DS8007在智能卡交易中的应用
本应用笔记以DS8007作为接口器件和DS5002安全微控制器的智能卡支付终端交易为例。DS8007评估（EV）板和可用的C源代码可实现基本的智能卡信用卡、借记卡和卡初始化功能。
概述
本应用笔记介绍了基于DS8007多协议、双智能卡接口芯片和DS5002安全微控制器的智能卡支付交易系统。基本信用卡和借记交易与智能卡初始化功能一起实现。虽然没有试图包括通常与“真实”支付交易系统相关的任何安全措施，但此处演示的功能代表了这种系统。
本演示使用的硬件是DS8007评估（EV）板。该板为使用DS8007器件测试智能卡操作提供了一个方便、成熟的平台。该板包括：DS5002安全微控制器作为主处理器;一个 2 行 x 20 个字符的液晶显示器 （LCD） 模块;以及两个智能卡插槽，一个信用卡大小的插槽和一个 SIM 大小的插槽。提供DB-9连接器，用于传输RS-232串行接口的信号。使用公司的微控制器工具包（MTK）软件，用户可以将其PC连接到此RS-232端口，下载程序和/或数据文件，并与应用程序进行通信。评估板还包含512k x 8电池备份SRAM，用于存储程序和数据信息。DS5002安全处理器为支持SRAM的电池提供功率检测和控制电路。
用于开发此应用程序的软件工具集是 Keil PK51 专业开发人员工具包，其中包括 μVision3® 集成开发环境 （IDE） 和 CX51 ANSI C 编译器。此 PK51 包提供了一个完整的开发环境，包括汇编器、链接器、vwin 器和调试器。它产生的十六进制文件可以使用MTK软件从PC直接下载到DS8007评估板。
应用说明
本应用笔记中提供的事务功能是在应用笔记4036：DS8007评估板入门中描述的低级功能之上的附加层创建的。
此事务示例实现并正确管理应用程序协议数据单元 （APDU） 的发送和接收，如 EMV 规范中对 ACOS3 智能卡的定义。通过操作和发送适当的 APDU，然后处理其潜在响应，演示代表典型支付交易的操作。
此应用程序的 C 源代码可供下载，并且该文件AN4120_SW.zip。上述应用笔记4036中的代码构成了这些交易示例的核心;它提供所有基本的DS8007接口/驱动器功能和所有直接的低级智能卡接口功能。AN4036 的代码也可从文件 AN4036_SW.zip 中的同一网址下载。
交易详情示例
为了创建具有代表性的事务函数组，此示例中实现了三个主要的智能卡操作。
借记交易，从卡的余额中扣除一定金额
信用交易，其中金额添加到卡的余额中
卡初始化交易，其中卡的余额和交易计数设置为初始值
初始余额 $100.00 存储在卡中，初始计数在初始化事务期间设置为 10。为了简化示例，在信用卡或借记交易的卡余额中添加或扣除固定金额 $00.<>。
为了实现合理的演示，首先要考虑的是如何使用DS8007评估板上的资源创建用户界面。一个目标是它独立运行，无需额外设备。因此，主板的RS-232串行端口被拒绝作为用户界面。相反，可供用户输入的最方便的硬件是交换机 SW4。按下此开关时，将处理器的端口针脚 P3.2 拉至地。引脚 P3.2 是一个多功能端口引脚，也可用作外部中断输入 （INT0）。但是，在此应用程序中，软件不会启用此中断。因此，引脚通常由处理器的引脚驱动电路拉高，并在按下SW1时通过4kΩ电阻拉低。应用只需读取引脚即可检测此开关闭合。
板载LCD模块用作用户界面的输出设备。DS8007评估板上的LCD模块为2行×20字符显示。它包含创建液晶驱动信号所需的驱动器电路，并为处理器提供 8 位并行接口。通过将所需的控件和字母数字字符写入模块来操作显示，模块管理实际的LCD。
给定一个用户输入，软件在LCD上以重复顺序向用户显示三个可能的交易。然后，软件执行按下开关SW4时显示的交易。
智能卡详细信息
本应用示例选择的智能卡是由香港先进卡系统有限公司（ACS）制造的ACOS3卡。该卡包含一个嵌入式处理器，该处理器运行称为 A CS S mart Card Operating System 版本 3 （ACOS3） 的操作系统，并具有以下功能：
16kB EEPROM 存储器，用于存储应用数据
符合 ISO 7816-1/2/3，T = 0 协议
数字加密标准 （DES）、三重 DES 和消息身份验证功能 （MAC） 功能
五个密码+发行人代码
密码，可由持卡人更改
用于相互身份验证的密钥对
基于随机数的会话密钥
具有固定记录长度的线性文件
安全支付应用的账户数据结构
有关 ACOS3 功能的完整说明，请访问
ACS 网站
。对于此应用程序，不使用卡的安全功能。仅使用文件结构和 EEPROM 存储。
卡内存存储
对于此事务示例，所选卡必须包含一些用于信息存储的最小数量的非易失性存储器。卡中仅存储两个值：包含成功处理的交易数量的“计数器”和虚构帐户“余额”。对于计数器，选择了 1 字节无符号值，因为它可以表示从 0 到 255 个事务的计数。对于余额，选择16位整数，因为它可以表示-32，768到+32，767的值。这种方法允许用户在可用余额之外从卡中扣款（即创建负余额）。因此，本例总共需要三个字节的非易失性存储器。
ACOS3 文件结构
ACOS16卡中的3kBEEPROM存储器在制造时被隔离为内部数据存储器和用户数据存储器。内部数据存储器存储配置数据，通常由操作系统用于管理某些功能。用户数据存储器在“真实”交易应用程序的控制下存储卡正常使用中操纵的数据。在此示例代码中，仅使用内部数据存储器，因此它将是其余讨论的重点。
无论是使用内部数据存储器还是用户数据存储器，都可以通过数据文件和数据记录访问ACOS3卡的存储器。每个数据文件由一定数量的数据记录组成，最多 255 条。不同文件的记录长度可能不同，但在给定文件中始终是固定的。内部数据文件的文件结构（文件大小、记录长度等）由操作系统定义，无法更改。但是，对于用户数据存储器，发卡机构在个性化卡时确定文件结构。为简单起见，此处使用卡的现有内部数据文件系统，而不是实现任意用户数据文件系统。
可以通过ACOS3读取记录和写入记录命令访问所有文件。这些命令被发送到卡，任何响应都通过应用笔记4036中提供的APDU功能接收。每个文件都由一个 2 字节的文件标识符标识。对于所有内部数据文件，标识符的第一个字节固定为 0xFF。表 1 显示了内部数据文件的文件名、文件标识符和记录组织。
表 1.内部数据文件信息
|
文件名 |
单片机接口 | 制造者 | 个性化 | 安全 |
用户文件 管理 |
帐户文件 |
账户 安全 |
用户文件 数据区域 |
|
文件编号 |
0xFF 0x00 | 0xFF 0x01 | 0xFF 0x02 | 0xFF 0x03 | 0xFF 0x04 | 0xFF 0x05 | 0xFF 0x06 | 0xFF 0x07 |
|
记录 组织 |
2 x 8 字节 | 2 x 8 字节 | 3 x 4 字节 | 12 x 8 字节 | 变量 | 8 x 4 字节 | 4 x 8 字节 | 变量 |
个性化文件“File ID = 0xFF 0x02”包含 12 个字节，这些字节排列为三个记录，每个记录的长度为 <> 个字节。第一条记录包含配置卡中某些选项的信息。但是，记录二和记录三没有预先确定的定义。因此，这两个记录用于在卡中保存此应用程序的计数和余额值。虽然单个记录包含足够的存储空间（四个字节）来保存计数和余额信息所需的三个字节的数据，但这两个值存储在不同的记录中以简化和阐明其操作。这也使得增加到更大的数字成为可能。计数存储在第二条记录的第一个字节中，余额存储在第三条记录的前两个字节中，即高阶字节优先（即大端序）。
ACOS3 命令结构
ACOS3 卡有 13 个基本命令。在此应用程序中，其中三个命令构成了所执行操作的核心。它们是“选择文件”、“读取记录”和“写入记录”命令。下面介绍了这些命令中的每一个。所有 ACOS3 命令都遵循 EMV 规范中描述的应用协议数据单元 （APDU） 的形式。APDU 常规形式由以下元素组成：
命令的 CLA 类
INS 指令代码
P1 指令参数 1
P2 指令参数 2
Lc（P3） 命令数据字段中存在的字节数（可选）
命令中发送的数据字节的数据系列
Le 响应数据字段中预期的最大数据字节数（可选）
“选择文件”命令
“选择文件”命令
可打开文件，以便可以读取和/或写入其记录。它是一个 7 字节的命令，其格式为：
| CLA | INS | P1 | P2 | P3 | Data 1 | Data 2 |
| 0x80 | 0xA4 | 0x00 | 0x00 | 0x02 | 文件 ID 高 （0xFF） | 文件 ID 低 （0x02） |
由于个性化文件（请参阅表 1）是此应用程序中使用的唯一文件，因此其文件 ID 0xFF 0x02是命令的最后两个字节。与所有 ACOS3 命令一样，如果成功完成，此命令将返回 2x0 90x0 的 00 字节状态。任何其他返回的值都指示执行期间出错。有关可能的错误状态字节及其含义的完整列表，可在上述ACS网站上的ACOS3参考手册中在线找到。
读取记录命令 读取记录命令
从当前选定文件的标识记录中读取指定的字节数。它是一个 5 字节命令，其格式为：
| CLA | INS | P1 | P2 | P3 |
| 0x80 | 0xB2 | 记录编号 （0..N-1） | 0x00 | 长度 （0x04） |
如图所示，此命令有两个可变字节：一个字节指示记录号，另一个指示要从指定记录读取的字节数（长度）。在此应用程序中，每次都会读取个性化文件记录的所有四个字节，因此长度固定为 0x04。如果命令成功完成，它将返回六个字节的数据：四个字节的信息存储在记录中，两个字节的状态信息。如果返回除 0x90 0x00 以外的状态字节的任何值，则该命令将生成错误，应忽略返回的数据。
“写入记录”命令 “写入记录”命令
将数据写入当前所选文件的指定记录。这是一个可变长度命令，取决于写入的字节数。在此示例中，始终写入四个字节，因此命令具有显示的形式。
| CLA | INS | P1 | P2 | P3 | Data | Data | Data | Data |
| 0x80 | 0xD2 | 记录编号 （0..N-1） | 0x00 | 长度 （0x04） | 字节 1 | 字节 2 | 字节 3 | 字节 4 |
如图所示，此命令总共有六个可变字节;一个字节表示记录号（0 到 N-1），另一个字节表示要写入的字节数（长度 = 0x04），并且有四个数据字节。如果命令成功完成，它将返回两个字节的状态信息（成功完成0x90 0x00）。
加载可执行文件
DS8007评估板自带智能卡示例交易软件。要验证此软件是否存在，请为开发板通电并观察显示屏。如果显示以“将卡插入下面的大插槽”结尾的双屏横幅（图1），则程序已加载。如果未显示此横幅，则可以使用MTK软件将程序加载到电路板的电池备份SRAM中。应用笔记4036（见上文）描述了如何加载应用文件。要加载的文件是 Trans.hex，包含在可从上述 ftp 网站下载的AN4120_SW.zip文件中。
图1.“插入卡”横幅。
加载文件并断开引导加载程序后，处理器立即开始运行应用程序。如果仍连接到PC，MTK屏幕可能会显示程序的RS-232串行输出。但是，此信息用于分析和调试，应忽略。用户应按照液晶屏模块上显示的说明进行操作。如果需要，可以分析源代码以确定串行输出的含义。
插入智能卡后，卡的当前交易计数和帐户余额会短暂显示在LCD上。然后，显示屏开始按顺序循环浏览交易选项（借方、贷方和初始化），大约每两秒更改一次。显示所需事务时，按 SW4 开关执行此事务。然后，显示屏将显示执行的操作。将显示一条结束消息，并指示用户删除智能卡。此时，事务周期重复等待重新插入卡。
结论
本应用笔记所述的系统基于DS8007多协议、双智能卡接口芯片和DS5002安全微控制器实现智能卡支付交易系统。使用包含3kBEEPROM存储器的ACOS16智能卡，其读记录和写记录命令用于将信息存储在该非易失性存储器中。反馈通过板载 2 行 x 20 个字符的 LCD 提供给用户。信用卡和借记交易与智能卡初始化功能一起实现。源代码文件可供下载，可以构成实际系统实现的基础。
审核编辑：郭婷
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