基于Linux串口的非接觸式IC卡開(kāi)發(fā)應用
文章出處：http://psychicreadingswithdeb.com 作者：姜遠 高嶺 楊建鋒 人氣： 發(fā)表時(shí)間：2011年09月23日
0 引 言
隨著(zhù)信息技術(shù)的快速發(fā)展，個(gè)人數據將成為未來(lái)信息的主要角色。IC卡作為卡基應用系統中的一種卡型，利用安裝在卡中的集成電路(IC)來(lái)記錄和傳遞信息，是一種將個(gè)人信息有效地送人信息網(wǎng)絡(luò )并獲得所需結果的有效辦法。IC卡芯片具有寫(xiě)入數據和存儲數據的能力，IC卡存儲器中的內容根據需要可以有條件地供外部讀取，或供內部信息處理和判定之用。作為IC卡與讀寫(xiě)設備數據交換的一種方式，非接觸式IC卡是通過(guò)無(wú)線(xiàn)電波或電磁場(chǎng)感應的方式，將卡中集成電路內的數據與外部設備接口設備通信，卡片不用直接接觸接口設備的電極就可以進(jìn)行數據讀寫(xiě)。通信距離可以從幾厘米至幾十米遠。其主要優(yōu)點(diǎn)是環(huán)境適應性強、可全天候、無(wú)接觸地完成自動(dòng)識別、跟蹤與管理。
1 Linux中的串口通信設備模塊
1．1 Linux設備文件
在Linux中硬件設備只是一個(gè)設備文件，應用程序可以像操作普通文件一樣對硬件設備進(jìn)行操作。這些設備文件提供了到大多數物理設備的接口，它們分為字符設備、塊設備和網(wǎng)絡(luò )設備。
(1)字符設備：在存取時(shí)沒(méi)有緩存的設備，不使用系統緩沖，對設備文件的操作直接反映到硬件上，串口就屬于字符設備。
(2)塊設備：讀寫(xiě)都有緩存的支持，并且能夠隨機存取。主要包括軟盤(pán)設備、CD—ROM等。
(3)網(wǎng)絡(luò )設備：任何網(wǎng)絡(luò )設備都要經(jīng)過(guò)一個(gè)網(wǎng)絡(luò )接151即一個(gè)能夠和其它主機交換數據的設備，通常接口是個(gè)硬件設備但也可能是個(gè)純軟件設備。
1．2 串口通信的設置
對串口硬件設備進(jìn)行操作，有兩種方法：一是利用Linux內核自帶的串口驅動(dòng)程序；另外一種方法就是直接瀆寫(xiě)串口硬件端口，在這里只使用第一種方法。要設置串口屬性，首先應在程序中包含termios．h的頭文件，這個(gè)頭文件包含終端控制結構和控制函數。
其中有一個(gè)非常重要的數據結構struct temfios，這個(gè)數據結構包含了所有的串口參數，如波特率、數據位、輸入輸出方式等。設置串口屬性就是對這個(gè)數據結構賦值?？梢酝ㄟ^(guò)termios．h中的函數tssetattr()設置串口的termios參數；通過(guò)函數tsgetattr()獲取串口的termios參數。該數據結構的各成員的屬性值以及參數含義可以參考文獻[1]。
設置完通信參數后就可用read從串口讀取數據和write向串口寫(xiě)數據了，其實(shí)質(zhì)就是對串口文件進(jìn)行讀寫(xiě)。運行程序時(shí)要注意用戶(hù)是否有對要操作的串口文件進(jìn)行讀寫(xiě)的權力，可以用chmod命令進(jìn)行文件權限修改。
2 非接觸式IC卡簡(jiǎn)介
Mifare 1 IC智能(射頻)卡的核心是Philips公司的Mifare 1 IC $50。內建有高速的CMOS EEPROMMCU等?？ㄆ铣薎C微晶片及一副高效率天線(xiàn)外無(wú)任何其他元件，無(wú)源(無(wú)任何電池)，工作時(shí)的電源能量由卡片讀寫(xiě)器天線(xiàn)發(fā)送無(wú)線(xiàn)電載波信號耦合到卡片上天線(xiàn)而產(chǎn)生電能，一般可達2V以上供卡片上IC工作工作頻率13．56Mttz。
Mifare 1 IC卡上具有先進(jìn)的數據通信加密并雙向驗證密碼系統；且具有防重疊功能，能在同一時(shí)間處理重疊在卡片讀寫(xiě)器天線(xiàn)的有效工作距離內的多張重疊的卡片。其通訊原理如圖1所示。
圖1 Mifare 1 IC卡讀寫(xiě)流程圖
3 IC卡設備在Linux下的開(kāi)發(fā)實(shí)現
采取通用的Mifare S50卡為例，詳細描述其在校園機房的使用。
3．1 建立相應的數據結構
在頭文件AcctData．h中，定義結構體AcctItem，用于反映機器的使用狀態(tài)，頭文件ICCard．h中，定義類(lèi)ICCard用于反映IC卡的使用狀態(tài)。確定在驅動(dòng)模塊程序中應用的數據結構的最終目的是讀取和寫(xiě)入卡數據處理，所以規范整齊的數據結構是必須的。
通訊模式及率
}；
這樣，就定義了全部的卡處理數據結構定義以及設備操作映射函數結構，綜上所述，就實(shí)現了IC卡設備的打開(kāi)、讀寫(xiě)和監控函數 。
3．2 模塊初始化函數的實(shí)現
模塊初始化函數是模塊開(kāi)發(fā)過(guò)程中必不可少的處理函數，用于實(shí)現設備的初始化，中斷初始化及處理設備等。
在上面類(lèi)中首先應用GetCardData(char*，CardData&)實(shí)現了卡數據的初始化；然后定義了隊列數據，再進(jìn)行了上機處理以及下機處理，故障恢復處理；最后實(shí)現了恢復故障處理。
3．3 中斷處理
模塊采用了定時(shí)器中斷，在每個(gè)定時(shí)器中斷發(fā)生時(shí)對刷卡狀況進(jìn)行檢測，如果在天線(xiàn)范圍內檢測到刷卡，根據使用標記進(jìn)行判斷，未使用則進(jìn)行讀卡操作；使用中則進(jìn)行寫(xiě)卡操作，同時(shí)更新IC卡的狀態(tài)數據。
程序中的中斷處理采用了信號量機制來(lái)實(shí)現中斷的后續處理，其處理流程為：
3．4 注銷(xiāo)模塊處理
用于模塊卸載時(shí)進(jìn)行資源的釋放，在關(guān)閉串口前，需要通過(guò)tcsetattr(fd，TCSANOW，&oldtio)；將串口參數恢復為原來(lái)的設置，最后通過(guò)close系統調用關(guān)閉串口，如下所述：
3．5 設備的讀、寫(xiě)和配置函數
主要是通過(guò)實(shí)現IC卡的各種操作，在先前的類(lèi)ICCard中已經(jīng)介紹，根據Mirare 1 IC的通訊原理，實(shí)現卡的初始化操作。
綜上所述，卡驅動(dòng)模塊的基本實(shí)現原理是：當有刷卡操作發(fā)生時(shí)，由使用標記引發(fā)中斷或進(jìn)行讀卡操作；或進(jìn)行寫(xiě)卡操作，同時(shí)進(jìn)行相應數據處理。從而實(shí)現有卡操作發(fā)生時(shí)馬上進(jìn)行卡數據的更新[ 。
4 模塊的編譯調試
編寫(xiě)相應的makefile文件：
chown root$(BINDIR)／pubacct
chown u+s$(BINDIR)／pubacct
clean：
rm-f*．o pubaect
執行幾個(gè)make命令，便可以實(shí)現驅動(dòng)模塊的動(dòng)態(tài)編譯。
5 結束語(yǔ)
文中筆者創(chuàng )新點(diǎn)：介紹了非接觸式IC卡的概況和發(fā)展前景。有助于有一定IC卡經(jīng)驗、技術(shù)及具有一定的計算機軟緞件技術(shù)的研發(fā)者設計出諸多應用場(chǎng)合的產(chǎn)品。這里只是截取了IC卡應用的一個(gè)方向，以及簡(jiǎn)單的設計開(kāi)發(fā)。在其它的高級應用中還可以加入密鑰保護等措施。
基金項目：陜西省自然科學(xué)基金項目(2005f36)
作者簡(jiǎn)介；姜遠(1978--)，男，陜西西安人，西北大學(xué)信息學(xué)院，碩士研究生，研究方向 為網(wǎng)絡(luò )管理；高嶺，教授，西北大學(xué)信息學(xué)院，研究方向為網(wǎng)絡(luò )測量和網(wǎng)絡(luò )管理。楊建鋒，西北大學(xué)現代技術(shù)教育中心
參考文獻：
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