1、SIM卡的硬件和軟件接口設(shè)計移動通信作者：黃智文章來源：網(wǎng)友提供點擊數(shù)：1089 更新時間：2009-7-304收藏此頁SIM 卡（SubscriberIdentityModule）。即用戶識別模塊，是一張符合 GSM 規(guī)范的智慧卡。SIM 卡可以插入任何一部符合 GSM 規(guī)范的移動電話中，實現(xiàn)電話號碼隨卡不隨機的功能，而通話費則自動計入持卡用戶的帳單上，與手機無關(guān)。SIM 卡作為智能卡中特殊的一類卡，采用標準的接觸式 IC 卡。他受到 ISO7816 標準（接觸式集成電路 IC 卡的規(guī)定）和 ETSI（歐洲電信標準委員會）的 GSM11.11 等標準的規(guī)范。他沿襲了智能卡在安全中的特色，并在

2、移動用戶認證和移動商務(wù)中扮演重要的角色。目前手機用戶將一些重要的電話號碼都儲存在手機的 SIM 卡上。如果手機失竊，用戶可以買一部新的，但是儲存的號碼怎么辦呢？如果用戶能事先將儲存在 SIM 卡上的電話號碼做一份電子拷貝，這樣就算手機丟失了，用戶還是可以很容易地將保存的號碼寫入到新的 SIM 卡里。為此，研究并設(shè)計了 SIM 卡讀卡器，通過他可以將手機 SIM 卡中信息讀取到電腦中，方便地實現(xiàn)電話簿和短消息的編輯、備份和管理。為經(jīng)常使用手機的用戶提供了一個經(jīng)濟、便捷的信息備份管理解決方案。SIM 卡是一張符合 GSM 規(guī)范智能卡， 他實際上是一個裝有微處理器的芯片卡， 內(nèi)部有 5 個模塊， 且

3、每個模塊都對應(yīng)一個功能： CPU（8 位）、程序存儲器（38kb）、工作存儲器（616kb）、數(shù)據(jù)存儲器（128256kb）和串行通信單元。SIM 卡能實現(xiàn)存儲數(shù)據(jù)（電話本、短消息等）和在安全條件下（個人身份號碼 PIN、鑒權(quán)鑰 Ki 正確）完成客戶身份鑒權(quán)和客戶信息加密算法的全過程。這些功能都是由 SIM 卡內(nèi)的一部具有操作系統(tǒng)的微處理機完成。SIM 卡具有機卡分離（SIM-ME 接口）、通信安全可靠、成本低等特點。（1）SIM 卡的物理特征：可以分尺寸為 54mnX84mmID-1SIM（大卡）和尺寸為25mnX15mmPlug-inSIM（小卡）兩種。（2）SIM 卡的存儲容量： 一般

4、SIM 卡有 8kB的存儲容量，另外還有容量分別為 16k 和 32k 的 SIM 卡，即 STKSIM 卡。（3）SIM 卡的使用溫度：標準溫度-25+70C,極限溫度-3585C,極限情況下每次使用不得超過 4 小時，總共使用不得超過 100 次。（4）SIM 卡的使用壽命：物理壽命是取決于客戶的插拔次數(shù)，約在 1 萬次左右；而集成電路芯片的壽命取決于數(shù)據(jù)存儲器的寫入次數(shù)，不同廠家其指標有所不同，就 Mo-torola 經(jīng)試驗室試驗約 5 萬次左右。平均壽命約為 4 年。一、SIMSIM 卡接口電路SIM 卡引腳功能的定義如表 1 所列：1S!M卡引腳功能的定義觸點號分E1觸點號分配C1電

5、源電壓 LVCC）iH(GND)C2復(fù)任(RST)|C6編程電壓（VPF）C3時鐘（CLK）C7SIM 卡芯片有 8 個觸點，與移動臺設(shè)備相互接通：（1）電源 VCC（觸點 C1）:4.55.5V,ICC10mA;（2）復(fù)位 RST（觸點 C2）;（3）時鐘 CLK（觸點 C3）:卡時鐘 3.25MHz;（4）不提供（觸點 C4）;（5）接地端 GND（觸點 C5）;（6）編程電壓 VPP（觸點 C6）;（7）數(shù)據(jù) I/O 口（觸點 C7）;（8）不提供（觸點 C8）。SIM 卡同移動臺設(shè)備連接時至少需 5 個連接線：數(shù)據(jù) I/OD（Data）、復(fù)位（RST）、接地端（GND）、電源（VCC）

6、、時鐘（CLK）。他與基帶單元的接口電路如圖 1 所示。其中 SIMCD 為 SIM 卡檢測腳，用于檢測 SIM 卡的拔插；SIMCLK為 ME 提供的讀/寫 SIM 卡的參考時鐘；SIMRST 為 SIM 卡復(fù)位信號；SIMIO 為串行數(shù)據(jù)輸入/輸出線，由 20kQ 上拉電阻上拉至高電平；SIMRnW 為讀/寫控制信號，用以指示當前 SIM_IO 線上數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆较颍籗IMPWCTRL 為功率控制信號，可在空閑方式時控制 SIM 卡上的電源關(guān)閉，從而降低功耗，延長待機時間。二、單片機與 SIMSIM 卡的接口單片機與 SIM 卡的接口電路如圖 1 所示。該電路主要由外圍有源晶體丫 2 提供

7、4MHz、穩(wěn)定的時鐘頻率給SIM 卡，電源由一顆 LDO 輸出 3.3V、純凈的直流電到 SIM 卡的 Cl_VCC 上。這里選擇 ST7267 的 PE2 腳作為 I/O 弓 I 腳，通過一個 4.7kQ 的上拉電阻與 SIM 卡實現(xiàn)通訊；選擇 PE3 腳作為 SIM 卡的復(fù)位控制引腳。conTPST7267 與 SIM 卡的接口電跖四、SIMSIM 卡內(nèi)部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)SIM 卡共有 3 類數(shù)據(jù)文件:主文件(MasterFile,MF)、專用文件(DedicateFile,DF)、基本文件(ElementFile,EF)。組織結(jié)構(gòu)規(guī)定如下：0 x3F00 代表根目錄，0 x2FXX 代表根目錄下

8、的基本文件;0 x7FXX 代表一級子目錄，0 x6FXX 代表一級子目錄下的基本文件;0 x5FXX 代表二級子目錄，0 x4FXX 代表二級子目錄下的基本文件。5SIM 卡上電復(fù)位流程SIM 卡符合國際標準 ISO7816 的要求，按照協(xié)議中的規(guī)定，SIM 應(yīng)有 8 個觸點，包括電源接口、復(fù)位控制接口、時五、底層軟件設(shè)計SIM 卡的數(shù)據(jù)傳輸方式與其他存儲卡不同，它遵循 ISO7816 標準。因此在進行 SIM 卡讀寫設(shè)計時應(yīng)該注意數(shù)據(jù)傳輸時每一個數(shù)據(jù)位的寬度，然后按照 ISO7816 的標準編寫程序。首先是接收到正確的復(fù)位應(yīng)答信號(ATR),其次是向 SIM 卡發(fā)送命令，得到正確的返回數(shù)據(jù)

9、和狀態(tài)標志。5.15.1 ETUETU 的計算ETU(基本時間單位)就是 SIM 卡 I/O 腳上輸入而出每一位數(shù)據(jù)的時間，計算公式是siMrsiMr,卜GND-C5_GKDC1_VOCC6WTCRSTC7_WC3Cl.KCDGNDSlM_S0clretSTM33VRiTO.IJIF12SIM_RSTJSIM-CLKSIMJ3V04.7kQX2ST7267SIMI/OSENfRSTTODGNDCLK2Y24AHzSIMC1X鐘輸入接口、數(shù)據(jù)輸入輸出接口,問內(nèi)運行鑒權(quán)過程時至少需要SIM 卡工作時整體電流消耗小于10mA。SIM13/4MHz 的時鐘頻率，其他情況下，使用最小為卡的時鐘頻率可由外

10、部提供，在指定時13/8MHz 的時鐘頻率。I/O 端口的數(shù)據(jù)傳輸波特率為時鐘頻率的1/372。ETUnJDf其中：參數(shù) F 和 D 分別是時鐘頻率轉(zhuǎn)換因子和波特率調(diào)整因子，這里使用默認的速率，即 F=372,D=1;使用的時鐘頻率 f 是 4MHzo可以計算出基本時間單位是 93Vs5.25.2 基本數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)通信使用的協(xié)議是 ISO7816-3 所規(guī)定的 T=0 的異步半雙工字符傳輸協(xié)議。基本的數(shù)據(jù)幀是由 1 個起始位（低電平）、8個數(shù)據(jù)位和 1 個奇偶校驗位組成的，如圖 2 所示。其中，校驗位是將 8 個數(shù)據(jù)位與其自身做偶校驗，也就是其中 1 的個數(shù)必須足偶數(shù)。起始位不做校驗運算。在保護

11、時間內(nèi) SIM 卡和單片機都要處于高電平（即 I/O 口是高電平）。在 T=O 協(xié)議里，如果 SIM卡或者單片機檢測到奇偶校驗結(jié)果不正確，則在保護時間內(nèi)把 I/O 端口拉低，以示出錯。起始位有偶校裝位起始位HID2DJD4D5D6D7DSD9IT二,LJ-個數(shù)據(jù)位保護時間圖 2 基本散據(jù)幀結(jié)構(gòu)5.35.3 SIMSIM 卡的 APDUAPDU 結(jié)構(gòu)應(yīng)用協(xié)議數(shù)據(jù)單元 APDU(ApplicationProtocolDataUnits)包括了命令 APDU 以及應(yīng)答 APDU,其結(jié)構(gòu)如下:命令A(yù)PDUCLLlNSP21P3rjflta應(yīng)答APDtDataDataSW1SW2其中：CLA 是指令的類別，A0 被制定為 GSM 的應(yīng)用；INS 是指令代碼；Pl、P2、P3 是指令參數(shù)，P3 指示的是數(shù)據(jù)的長度；Data 就是要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)；SWl 和 SW2 就是命令處理后返回的狀態(tài)。5.45.4 基本程序模塊的設(shè)計