，供給智能卡工作。非接觸式讀寫設(shè)備擔(dān)當(dāng)著能量供給與信息交換的雙重任務(wù)。根據(jù)ISO14443協(xié)議規(guī)定，非接觸式讀寫設(shè)備發(fā)送磁場強(qiáng)度為1．5～7．5 A／m、頻率為13．56 MHz的射頻信號，Type A類讀寫設(shè)備向智能卡發(fā)送信息，按照改進(jìn)型米勒編碼、100％ASK調(diào)制方式；智能卡向讀寫設(shè)備回復(fù)數(shù)據(jù)按照曼徹斯特編碼、負(fù)載調(diào)制方式。智能卡和讀寫設(shè)備數(shù)據(jù)交互的整個過程中，讀寫設(shè)備是主動方，智能卡只是接收讀寫設(shè)備下發(fā)的命令幀，作出相應(yīng)回復(fù)。
根據(jù)讀寫設(shè)備命令幀和智能卡回復(fù)幀之間延遲時間的不同要求，讀寫設(shè)備的命令可以分為：固定幀延遲命令和非固定幀延遲時間命令。固定幀延遲命令要求智能卡在指定時間點作出回復(fù)，包括REQA命令、WUPA命令、ANTICOLLISION命令、SELECT命令。這些命令主要用于智能卡的初始化，對于某一確定的智能卡具有唯一的回復(fù)。非固定幀延遲命令要求智能卡在大于某固定時間后發(fā)送回復(fù)幀，包括以上命令外的所有命令。針對以上兩種類型命令，在后面的設(shè)計中會對其進(jìn)行不同處理。

2 設(shè)計原理
根據(jù)以上智能卡與讀寫器之間信息交互的原理，在讀寫設(shè)備與智能卡之間加入一個監(jiān)聽設(shè)備，使得讀寫設(shè)備發(fā)送的命令由監(jiān)聽設(shè)備接收，再由監(jiān)聽設(shè)備轉(zhuǎn)發(fā)至智能卡；智能卡回復(fù)的數(shù)據(jù)由監(jiān)聽設(shè)備接收，再由監(jiān)聽設(shè)備回復(fù)至讀寫器。這樣，監(jiān)聽設(shè)備就捕獲了讀寫器與智能卡之間所有的交互數(shù)據(jù)，如圖1所示。

由于監(jiān)聽設(shè)備的存在，使得讀寫設(shè)備與智能卡之間的幀延遲具有不確定性，針對固定幀延遲命令，監(jiān)聽設(shè)備應(yīng)該提前獲得智能卡對這些命令的回復(fù)，在讀寫設(shè)備發(fā)送這些命令時，在固定回復(fù)時間點直接回復(fù)讀寫設(shè)備，而不經(jīng)過智能卡取回復(fù)的過程。針對非固定幀延遲命令，由于命令及回復(fù)的多樣性且對幀延遲時間要求不高，適合使用監(jiān)聽設(shè)備傳遞數(shù)據(jù)的工作方式。整體工作流程如圖2所示。首先監(jiān)聽設(shè)備發(fā)送固定幀延遲命令，獲得智能卡的回復(fù)并保存；然后讀寫設(shè)備開始發(fā)送命令，對于固定幀延遲命令監(jiān)聽設(shè)備直接回復(fù)，對于非固定幀延遲命令監(jiān)聽設(shè)備傳遞命令及回復(fù)..