基于UART的智能卡接口IP核設(shè)計(jì)

REG模塊通過(guò)tx_wr_strobe把數(shù)據(jù)tx_data寫(xiě)到TX模塊中，TX模塊按照設(shè)定的波特率往txd串行發(fā)送數(shù)據(jù)，同時(shí)把發(fā)送寄存器和發(fā)送移位寄存器的狀態(tài)通過(guò)tx_ready和tx_shift_empty傳回REG模塊。
RX模塊根據(jù)設(shè)定的波特率對(duì)rxd進(jìn)行采樣接收，當(dāng)接收到1字節(jié)有效數(shù)據(jù)時(shí)置rx_char_ready有效，REG模塊通過(guò)rx_rd_strobe讀取接收的數(shù)據(jù)。
REG模塊中包含控制寄存器、狀態(tài)寄存器、波特率寄存器、數(shù)據(jù)寄存器，還包含Avalon總線接口邏輯以及各種寄存器的操作邏輯。
2．2 智能卡接口IP核結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，
智能卡的引腳有電源、地、復(fù)位、時(shí)鐘、數(shù)據(jù)，其中只有復(fù)位和數(shù)據(jù)線與操作有關(guān)，因此在IP核中只需要復(fù)位線和數(shù)據(jù)線。
智能卡操作過(guò)程中，接收的數(shù)據(jù)和發(fā)送的指令都需要哲存在IP核內(nèi)，因此要在UART核上增加發(fā)送和接收緩沖。除此之外，還需要增加協(xié)議處理模塊用于操作過(guò)程中的判斷和交互，增加收發(fā)切換模塊實(shí)現(xiàn)異步半雙工的切換，增加發(fā)送控制模塊用于發(fā)送不同的數(shù)據(jù)。基于UART核的智能卡接口IP核結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4中，保留UART的RX和TX模塊不變，在REG模塊中增加了RX_BUF、TX_BUF、緩沖區(qū)長(zhǎng)度寄存器，還增加了清緩沖區(qū)等功能。
在UART核的基礎(chǔ)上增加協(xié)議處理模塊，它是操作智能卡的核心。協(xié)議處理模塊從RX模塊直接截取數(shù)據(jù)并處理，根據(jù)流程進(jìn)行各種操作。協(xié)議處理模塊可以清除接收緩沖區(qū)中的過(guò)程數(shù)據(jù)、清除無(wú)效的發(fā)送指令，協(xié)議處理模塊還控制收發(fā)的切換、控制發(fā)送指令、控制IC卡復(fù)位。
發(fā)送控制根據(jù)協(xié)議處理中的狀態(tài)和命令，發(fā)送不同的指令到智能卡中。
2．3 協(xié)議處理的實(shí)現(xiàn)
在圖4中，協(xié)議處理模塊是實(shí)現(xiàn)CPU與智能卡交互的關(guān)鍵，本文采用狀態(tài)轉(zhuǎn)換的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。根據(jù)復(fù)位操作(圖1)和指令操作(圖2)的流程，可將智能卡的操作總結(jié)為7種狀態(tài)：空閑狀態(tài)、復(fù)位狀態(tài)、接收1字節(jié)狀態(tài)、接收定長(zhǎng)數(shù)據(jù)狀態(tài)、收到0x61狀態(tài)、收到0x6c狀態(tài)、其他狀態(tài)。狀態(tài)轉(zhuǎn)換的主要條件是接收到特定的數(shù)據(jù)或接收到特定個(gè)數(shù)的數(shù)據(jù)，輔助條件是當(dāng)前的狀態(tài)和其他參數(shù)。狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖如圖5所示。

空閑狀態(tài)：剛上電或無(wú)操作時(shí)處于空閑狀態(tài)，IP核等待CPU的命令。
復(fù)位狀態(tài)：在空閑狀態(tài)下收到復(fù)位命令后，復(fù)位智能卡并進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)，等待接收數(shù)據(jù)。根據(jù)前2字節(jié)的回復(fù)設(shè)置接收數(shù)據(jù)長(zhǎng)度，然后進(jìn)入接收定長(zhǎng)數(shù)據(jù)狀態(tài)。
接收定長(zhǎng)數(shù)據(jù)狀態(tài)：根據(jù)前一狀態(tài)的設(shè)置，等待接收固定個(gè)數(shù)的數(shù)據(jù)，當(dāng)接收到設(shè)定個(gè)數(shù)的數(shù)據(jù)時(shí)，向CPU發(fā)送中斷請(qǐng)求并跳轉(zhuǎn)到空閑狀態(tài)。
接收1字節(jié)狀態(tài)：在空閑狀態(tài)下當(dāng)有效指令操作下發(fā)時(shí)，發(fā)送5字節(jié)命令頭，進(jìn)入接收1字節(jié)狀態(tài)。在該狀態(tài)下，收到0x60則不進(jìn)行任何處理；收到INS時(shí)需判斷LC，若LC不為0則發(fā)送剩余指令，若LC為0則設(shè)置接收長(zhǎng)度進(jìn)入到接收定長(zhǎng)數(shù)據(jù)狀態(tài)；接收到0x61或0x6c則分別進(jìn)入到相應(yīng)狀態(tài)；接收到其他回復(fù)則設(shè)置固定接收長(zhǎng)度為2，并進(jìn)入接收定長(zhǎng)數(shù)據(jù)狀態(tài)。
收到0x61狀態(tài)；接收1字節(jié)數(shù)據(jù)為0x61時(shí)進(jìn)入該狀態(tài)，在該狀態(tài)下等待接收1字節(jié)數(shù)據(jù)并將該數(shù)據(jù)加到00 C0 00 00后一起發(fā)送，同時(shí)回到接收1字節(jié)狀態(tài)。
收到0x6c狀態(tài)：與收到0x61過(guò)程基本一樣，將接收到的數(shù)據(jù)加到CLA INS P1 P2后面發(fā)送。
設(shè)計(jì)時(shí)，在非空閑狀態(tài)下設(shè)定超時(shí)計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)器溢出后無(wú)條件返回到空閑狀態(tài)，同時(shí)清除接收和發(fā)送緩沖，表示本次操作失敗。另外，所有的過(guò)程字節(jié)在狀態(tài)處理時(shí)都被清除。