Smarty智能卡讀寫(xiě)器技術(shù)概述

文章出處：http://psychicreadingswithdeb.com 作者：智能卡應用全書(shū)   人氣： 發(fā)表時(shí)間：2011年11月05日

智能卡的發(fā)展，引起越來(lái)越多的商家和消費者的注意。但是對于他們每天常用的微機應用程序，有一個(gè)難題——必須另外裝配一個(gè)讀寫(xiě)器，來(lái)對智能卡進(jìn)行解碼并識別信息。通常這類(lèi)設備都帶有礙手礙腳的導線(xiàn)和接頭，以便連接到電腦上。而且，它們往往還要占用串口、并口或USB端口，這對于那些經(jīng)常出差的客戶(hù)、在辦公室和在家都使用智能卡的客戶(hù)來(lái)說(shuō)，是件很頭疼的事。如今這些問(wèn)題有了簡(jiǎn)易方便的解決方案：Smarty智能卡讀寫(xiě)器。本文將介紹Smarty智能卡讀寫(xiě)器有關(guān)的背景技術(shù)和開(kāi)發(fā)應用知識。   
     
　　 一、概述   
　    
　　Smarty智能卡讀寫(xiě)器形如一個(gè)3.5英寸軟盤(pán)，但它內部裝有自己的一套電子元件。用戶(hù)只須將IC卡插入Smarty便攜式IC卡讀寫(xiě)器，然后再將Smarty讀寫(xiě)器插入電腦的3.5英寸軟驅即可。軟驅和Smarty之間的通訊，是通過(guò)軟驅的讀寫(xiě)頭和Smarty的特制的轉換器之間的磁力耦合實(shí)現的。Smarty內有一個(gè)磁場(chǎng)界面電路，它能仿效旋轉磁盤(pán)產(chǎn)生的磁場(chǎng)，同時(shí)也可以探測軟驅寫(xiě)出的數據，并為其解碼。   
      
　　用3.5英寸軟驅作為電腦和智能卡之間的通信手段，具有如下優(yōu)點(diǎn)：   
      
　　●普及性好：現在的大多數電腦都帶有3.5英寸軟驅?zhuān)@些軟驅平常很少使用。       
　　●易于標準化：每年3.5英寸軟盤(pán)的銷(xiāo)量多達50億片，安裝了3.5英寸軟驅的電腦也有3.5億多臺，它們都很好地遵循了一套嚴整的標準。     
　　●熟悉易用：所有的微機用戶(hù)都熟知如何在電腦上插、拔3.5英寸軟盤(pán)。    
　　●容易攜帶：SmartyIC卡讀寫(xiě)器尺寸小，且無(wú)外接電線(xiàn)、接頭或外接電源，所以攜帶非常方便。（與3.5寸盤(pán)一樣大）   
      
　　其它由于電腦的智能卡數據讀寫(xiě)設備（如串/并口讀卡器、PCMCIA讀卡器或內置總線(xiàn)型讀卡器），在上述幾個(gè)方面至少有一種或幾種明顯缺陷。   
      
　　需要考慮的技術(shù)問(wèn)題，由于以下幾個(gè)原因，Smarty智能卡讀寫(xiě)器技術(shù)可行性大大增強：   
      
　　●零件布局：通過(guò)使用ASIC技術(shù)（應用程序專(zhuān)用集成電路），所有必需的零件都安裝在尺寸限定的盡可能小的空間內。    
　　●工作電源：盡管Smarty智能卡讀寫(xiě)器對卡的用電功率有一定限制，但請相信這不會(huì )妨礙任何常用種類(lèi)的智能卡的使用。在正常的工作條件下，電池的壽命為1到3年。     
　　●可用性好：實(shí)踐表明，用戶(hù)從Smarty智能卡讀寫(xiě)器插/拔智能卡，相對很容易。插/拔SmartyIC卡讀寫(xiě)器的操作，與使用軟盤(pán)完全相同。       
　　●可靠性高：Smarty智能卡讀寫(xiě)器的零件相對很少，只有一個(gè)運動(dòng)部件；而且，它在電路上與PC機完全隔絕。這就從根本上決定了它比其它傳統的智能卡讀寫(xiě)器更可靠。        
　　●容錯性強：智能卡被限制在Smarty讀寫(xiě)器內，所以不能“彈出”或損壞軟驅。         
　　●性能卓越：用SmartyIC卡讀寫(xiě)器支持波特率高達53.7K的卡與讀卡器間通訊時(shí)，能夠做到?jīng)]有延時(shí)。         
　　●產(chǎn)品安全：SmartyIC卡讀寫(xiě)器通過(guò)了UL、CE、FCC等機構的測試，并且獲得許可。   
   
　　二、產(chǎn)品、背景知識和發(fā)展方向   
      
　　本文提供了一些關(guān)于SmartyIC卡讀寫(xiě)器的技術(shù)性能和商業(yè)功用的信息，以便讀者客觀(guān)評價(jià)該產(chǎn)品。文章的主要講述了SmartyIC卡讀寫(xiě)器的應用、產(chǎn)品的機械結構和電子結構，以及對其實(shí)用性和可靠性的評價(jià)。   
      
　　什么是SmartyIC卡讀寫(xiě)器？   
      
　　Smarty便攜式IC卡讀寫(xiě)器是一個(gè)整體的電子設備，外型和3.5英寸磁盤(pán)類(lèi)似，但內部沒(méi)有任何磁性介質(zhì)。Smarty便攜式IC卡讀寫(xiě)器內裝有一個(gè)轉換器和一個(gè)電路，能仿效旋轉磁盤(pán)產(chǎn)生的磁場(chǎng)，并且收集數據“寫(xiě)入”磁盤(pán)驅動(dòng)器。因此，在標準的3.5寸軟驅中SmartyIC卡讀寫(xiě)器，不需要對軟驅和電腦主機做任何調整。（當然，驅動(dòng)程序還是要裝的。）   
      
　　關(guān)于3.5寸軟盤(pán)驅動(dòng)器   
　　  
　　根據Dataquest公司市場(chǎng)調查報告，現在全世界有超過(guò)3億個(gè)3.5英寸軟盤(pán)驅動(dòng)器。此外，據Mitsumi公司調查，1999年3.5寸軟驅的產(chǎn)銷(xiāo)量達1.2億只，到2000年可能達到1.3億多只。   
　　  
　　3.5寸軟驅的尺寸參數是電腦的各種外設中標準最嚴格的，僅去年3.5寸盤(pán)的消費量就達到50億片。以軟驅為基礎的讀卡器的優(yōu)點(diǎn)是很明顯的：全世界有統一標準，從而能成為易于被用戶(hù)掌握的、安全便攜的讀寫(xiě)工具。   
   
　　智能卡及其讀卡器的選擇   
      
　　智能卡順其自然已成為了磁條式卡片的替代產(chǎn)品。人們預測，未來(lái)的幾年中，智能卡在零售業(yè)和以客戶(hù)為基礎的銀行業(yè)中將會(huì )大面積推廣。不管怎樣，這些系統中仍有很多是以PC機為基礎的，因此卡與PC機之間的接口必不可少?，F有的讀卡器和計算機間的接口如下：   
      
　　●并口或串口電纜        
　　●PCMCIA（個(gè)人電腦存儲卡國際協(xié)會(huì )）         
　　●內部的總線(xiàn)        
　　●USB（通用串行總線(xiàn)）   
　　  
　　所有這些方法，都易遭遇兼容性的問(wèn)題。而且從理論上講，只有PCMCIA連接還算容易，不需要專(zhuān)業(yè)人士來(lái)安裝。但是，現在常用的大部分微機都沒(méi)有PCMCIA擴展槽，而且改裝費用很高（PCMCIA讀卡器的價(jià)格也不菲），況且用起來(lái)并不方便。這種狀況恐怕在近年內不會(huì )改觀(guān)。   
　　  
　　能否有一種產(chǎn)品，在現有的大部分電腦和配備智能卡的商務(wù)活動(dòng)或持卡消費者之間架起橋梁，對于許多電子銀行系統的實(shí)施推廣來(lái)說(shuō)，是一個(gè)起碼的前提條件。這一產(chǎn)品，將會(huì )使智能卡系統在消費、證券、商務(wù)的大面積推廣成為可能。   
　　  
　　利用Smarty智能卡讀寫(xiě)器作為智能卡－微機接口，這一設計思想是很有魅力的。這是因為Smarty智能卡讀寫(xiě)器有如下優(yōu)點(diǎn)：   
      
　　●在幾乎所有的臺式機或筆記本電腦上，安裝都非常簡(jiǎn)單。        
　　●方便，換臺電腦照常使用。         
　　●結構緊湊，易于攜帶。         
　　●采用客戶(hù)熟悉的外觀(guān)，不帶纜線(xiàn)和接頭。       
　　●操作方法很直觀(guān)。       
　　●物有所值，總體成本低。   
      
　　需要考慮的因素   
　　  
　　要實(shí)施一個(gè)可行的智能卡讀卡器方案，主要問(wèn)題有：   
      
　　●可用性：用戶(hù)往讀寫(xiě)器里插/拔卡、在電腦上裝/拆智能卡讀寫(xiě)器的難易度。        
　　●可靠性：用做客戶(hù)端設備時(shí)，智能卡讀寫(xiě)器有足夠高的可靠性。       
　　●使用性能：用做計算機和智能卡之間的通信手段時(shí)延時(shí)（如果有的話(huà)）長(cháng)度。       
　　●滿(mǎn)足的標準：遵循ISO7816標準的哪一部分；其產(chǎn)品技術(shù)是否兼容微軟的PC/SC；其產(chǎn)品技術(shù)是否能掌握未來(lái)標準的主動(dòng)權。   
      
　　三、機械性能要求及設計時(shí)需要考慮的問(wèn)題   
      
　　智能卡   
　　  
　　Smarty智能卡讀寫(xiě)器支持的智能卡，規格參數完全符合ISO7810和ISO7816定義的標準。名義上卡的厚度為0.8毫米，實(shí)際上0.9毫米也是可以的，因為還要有一定的尺寸誤差。   
      
　　卡的接觸方式   
　　  
　　卡的接觸方式有兩種：“普通模式”和“CP8模式”。觸點(diǎn)的位置并不一致，但是離得很近，在同一塊樹(shù)脂片上。大多的觸點(diǎn)生產(chǎn)廠(chǎng)家都增加觸點(diǎn)的數量，以適應不同的模式。CP8模式由法國人創(chuàng )造并推廣使用；此項技術(shù)主要出口斯堪迪那維亞地區國家。因此，Smarty智能卡讀寫(xiě)器觸點(diǎn)布局設計限制采用“普通模式”：允許有8個(gè)觸點(diǎn)，只有6個(gè)是必需的。   
     
　　 插卡   
　　  
　　智能卡應該以“正常方式”插入——即：沿長(cháng)邊軸線(xiàn)方向看去，卡上的文字朝著(zhù)用戶(hù)是正立的。（有的卡上印有箭頭，指明插入讀卡器的方向。）   
　　  
　　打有凸字的智能卡（Embossedsmartcard）   
　　  
　　這些智能卡主要用于信貸交易。與其相關(guān)的ISO標準僅僅給出了凸字符的厚度（19±2thou），Smarty智能卡讀寫(xiě)器完全滿(mǎn)足這一規范。   
      
　　卡的定位   
　　  
　　在Smarty智能卡讀寫(xiě)器的中心部分，空間極其有限，因此這里不允許有任何突起。此外，智能卡遮擋轉換器也是不允許的。因此，在這狹小的盒狀結構里，只能有一塊地方可以放智能卡。應將智能卡放在Smarty智能卡讀寫(xiě)器的下半部分，卡的背面朝著(zhù)金屬外殼。隔離片的作用是防止卡與金屬罩接觸發(fā)生短路。   
      
　　機殼體及金屬罩   
　　　  
　　Smarty智能卡讀寫(xiě)器的外型尺寸符合1988年英國標準6958－第1部分的要求。（BS6958：Part1：1988）   
　　　  
　　新式的Smarty智能卡讀寫(xiě)器采用了一個(gè)機械互鎖系統。為了最大限度地使結構一體化，金屬罩的邊緣輪廓都被細化了。留給軟驅磁頭的那塊區域，是一條長(cháng)方形的縫隙。所有的零部件都是熱固定到盒狀機體內的。   
　　　  
　　這樣的設計，使得組裝工序大大加快；而且，機構的接合點(diǎn)沿著(zhù)一條連續的線(xiàn)排列（即：沿著(zhù)邊緣排列），使得結構的一體化程度非常高。選做機殼體的材料，符合下列準則：   
      
　　●能保證非常好的平面度的熱塑性塑料      
　　●模塊的硬度令人滿(mǎn)意      
　　●符合適當的標準（如：UL94V0，CE等）   
　　  
　　工作說(shuō)明書(shū)里指定的機殼體鑄造材料是：ABS（丙烯氰－丁二烯－苯乙烯），標準壁厚0.75毫米。設計的金屬罩材料為302不銹鋼，厚度是0.25毫米。   
      
　　隔離片   
　　  
　　對有限的空間和零部件的外型進(jìn)行深入的分析表明，PCB（印刷電路板）應放在沒(méi)有活動(dòng)零件的一側，那里緊靠金屬罩的內側。隔離片（通常是0.05毫米厚）貼著(zhù)金屬罩的內表面，位于電池倉上面。隔離片使用的材料是用金屬模制的0.05毫米厚聚酯薄片，粘結在金屬罩內。  

    四、機構設計   

     插卡  

　　Smarty智能卡讀寫(xiě)器的插卡方法很獨特。在Smarty智能卡讀寫(xiě)器的一側，有一個(gè)長(cháng)方形的狹槽。插卡時(shí)，通常是一只手拿卡、另一只手握背面朝上的Smarty智能卡讀寫(xiě)器；卡的正面對著(zhù)用戶(hù)，右邊朝上?？ǖ淖笫诌叢迦腴L(cháng)方形的狹槽，然后推卡使其充分到位?？ㄍ频轿缓笏墒?，它就會(huì )“咔嚓”一下定位在Smarty智能卡讀寫(xiě)器的卡槽內。在這一方位，即使讀卡器劇烈震動(dòng)也不會(huì )發(fā)生脫落。  

      拔卡  

　　要想取出卡片，只須一只手握住Smarty智能卡讀寫(xiě)器，另一只手用拇指和食指捏卡片即可。Smarty智能卡讀寫(xiě)器的一側有一塊長(cháng)方形孔，以便食指能碰到卡的后面。  

      卡的彎曲程度  

　　按照O7810標準規定的智能卡彎曲檢測方法，智能卡應當沿著(zhù)長(cháng)邊軸線(xiàn)方向彎曲偏斜20毫米時(shí)，不會(huì )發(fā)生損壞。根據計算，通常插在Smarty智能卡讀寫(xiě)器內的卡片的最大彎曲程度為：卡的中央偏斜0毫米。（換言之，這可以稱(chēng)其為0偏斜或100％順從）  

      軸心蓋板  

　　這一部件由一條0.15毫米厚不銹鋼片制成，在軸心部分周?chē)?點(diǎn)用熱固定法裝配。蓋板的作用是：防止軟驅的電機心軸碰壞智能卡。  

      PCB（印刷電路板）  

　　Smarty智能卡讀寫(xiě)器采用FR4印刷電路板，其允許的厚度為0.25毫米。智能卡的接觸點(diǎn)被熱固定在機殼體上，以便準確定位。印刷電路板固定在下面，這樣能防止它對卡片產(chǎn)生干擾。  

      微型開(kāi)關(guān)和凸輪  
 
　　微型開(kāi)關(guān)是為了方便客戶(hù)使用而設計的，因此要放在恰當的位置。開(kāi)關(guān)的細小零件都包藏在機殼體內。開(kāi)關(guān)有一部分是電池倉，上面帶有焊點(diǎn)。開(kāi)關(guān)可以安裝在機體內的兩個(gè)位置，旁邊電池的觸點(diǎn)放在焊點(diǎn)的下方，此觸點(diǎn)由手工焊成。  

      電池倉、電池倉的門(mén)及接觸點(diǎn)  

　　電池倉的名義尺寸，規定為厚度2.5毫米、直徑20毫米。  

　　安放電池接觸點(diǎn)，是為了優(yōu)化電池固定點(diǎn)的幾何布局（例如，電池可以由它周?chē)牡染嗳c(diǎn)支撐：有兩點(diǎn)固定在機殼體上，第三點(diǎn)是一個(gè)接觸點(diǎn)）。兩個(gè)接觸點(diǎn)都可以用機械方法固定（如熱固定），有一端允許自由彎曲。  

       轉換器和橋形結構  

　　在設計轉換器總成時(shí)，在保證“方孔”處于正確位置的前提下，盡量讓這一部件的大部分放在靠近機殼體頂端的位置。設計機殼體時(shí)，不是將其推入一個(gè)槽內，而是盡量使用銷(xiāo)和樁定位以便轉換器安裝定位。  

　　電子元件采用手工焊接到印刷電路板上。一條長(cháng)方形的橋狀結構扣在轉換器上面，以便提供非金屬表面隔開(kāi)軟驅磁頭，保護轉換器。  

    五、電子器件、硬件及軟件  

      電源  

　　Smarty智能卡讀寫(xiě)器采用2塊幣狀鋰電池（型號為CR2025）供電，兩塊電池一起使用的壽命為300mAH。  

      電子器件  

　　除了微型控制器和內存，Smarty智能卡讀寫(xiě)器現在采用的電路由2套ASIC（特定用途集成電路）實(shí)現：一個(gè)是數字電路、一個(gè)是模擬電路。  

　　采用ASIC電路，除了保障了機構尺寸上的可行性之外，還有許多其它好處。其優(yōu)點(diǎn)如下：  

    ●增加了可靠性，提高了生產(chǎn)率   
    ●改善了性能——因為通訊協(xié)議的速度提高了   
    ●延長(cháng)了電池的使用壽命——因為電路的靜電耗和動(dòng)電耗都降低了  
　　　  
    Smarty智能卡讀寫(xiě)器內使用的磁信號接口電路（模擬ASIC電路），執行的是一種全速（250Kbit/sec，即：與1.44Mbytes的軟驅同步）MFM協(xié)議（改進(jìn)調頻制，即數據在PC機軟盤(pán)上編碼采用的方法）。這使得在不影響成本和空間限制的前提下，ASIC內增加程序的復雜程度成為可能。不管怎么說(shuō)，加快Smarty智能卡讀寫(xiě)器與計算機之間的通信速度，實(shí)際上沒(méi)多大意義，因為這對整體性能提高的貢獻微乎其微。這是由于，大部分的操作速度都被智能卡通訊協(xié)議的速度限制住了。  

      電腦軟件  

　　Smarty智能卡讀寫(xiě)器的計算機軟件由一個(gè)“C語(yǔ)言”鏈接庫（可用DOS，Windows,Windows95,Windows98或NT等系統支持）構成，其中包含許多函數，用以重新設置智能卡及從卡中收發(fā)數據；還包括一些執行ISO7816－3T=0和T=1通信協(xié)議的函數。  

    六、性能、適用性和可靠性  

      命令執行時(shí)間  

　　Smarty智能卡讀寫(xiě)器的ISO智能卡接口，是以每塊255（T=1）、259（T=0）字節的方式在電腦和Smarty讀寫(xiě)器之間轉換數據的。  

　　Smarty智能卡讀寫(xiě)器給智能卡提供的變量時(shí)鐘頻率為1.25MHz、2.5MHz或5MHz。這樣的好處是：  

　　Smarty智能卡讀寫(xiě)器與智能卡通訊的波特率可在3.4到53.7之間不等。當收到電腦的一塊數據包時(shí)，Smarty的硬件以此波特率把要求的字節數轉播給智能卡，然后等待智能卡的應答。探測到這個(gè)應答的尾部有兩種方法：要么是用可編程的字符間隔超時(shí)設定，要么是由計算機應用程序指定預期數據的長(cháng)度。  

　　例如，典型的“校驗口令”命令就涉及到如何把20字節數據傳送給智能卡、并接收約為5字節的應答數據的問(wèn)題。這就要耗費大約66毫秒在電腦和Smarty智能卡讀寫(xiě)器之間傳輸數據，再耗費16毫秒在Smarty智能卡讀寫(xiě)器和智能卡之間傳遞數據。此外，智能卡還要耗費幾毫秒來(lái)處理這些請求。因此，這樣的命令每秒鐘能處理5條左右。  

      電池壽命  

　　用各種各樣的智能卡對Smarty智能卡讀寫(xiě)器硬件進(jìn)行的大范圍的測試，以及對特定應用程序的分析，都正在現行標準的基礎上進(jìn)行。例如：  

    ●智能卡在工作狀態(tài)下，工作電壓4.75伏特、電流為4毫安；“等待”狀態(tài)電流小于1毫安。   
    ●智能卡完成一條命令（數據輸入、計算機數據輸出）的工作時(shí)間，加上轉變到“等待”模式的時(shí)間，共計1/2秒。   
    ●每次交易含4條命令。（例如：校驗密碼、從卡片內存讀取數據、計算MAC或數字簽名、在卡片內存寫(xiě)入數據）。  

　　在正常情況下，Smarty智能卡讀寫(xiě)器的電池壽命足夠進(jìn)行4000筆交易，也就是：如果每天進(jìn)行五次交易，可用1～3年（另外還得看用的是什么卡）。運用Smarty智能卡讀寫(xiě)器的省電特性，會(huì )大大延長(cháng)電池壽命。這種情況下，使用的是電壓5伏的智能卡。使用電壓3伏的智能卡，則可延長(cháng)電池的壽命。  

　　注：當關(guān)掉開(kāi)關(guān)或處于等待狀態(tài)時(shí)，Smarty智能卡讀寫(xiě)器和智能卡的耗電量非常低：小于4毫安。  

     電子部件的可靠性  

　　Smarty智能卡讀寫(xiě)器的可靠性超過(guò)（設計、生產(chǎn)和質(zhì)量保障等條件相同）一般的讀卡器，是因為它與電腦沒(méi)有電路連接，從而不會(huì )掉電或傳導靜電。由于它靠電池供電，所以不受外接電源可能帶來(lái)的電壓不穩、用電特性不一致的影響。  

      機械部件的可靠性  

　　Smarty智能卡讀寫(xiě)器內與卡片的電路的連接點(diǎn)，是經(jīng)得起任何常規讀卡器壓卡應力考驗的高質(zhì)量部件。除了這些能彈性變形的觸點(diǎn)和凸輪式的開(kāi)關(guān)，Smarty智能卡讀寫(xiě)器內再沒(méi)有其它活動(dòng)部件。智能卡的插入、保持和拔出機構相對于Smarty智能卡讀寫(xiě)器機殼體完全是不動(dòng)的。因此，它有著(zhù)與生俱來(lái)的非常高的機械可靠性。