ISO7816通讯协议在工控主板EM9160中的实现方案

在新的国家电网智能终端相关标准中，规定了通过专门的加密芯片来保证设备数据安全性的方法，而设备主控单元与加密芯片采用了广泛应用的ISO7816通讯协议。工控主板EM9160为了适应这一新的技术需求，对其内核进行了升级，使其多个串口都可支持ISO7816协议，为客户进行智能终端整机设计时，提供了灵活的选择。

对EM9160工控主板，可在其异步串口的基础上，通过简单的设置，就可把串口转为符合ISO7816协议的接口，实现与各种智能卡的通讯。EM9160共有6个异步串口，在Windows CE环境中为“COM2:”- “COM7:”，其中支持ISO7816的串口如下表所示：

串口	管脚配置	备注
COM3	TXD：半双工数据线
	RXD：复位输出控制	低电平有效
	GPIO14：作为SCK	输出频率与波特率等参数有关
COM5	TXD：半双工数据线
	RXD：复位输出控制	低电平有效
	GPIO15：作为SCK	输出频率与波特率等参数有关
COM6	TXD：半双工数据线
	RXD：复位输出控制	低电平有效
	GPIO15：作为SCK	输出频率与波特率等参数有关
COM7	TXD：半双工数据线
	RXD：复位输出控制	低电平有效
	GPIO15：作为SCK	输出频率与波特率等参数有关

EM9160的“COM5:”- “COM7:”串口信号均为TTL电平，建议客户首选其中之一作为与ISO7816智能芯片的通讯接口。如果这些串口已分配给设备的其他功能，也可以考虑使用COM3口，需要注意的是COM3口的缺省配置是RS232电平，客户需要在购买时特别通知我们把COM3设置为TTL电平才能与安全模块相连。当然GPIO15或GPIO14一旦作为了ISO7816的工作时钟输出，就不能再用作其他的用途了。

作为应用程序，在操作ISO7816模式的串口（以COM5为例）时，一般的流程如下：
        1、按标准方法打开串口“COM5:”；
        2、通过DeviceIoControl（…）函数使能ISO7816通讯模式；
        3、设置包括波特率、奇偶校验在内的相关串口参数；
        4、根据需要可通过DeviceIoControl（…）函数对对端芯片进行一次复位操作；
        5、进行正常数据通讯；
        6、通过DeviceIoControl（…）函数禁止ISO7816通讯模式；
        7、按标准方法关闭串口“COM5:”。

在上述流程中，需要注意的是一定要先使能ISO7816模式，再设置波特率，才能保证得到正确的通讯参数。

为了实现从通常的异步串口到ISO7816的转换，EM9161的串口驱动增加了3个IOCTL功能如下：

#include   
#define IOCTL_SERIAL_ENABLE_ISO7816 \
             CTL_CODE(FILE_DEVICE_SERIAL_PORT,40,METHOD_BUFFERED,FILE_ANY_ACCESS)
#define IOCTL_SERIAL_DISABLE_ISO7816  \
             CTL_CODE(FILE_DEVICE_SERIAL_PORT,41,METHOD_BUFFERED,FILE_ANY_ACCESS)
#define IOCTL_SERIAL_RESET_ISO7816 \
             CTL_CODE(FILE_DEVICE_SERIAL_PORT,42,METHOD_BUFFERED,FILE_ANY_ACCESS)

使能ISO7816的DeviceIoControl调用，需要同时设置相应的参数。这些参数包括ISO7816的协议类型，帧数据的应答规范等，定义相应的参数如下：

#define AT91C_US_USMODE_ISO7816_0   0x4   // ISO7816 protocol: T = 0
#define AT91C_US_USMODE_ISO7816_1   0x6   // ISO7816 protocol: T = 1
#define AT91C_US_INACK    (0x1 << 20) // Inhibit Non Acknowledge
#define AT91C_US_DSNACK    (0x1 << 21) // Disable Successive NACK

此外ISO的波特率按如下公式计算：

BR = SCK /（FI / DI）

上式中的SCK = 串口波特率×（FI / DI），例如串口波特率为9600，则SCK时钟频率为3.5712MHz。在EM9161中，对DI和FI的设置，是通过设置（FI/DI）这个比值来实现的，其中有效的值如下表所示：

	DI = 1	DI = 2	DI = 4	DI = 8	DI = 16	DI = 32	DI = 12	DI = 20
FI = 372	372	186	93	47	23	12	31	19
FI = 558	558	279	140	70	35	17	47	28
FI = 774	774	372	186	93	47	23	62	37
FI = 1116	1116	558	279	140	70	35	93	56
FI = 1488	1488	744	372	186	93	47	124	74
FI = 1806	1806	930	465	233	116	58	155	93
FI = 512	512	256	128	64	32	16	43	26
FI = 768	768	384	192	96	48	24	64	38
FI = 1024	1024	512	256	128	64	32	85	51
FI = 1536	1536	768	384	192	96	48	128	77
FI = 2048	2048	1024	512	256	128	64	171	102

选择蓝色区域的值，可得到对应的黄色区域的FI和绿色区域的DI，由此可计算相应的波特率。

在具体的调用中，参数的传递是通过两个DWORD实现的，代码如下：

DWORD dwMode, dwFI_DI_Ratio;
DWORD pBuf[2];

dwMode = AT91C_US_USMODE_ISO7816_0;
dwFI_DI_Ratio = 372;
pBuf[0] = dwMode;
pBuf[1] = dwFI_DI_Ratio;
if (!DeviceIoControl ( m_hSer,        // 串口handle
                                 IOCTL_SERIAL_ENABLE_ISO7816,    // 命令码
                                 pBuf, sizeof(pBuf),         // input parameters  
                                 NULL, 0,            // output parameters
                                 NULL, NULL )) 
{
      printf('IOCTL_SERIAL_ENABLE_ISO7816 failed!\r\n');
}

关闭ISO7816通讯模式比较简单，没有任何参数：

if (!DeviceIoControl ( m_hSer,        // 串口handle
                                 IOCTL_SERIAL_DISABLE_ISO7816,    // 命令码
                                 NULL, 0,         
                                 NULL, 0,       
                                 NULL, NULL )) 
{
      printf('IOCTL_SERIAL_DISABLE_ISO7816 failed!\r\n');
}

对ISO7816对端芯片的复位，需要设置复位时间，以ms为单位：

DWORD dwMilliseconds = 1；   // 可以设为0，实际复位时间为几十微秒
if (!DeviceIoControl ( m_hSer,
                                 IOCTL_SERIAL_RESET_ISO7816,
                                 &dwMilliseconds, sizeof(DWORD), // input parameters
                                 NULL, 0,       // output parameters 
                                 NULL, NULL )) 
{
      printf('IOCTL_SERIA, L_RESET_ISO7816 , failed!\r\n');
}

&am, p;nb, sp;     设置了ISO模式后, ，应用程序仍然可以像操作普通串口那样，进行数据的读写，只是需要注意, 的, 是I, SO7816的半双工模式的，所以数据通讯的过程更像是RS485的过程。用户可参考英创网站的《RS485接口通讯的WinCE编程要点》一文，来规划自己的应用程序通讯流程。