多SAM卡、多天線讀寫設備的實現原量

摘 要：當今世界是個智能電子產品的時代，多SAM卡、多天線讀寫設備應用于多個領域，使人們生活更加方便快捷。本文通過分析RF的選型、CPU選型、SAM接口的設計、天線設計和軟件設計來闡述多SAM認證技術，并通過分析讀寫識別技術、多SAM卡兼容技術總結多功能讀寫設備關鍵技術，解析多SAM卡、多天線讀寫設備的實現原量。

關鍵詞：多SAM卡；多天線；讀寫設備

中圖分類號：TP332 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 （2014） 14-0000-02

當今世界是個智能電子產品的時代，多SAM卡、多天線讀寫設備應用于多個領域，使人們生活更加方便快捷。要分析多SAM卡、多天線讀寫設備的實現原量，首先必須了解多SAM認證技術，下文將從RF的選型、CPU選型、SAM接口的設計、天線設計和軟件設計幾個方面來介紹多SAM認證技術。

一、多SAM認證技術

如圖1所示，讀寫設備由主CPU STM32芯片、PSAM部分、天線部分、安全模塊、讀寫卡部分、串口通信部分組成。各模塊通過編寫STM32驅動程序來實現。

（一）RF的選型

MF RC531是應用于13.56MHz非接觸式通信中高集成讀寫卡芯片系列中的一員。該讀寫卡芯片系列利用了先進的調制和解調概念，完全集成了在13.56MHz下所有類型的被動非接觸式通信方式和協議。芯片管腳兼容MF RC500、MF RC530和SL RC400。

MF RC531支持ISO/IEC14443A/B的所有層和MIFARE?經典協議，以及與該標準兼容的標準。支持高速MIFARE?非接觸式通信波特率。內部的發送器部分不需要增加有源電路就能夠直接驅動近操作距離的天線（可達100mm）。接收器部分提供一個堅固而有效的解調和解碼電路，用于ISO14443A兼容的應答器信號。數字部分處理ISO14443A幀和錯誤檢測（奇偶CRC）。此外，它還支持快速CRYPTO1加密算法，用于驗證MIFARE系列產品。與主機通信模式有8位并行和SPI模式，用戶可根據不同的需求選擇不同的模式，這樣給讀卡器/終端的設計提供了極大的靈活性。

（二）CPU選型

讀寫模塊采用Cortex?-M3內核的STM32芯片。具備睡眠、停機和待機模式等低功耗性能；帶4個片選的靜態存儲器控制器。支持CF卡、SRAM、PSRAM、NOR和NAND存儲器；多達112個快速I/O端口；13個通信接口；USB 2.0全速接口。[1]

（三）SAM接口的設計

STM32芯片支持智能卡接口，可通過STM32的智能卡接口來直接跟PSAM卡直接通信，但由于我們需要支持多達6個PSAM卡，故我們在選持哪個PSAM卡操作的時候通過使用邏輯與門芯片74HC00作出選擇。

（四）天線設計

MFRC531讀卡芯片只支持一路讀卡信號的通信接口，但由于我們需要支持多達5路天線，故我們在選持哪路天線操作的時候通過使用模擬開關CD4066來作出選擇。

（五）主控電路設計

主控制電路中我們采用ARM9+LINUX的工作模式來實現的，其中ARM9芯片我們采用S3C2440。

（六）軟件設計

軟件功能分為兩部分，一是主控制器部分，二是讀卡模塊部分。

主控制器部分的軟件功能有：支持USB HOST，USB DEVICE，LCD，USAR，TF卡，RTC時鐘，TCP/IP協議的網絡通信，及控制讀卡器，發卡模塊，顯示模塊等各種應用軟件[2]。

讀卡模塊部分的軟件功能有：控制6個PSAM卡，5路天線，支持二代身份證的讀取，指示燈，蜂鳴器，及接收ARM9模塊的命令接口。

二、多功能讀寫設備關鍵技術

識別包括RFID單程票、儲值卡、身份證、NFC、乘客手機號碼等卡介體，其中乘車票為非接觸卡的IC卡，分單程票及儲值票兩大類。作為多功能身份識別，需要研究多通道控制技術。

（一）讀寫識別技術

使用五天線集成設計，通過雙驅動類型的天線板和數字信號切換開關驅動（支持多個有源天線）使天線板2的RF射頻信號性能最佳并且達到天線板的遠距離配置傳輸要求，從而實現8cm范圍內票卡任意角度劃過的有效讀寫。

系統設計中包含兩種驅動類型的天線板，采用此種設計技術后可使IC卡車票處理與打印控制模塊共用一個讀寫器主控板[3]。

通過數字信號切換開關驅動支持多個有源天線，為雙向閘機中的三個天線共用一個讀寫器主控板提供了技術方案。

通過以上方案實施，實現以下特點：

天線板2與主控板之間為數字信號傳輸，無信號衰減，天線板2 RF射頻信號性能最佳；可真正實現天線板的遠距離配置傳輸，主控板與其無安裝距離要求；兩個RF芯片的分離避免了可能的射頻相互干擾影響。

（二）多SAM卡兼容技術（TEPYA/TEPYB/M1/MIFARE）

通過邏輯與門芯片、STM32硬件通訊接口、天線選擇技術及ISO/IEC 14443協議支持，實現六個SAM模塊及多天線接口的有效集成，從而實現多卡種業務處理功能，達到兼容TEPYA/TEPYB/M1/MIFARE等多卡讀寫要求[4]。

1.充分利用STM32硬件通訊接口

STM32系列基于專為要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式應用專門設計的ARM Cortex-M3內核。按性能分成兩個不同的系列：STM32F103“增強型”系列和STM32F101“基本型”系列。增強型系列時鐘頻率達到72MHz，是同類產品中性能最高的產品；基本型時鐘頻率為36MHz，以16位產品的價格得到比16位產品大幅提升的性能，是16位產品用戶的最佳選擇。兩個系列都內置32K到128K的閃存，不同的是SRAM的最大容量和外設接口的組合。時鐘頻率72MHz時，從閃存執行代碼，STM32功耗36mA，是32位市場上功耗最低的產品，相當于0.5mA/MHz。

2.通過邏輯與門芯片

通過邏輯與門芯片，控制智能卡接口與6個SAM卡進行通訊切換：通過邏輯與門芯片74HC00是TTL2輸入端四與非門，高電平4V，低電平1V，與非門電路經常用來實現組合邏輯的運算。

3.ISO/IEC14443協議支持

讀寫系統遵循ISO/IEC14443協議，按照第四部分傳輸協議規定非接觸的半雙工的塊傳輸協議并定義了激活和停止協議的步驟。這部分傳輸協議同時適用于A型卡和B型卡。

三、多SAM卡，多天線讀寫設備主要創新點

運用多SAM卡，多天線讀寫設備系統支持免費開通手機驗證服務，只需客戶提供自身手機號碼進行人員資料綁定。客戶在進行手機號錄入提交申請查詢時，數據處理服務器會驗證手機人員身份的有效性，校驗通過后隨機生成驗證碼的驗證信息，并同手機號碼發送至短信服務平臺由其進行短信發送。

多SAM卡，多天線讀寫設備系統通過專網、3G、WLAN等網絡接入云端，采用身份證識別、手機驗證等方式從后臺集群計算機數據中心處理所有信息，實現快速、實時在線認證及查詢信息業務。

四、結束語

通過以上分析可以看出，多SAM認證技術主要包括RF的選型、CPU選型、SAM接口的設計、天線設計和軟件設計幾個方面，而多功能讀寫設備關鍵技術

主要包括讀寫識別技術和多SAM卡兼容技術。多SAM卡，多天線讀寫設備主要創新點體現在利用智能技術實現信息快捷方便的查詢，在生活工作中應該得到大力普及。

參考文獻：

[1]白翠翠，夏春蕾，戴曙光.非接觸式CPU卡讀寫器的設計與實現[J].無線電通信技術，2012（05）：50-52.

[2]胡維慶.一種非接觸式IC卡讀寫器系統設計[J].電氣時代，2011（11）：90-92.

[3]李亮.對單片機控制非接觸式IC卡讀寫器模塊的討論[J].南華大學學報（自然科學版），2007（01）：94-97.

[4]樊文，常青，張其善.IC卡讀寫器天線電路設計[J].無線電工程，2003（08）：59-62.

[作者簡介]馬軍（1980.01-），男，廣東創能科技工程有限公司；張鳳飛（1984.09-），男，廣東創能科技工程有限公司；劉彥能（1983.10-），男，廣東創能科技工程有限公司。