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基于ARM的非接触IC卡网络系统

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随着计算机信息技术和超大规模集成电路技术的发展，以及芯片微型化封装技术的日趋成熟，非接触IC卡逐渐成为人们关注和研究的重点[1].非接触IC卡作为一种全新的应用领域，具有无机械磨损、容易维护、方便使用、信息存储量大[2][3]等特点。本文设计的非接触IC卡网络系统采用ARM处理器，在ARM上移植μC/OS-II实时操作系统，嵌入TCP/IP[4]；建立SQL Server 2000大型关系数据库[5]，同时，结合Delphi与SQL Server 2000数据库编程技术和Delphi网络编程技术[6][7][8]编写管理软件，实现TCP/IP网络通信；利用ASP+SQL Server动态网站开发技术建立IIS5.1服务器网站，实现大规模的非接触IC卡网络管理系统[9][10]，能满足对信息载体的便携性、高安全性、易用性、超大规模管理等要求。本系统可用于服务领域，如货物销售与后勤、商业、生产企业和材料流通等。

1 系统结构和原理

系统设计分为C/S和B/S结构。C/S结构中主要包括专用读卡芯片FM1702N、ARM组成的读卡终端、SQL Server数据库和Delphi编写的管理软件，系统管理员可以在管理界面对用户进行注册、修改、删除、查询等操作，在运行界面实时显示各个读卡终端的状态并记录在数据库上。B/S主要有SQL Server数据库和IIS5.1建立服务器网站，用户能够通过远端的Web网页查询和管理IC卡信息。系统框图如图1所示。

2 系统硬件设计

硬件主要由三星S3C2410、FM1702N、RTL8019AS、LCD、JTAG、语音芯片、键盘等组成。S3C2410采用1.8V ARM920T内核，带有3.3V 16KB指令和16KB数据缓存及MMU单元，非线性（NAND）Flash引导单元，系统管理器（包括片选逻辑和SDRAM控制器），3通道的异步串行口（UART），4通道的DMA，实时时钟单元（RTC），I2C总线接口，IIS总线接口，16/32位RISC微处理器。移植μC/OS-II操作系统，嵌入TCP/IP协议，通过RTL8019AS以太网芯片实现TCP/IP网络通信；FM1702N是读卡专用芯片，主要实现对非接触IC卡的读写操作； LCD实现显示功能；JTAG 用于软件调试使用；音频实现语音功能；键盘实现对系统的输入设置。硬件框图如图2所示。

2.1 FM1702N与S3C2410的接口电路

FM1702N与S3C2410的接口电路如图3所示。FM1702N是上海复旦微电子股份有限公司设计的基于ISO14443标准、Mifare标准的三重认证算法的射频IC卡读卡专用芯片，采用0.6μm CMOS EPPROM工艺，支持多种加密算法，兼容飞利浦的MFRC530.内部的发射器不需要增加有源电路就可以驱动近距离的天线（可达10cm）。接收电路中的FM1702N采用了正交解调电路解调RX脚上ISO14443标准的负载波信号。

FM1702N与S3C2410通过并行接口连接，FM1702N的IRQ与S3C2410的EINT1相连，采用外部中断模式；FM1702N的数据D0～D7与S3C2410数据线的DATA0～DATA7相连；FM1702N的片选信号NCS接在S3C2410的nGCS1，对应的内存地址为0X08000000～0X10000000；FM1702N的A0和A1接高电平，A2接低电平，工作在读/写选通模式下；WR、RD分别与S3C2410的nWE、nOE连接。稳定的工作频率对FM1702N非常重要，本设计外部时钟源，时钟信号加到OSCIN和OSCOUT端口，晶振频率为13.56MHz，同时注意时钟的占空比和防抖动，以保证时钟信号的品质。

2.2 读写器天线的设计

读写器天线的设计是与M1卡进行通信的关键，根据互感原理，半径越大、匝数越多读写器上的天线和M1卡上天线的互感系数就越大。根据国际标准的要求，M1卡和读写器的通信距离为10cm.天线可等效成R、L、C并联回路，等效电路图如图4所示， L为天线的自感，R为天线的等效电阻，C为天线的分布电容。

天线的品质因数是设计天线时要注意的部分。根据国际无线通信标准ISO1444规定：无论TYPEA或TYPEB射频IC卡，读写器和射频IC卡之间的数据传输速度为106kb/s，载波频率为13.56MHz，所以每一位数据维持时间是9.44μs.Type A型射频IC卡读写器到射频IC卡的信号编码是修正米勒编码，传送每一位数具有3？滋s的载波中断，因此，该信号的带宽近似为B=333.333kHz，故读写器天线的品质因数Q=13.56MHz/333.333kHz=35，天线的传输带宽与品质因数成反比关系。因此，过高的品质因数会导致带宽缩小，从而减弱读写器的调制边带，导致读写器无法与卡通信。耦合天线电感值L1（nH）采用下面公式进行估算：

式（1）中：l1为一圈导体的长度，D1为导线的直径或PCB板的线宽（cm），K为线的形状系数（环形K=1.07，矩形K=1.47），N1为环数[3].

2.3 RTL8019AS与S3C2410的接口电路

TRL8019AS与S3C2410的接口电路如图5所示。RTL8019AS是高度集成以太网控制器，带宽10MB/s～20MB/s，支持JUMPER和JUMPERLESS选项，集成10BASET收发器，BNC和AUI接口之间具有自动检测功能，有8条IRQ总线和16条基本地址总线，支持16KB、32KB和64KB BROM和闪存接口。