射频卡芯片设计研究论文.doc

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1、射频卡芯片设计研究论文摘要：介绍了一套基于AT88SC6416CRF开发医院门诊电子病历的射频识别系统设计方法。该系统既能方便安全地记录门诊病人相关的各种就诊信息，又能确保数据在传输过程中的安全性，完全可以满足门诊电子病历的基本要求。关键词：射频识别系统电子病历AT88SC6416CRF１引言射频卡（简称ＲＦ卡）是一种新式非接触ＩＣ卡，具有使用寿命长、对读写设备（ＰＣＤ）无物理磨损、不存在因接触而引起病菌交叉传染等优点，所以特别适用于在医院这种特殊场所进行信息储存。ＲＦ卡的关键部分为镶嵌在卡片内部的ＲＦ芯片，下面以ＡＴ-ＭＥＬ公司的ＡＴ８８ＳＣ６４１６

2、ＣＲＦ射频卡芯片为例来讨论其在门诊电子病历中的应用。２芯片简介ＡＴ８８ＳＣ６４１６ＣＲＦ射频卡芯片在出厂时已被做成封装好的微型模块，其体积仅为５．０６×８．００×０．３８ｍｍ３。内部带有６４ｋＢ的用户ＥＥＰＲＯＭ和２ｋＢ的系统ＥＥＰＲＯＭ，遵循ＩＳＯ１４４４３Ｂ标准，使用１３．５６ＭＨｚ频段，内设防重叠系统，可支持多卡同时使用。该器件采用３组６４位长、相互加密校验的密钥和密码对，能重复写１０００００次以上，数据可保持１０年，并可抵抗各种恶劣的使用环境，温度使用范围为－４０～＋８５℃。ＡＴ８８ＳＣ６４１６ＣＲＦ采用开放式结构，具有良好的兼容性，允许用户自行

3、选择读卡设备同时与常用的ＰＨＩＬＩＰＳ公司的ＭＣ５３１兼容，而且价格低廉，每个芯片售价不到７元人民币。３内部结构ＡＴ８８ＳＣ６４１６ＣＲＦ射频卡芯片内部分为ＲＦ射频接口电路和其它数字电路两大部分，其功能组成框图如图１所示。３．１系统配置区结构4学海无涯ＡＴ８８ＳＣ６４１６ＣＲＦ内有大小为２．０４８ｂｉｔ的ＥＥＰ-ＲＯＭ单元，称为系统配置区，专门用于存储系统数据，如密码、数据编码方式和用户内存中每个扇区的安全级别定义等。对配置区的操作可通过安全熔丝技术对卡的配置区等特定部分的编程写入进行控制。该类操作只能由系统开发者以规定的控制时序逻辑来完成，普通的最终用户

4、如电子病历卡的使用者无法改变其中的信息。３．２用户区内存结构ＡＴ８８ＳＣ６４１６ＣＲＦ给用户提供有８１９２个字节６４ｋＢ的ＥＥＰＲＯＭ存储容量，整个用户内存划分为１６个扇区，编号为扇区０～扇区１５。每个扇区有１６个页（ｐａｇｅ），每个页的长度为３２个字节，这样，一个扇区共有３２Ｂｙｔｅ×１６＝５１２Ｂｙｔｅ。用户区内存具体的分配结构如表１所列。表1用户EEPROM具体分配结构扇区0000001002003004005006007共512个字节1F81F91FA1FB1FC1FD1FE1FF扇区1～扇区14000……1FF扇区150000010020

5、03004005006007共512个字节1F81F91FA1FB1FC1FD1FE1FF３．３用户区内存的存取在读卡器（即ＰＣＤ）对ＲＦ卡进行配置时，将会加载安全认证协议，并对每一次读／写操作的当前密码进行双向校验，同时用此安全认证机制来验证数据的正确性。为了保证每个用户扇区的数据安全，每个用户扇区可以配置成自由读／写数据，或者设置操作密码。各个不同的用户扇区可以设置自己互不相同的密码。ＡＴ８８ＳＣ６４１６ＣＲＦ芯片内部设有特殊计数器，同时可以限定尝试密码的次数，还可以有效地抵抗外界暴力破解密码的攻击。具体的安全认证过程如图２所示。4学海无涯在ＲＦ卡和识

6、别系统建立起信任关系前，首先应将自己的卡号送给识别系统，以使识别系统计算出一个验明身份的ＣｈａｌｌｅｎｇｅＡ，并将它送给ＲＦ卡进行校验。ＲＦ卡接着计算验明身份的ＣｈａｌｌｅｎｇｅＢ，同时将它送回给识别系统进行校验。完成第一次双向校验后，识别系统开始读取密码，并由ＲＦ卡对读取的该密码进行检查，检查通过后，将发送检验用的Ｃｈｅｃｋｓｕｍ和数据给识别系统，以便由识别系统对Ｃｈｅｃｋｓｕｍ进行校验。完成上面的第二步双向校验后，识别系统将写密码、数据和Ｃｈｅｃｋｓｕｍ送给ＲＦ卡，再由ＲＦ卡对Ｃｈｅｃｋｓｕｍ进行校验。完成这第三步双向校验后，双方即可建立起信任关系，同

7、时识别系统即可对ＲＦ卡执行读／写操作。在用户卡与识别系统进行初始化系统配置区时，应当将不同类型的数据存储在不同的区域(即存储在多扇区的结构内)，而且只有在分别进行了安全认证后，才能进行存取操作；实际上，也可以给多个扇区选择同样的安全模式，以便把这些扇区当作一块整体存储区域来操作。这种特点为该卡的使用带来了极大的灵活性。４工作原理笔者设计的这种射频识别系统是由镶嵌有ＡＴ８８ＳＣ６４１６ＣＲＦ以及天线的用户卡片（ＰＩＣＣ）和读写ＰＩＣＣ的ＰＣＤ系统共两部分组成。其中ＰＣＤ有两种构成方法，第一种是用现成的ＩＳＯ１４４４３Ｂ读写ＯＥＭ模块，它带有与ＰＣ机可以直接相

8、连的接口，因而可以方便地实现对ＰＩＣＣ的操作；第二种方法是只使用专