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IC卡讀寫(xiě)器技術(shù)及應(yīng)用

前言

IC卡讀寫(xiě)器又叫IC卡讀寫(xiě)機(jī)具，它是遵循一定的協(xié)議，與IC卡建立通信關(guān)系，對(duì)IC卡進(jìn)行讀寫(xiě)操作的工具。隨著IC卡在社會(huì)各領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，各種各樣的IC卡讀寫(xiě)機(jī)具也應(yīng)運(yùn)而生。為了幫助大家對(duì)IC卡讀寫(xiě)器有一個(gè)較為系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)，現(xiàn)就IC卡讀寫(xiě)器的相關(guān)知識(shí)做一簡(jiǎn)單介紹。

一、IC卡讀寫(xiě)器分類

IC卡讀寫(xiě)器有許多不同的分類方式,根據(jù)與IC卡接觸方式不同分為接觸式IC卡讀寫(xiě)器與非接觸式IC卡讀寫(xiě)器；根據(jù)用途不同可分為通用讀寫(xiě)器和專用讀寫(xiě)器；根據(jù)放置方式不同可分為外置式讀寫(xiě)器和內(nèi)置式讀寫(xiě)器；根據(jù)聯(lián)機(jī)方式不同可分為聯(lián)機(jī)式讀寫(xiě)器和獨(dú)立終端式讀寫(xiě)器等等。

其中聯(lián)機(jī)式讀寫(xiě)器是建立控制主機(jī)與IC卡的信息聯(lián)絡(luò)的通道，必須與其它外圍主控設(shè)備結(jié)合才能完成某一專用功能，以與PC機(jī)（或PDA）聯(lián)接，實(shí)現(xiàn)收款功能為例，其過(guò)程為運(yùn)行PC機(jī)（或PDA）上的應(yīng)用收款程序，通過(guò)動(dòng)態(tài)庫(kù)向讀寫(xiě)器發(fā)送讀寫(xiě)器認(rèn)識(shí)的命令格式，讀寫(xiě)器根據(jù)與動(dòng)態(tài)庫(kù)的協(xié)議，對(duì)收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，再根據(jù)與IC卡的通信協(xié)議將命令轉(zhuǎn)化為IC卡認(rèn)識(shí)的格式和信號(hào)對(duì)IC 卡進(jìn)行相應(yīng)操作，完成收款操作，讀寫(xiě)器將處理結(jié)果按照與動(dòng)態(tài)庫(kù)的通信協(xié)議格式發(fā)給PC（或PDA），其關(guān)鍵是讀寫(xiě)器本身不主動(dòng)對(duì)IC卡進(jìn)行操作，只有收到外圍控制設(shè)備的命令后，才進(jìn)行操作，它只是PC機(jī)（或PDA）與IC卡間通信信號(hào)的翻譯及中轉(zhuǎn)站。通用讀寫(xiě)器一般是聯(lián)機(jī)式讀寫(xiě)器。外置式和內(nèi)置式IC卡讀寫(xiě)器為聯(lián)機(jī)讀寫(xiě)器，它是根據(jù)所聯(lián)接到的外圍控制設(shè)備的位置不同而定義的。

聯(lián)機(jī)式讀寫(xiě)器的組成主要包括：

1、微控制器

微控制器是讀卡器的數(shù)據(jù)指揮中心，負(fù)責(zé)與外部通信控制，內(nèi)部數(shù)據(jù)分析，與IC卡通信控制以及讀寫(xiě)器本身的功能管理。目前主要采用單片機(jī)做為IC卡讀寫(xiě)器的微控制器。隨著單片機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，使得IC卡讀寫(xiě)器處理數(shù)據(jù)的能力也非常強(qiáng)大，而安全性、可靠性等整體性能指標(biāo)也不斷的得以提高。MCS-51系列單片機(jī)在早期的讀寫(xiě)器設(shè)備應(yīng)用中以其性價(jià)比占有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，在IC卡讀寫(xiě)器發(fā)展史上留下了輝煌的一頁(yè)。隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展及應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)充，以及對(duì)讀寫(xiě)器運(yùn)行速度、安全要求的進(jìn)一步提高，現(xiàn)在應(yīng)用于IC卡讀寫(xiě)器的單片機(jī)可以說(shuō)是白花齊放，各有千秋。現(xiàn)在應(yīng)用較為普遍的主要有MCS-51、AVR、ARM構(gòu)架的單片機(jī)。

2、讀卡頭

對(duì)于接觸式IC卡讀寫(xiě)器，讀卡頭指的是卡座，它是連接IC卡及其讀寫(xiě)器電器信號(hào)的機(jī)械裝置。其至少具有8個(gè)觸點(diǎn)與IC卡的觸點(diǎn)連接，觸點(diǎn)的另一端引出線與單片機(jī)連接，給IC卡與單片機(jī)建立可靠的物理連接通道。卡座按與IC卡接觸的過(guò)程原理不同可分為降落式、半降落式、摩擦式幾種，其中前者壽命長(zhǎng)，能到上百萬(wàn)次，后者壽命較短，只有幾十萬(wàn)次，其優(yōu)勢(shì)是體積較前者小。

對(duì)于非接觸式IC卡讀寫(xiě)器，讀卡頭部分為射頻信號(hào)發(fā)送與接收以及射頻信號(hào)處理與數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換部分。它將單片機(jī)發(fā)出的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成非接觸IC卡可識(shí)別的射頻信號(hào)傳送給IC卡，將從IC卡接收到的射頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為單片機(jī)認(rèn)識(shí)的數(shù)字信號(hào)，從而建立IC卡與讀寫(xiě)器的通信通道。主要包括信號(hào)轉(zhuǎn)換部分與天線。

3、與外圍控制設(shè)備的通信口

早期的通信接口主要為串行通信接口，如RS-232C方式，或RS-485方式。隨著通信技術(shù)的不斷發(fā)展，近兩年USB（通用串行總線）接口方式開(kāi)始流行。其特點(diǎn)主要是不用外接電源，可以熱插拔，達(dá)到即插即用，使用方便，尤其隨著IC卡容量的不斷增大，對(duì)大數(shù)據(jù)量的信息傳輸要求越來(lái)越高，普通的串行通信方式已成了限制數(shù)據(jù)傳輸速度的一大瓶頸，而USB技術(shù)，其低通信速率為1.5Mb/s，高可到480Mb/s，與普通串口通信相比其優(yōu)勢(shì)可見(jiàn)一斑。另外也有采用并口通信方式、ISA總線方式、PCI總線方式等進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，但不是很普遍。

4、電源

IC卡讀寫(xiě)器的電源供給有以下幾種：

1）獨(dú)立直流電源，但會(huì)使讀卡器體積增大；

2）外供電源；

3）專用穩(wěn)壓源供電；

4）從計(jì)算機(jī)取電（如USB口，鼠標(biāo)、鍵盤口）。

獨(dú)立終端式讀寫(xiě)器是不需要與PC機(jī)等外圍控制設(shè)備相聯(lián)即可主動(dòng)對(duì)IC卡進(jìn)行全功能操作的設(shè)備，如食堂售飯機(jī)，交通管理手持機(jī)，工商手持機(jī)等。所以其配置除以上要求外，還必須具有：

1）鍵盤；

2）顯示器，主要有LED顯示和LCD顯示；

3）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，用于存儲(chǔ)大量的交易記錄和相關(guān)數(shù)據(jù)。也可配備打印機(jī)，實(shí)時(shí)時(shí)鐘，安全模塊等。

二、IC卡讀寫(xiě)器設(shè)計(jì)依據(jù)

那么讀寫(xiě)器具備了以上配置后，究竟如何從卡中獲取數(shù)據(jù)以及如何向卡中寫(xiě)入數(shù)據(jù)呢？這就涉及到通信規(guī)則了，也就是通信設(shè)計(jì)依據(jù)。如RS-232C有自己的一套規(guī)則，規(guī)定了每一幀的起始位，停止位，字符個(gè)數(shù)，校驗(yàn)方式等，通信雙方只要遵照事先定義好的這些規(guī)則，就能完成通信的目的。讀寫(xiě)器與IC卡的通信一樣，為了能進(jìn)行正確的數(shù)據(jù)通信，IC卡與其讀寫(xiě)器也必須建立起一互相遵循的通信協(xié)議，這個(gè)通信協(xié)議就是IC卡有關(guān)規(guī)范定義的標(biāo)準(zhǔn)，如ISO/IEC7816定義的接觸式IC卡標(biāo)準(zhǔn)，ISO/IEC14443定義的非接觸卡標(biāo)準(zhǔn)。

其中ISO/IEC7816-2：觸點(diǎn)的尺寸和位置；ISO/IEC7816-3：電信號(hào)和傳送協(xié)議；ISO/IEC7816-4：行業(yè)間交互用命令；ISO/IEC7816-10：同步卡的電信號(hào)及復(fù)位應(yīng)答，以上是設(shè)計(jì)接觸式IC卡讀寫(xiě)器的基本依據(jù)。

ISO/IEC14443-1：非接觸卡物理特性；ISO/IEC14443-2：射頻電源和信號(hào)接口；ISO/IEC14443-3：初始化和防碰撞協(xié)議；ISO/IEC14443-4：傳輸協(xié)議等是指導(dǎo)設(shè)計(jì)非接觸式IC卡讀寫(xiě)器的基本依據(jù)。

同時(shí)我國(guó)制定了《集成電路(IC)卡讀寫(xiě)機(jī)通用規(guī)范》，規(guī)定了對(duì)IC卡讀寫(xiě)器的一般技術(shù)要求、試驗(yàn)方法和檢驗(yàn)規(guī)則，以及IC卡讀寫(xiě)機(jī)包裝、運(yùn)輸和儲(chǔ)存的標(biāo)志。根據(jù)不同的應(yīng)用,也出現(xiàn)了不同行業(yè)對(duì)讀寫(xiě)器的要求標(biāo)準(zhǔn),如《中國(guó)金融集成電路（IC）卡規(guī)范》、《中國(guó)石化加油集成電路（IC）卡應(yīng)用規(guī)范》、《社會(huì)保障（個(gè)人）卡規(guī)范》等，其中對(duì)IC卡讀寫(xiě)器在接口、物理、電磁兼容性、安全性、交易流程等方面作了行業(yè)的規(guī)范，所有這些均是我們?cè)O(shè)計(jì)一個(gè)高品質(zhì)實(shí)用的IC卡讀寫(xiě)器的依據(jù)。另外，具體項(xiàng)目的其它具體需求也是讀寫(xiě)器設(shè)計(jì)的依據(jù)。

三、IC卡讀寫(xiě)器的選用

了解到以上信息后，下一步要會(huì)選用IC卡讀寫(xiě)器。選用過(guò)程中，主要應(yīng)注重以下技術(shù)指標(biāo)：

1、支持的與CPU卡的口通信速率；

2、支持的與上層主機(jī)的通信速率；

3、支持的同步卡的種類；

4、支持的異步卡的T=0，T=1通信協(xié)議；

5、是否具有安全機(jī)制；

6、支持的其它行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)；

7、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量；

8、顯示及鍵盤配置；

9、電源；

10、 適用環(huán)境等。

對(duì)于接觸式IC卡讀寫(xiě)器，還需有以下重要指標(biāo)：

1、支持ISO/IEC7816標(biāo)準(zhǔn)；

2、支持一個(gè)或多個(gè)卡座，卡座壽命。

對(duì)于非接觸式IC卡讀寫(xiě)器則要注意讀寫(xiě)距離這一重要指標(biāo)以及支持那種類型（TYPEA 或TYPEB 或其它）的非接觸型IC卡。

在實(shí)際選用過(guò)程中，要根據(jù)具體應(yīng)用需求做重點(diǎn)考慮，才能選擇到性價(jià)比好的讀寫(xiě)器。

四、IC卡讀寫(xiě)器的應(yīng)用市場(chǎng)

隨著IC卡應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大，配套的讀寫(xiě)器的領(lǐng)域相繼得到不斷的開(kāi)拓，其市場(chǎng)極為廣泛，目前主要應(yīng)用于：

收費(fèi)終端：公交車費(fèi)、路費(fèi)、食堂、商場(chǎng)等

身份識(shí)別：身份證讀寫(xiě)、就業(yè)證讀寫(xiě)、IC卡門禁、考勤機(jī)等

行業(yè)應(yīng)用：銀行、加油、社會(huì)保障、煙草、工商、交通管理等

預(yù)付費(fèi)控制終端：水表、電表、有線電視、電話等

網(wǎng)絡(luò)安全：網(wǎng)絡(luò)信息安全管理系統(tǒng)等。

隨著我國(guó)加入WTO，國(guó)際規(guī)則的廣泛應(yīng)用，只要充分發(fā)揮我們的智慧和想象相信IC卡及其讀寫(xiě)機(jī)具將應(yīng)用于我們生活的每一個(gè)角落，成為人類文明的又一重要的里程碑