CN100356359C - 处理器与用户识别卡之间的连接装置 - Google Patents

处理器与用户识别卡之间的连接装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种处理器与用户识别卡(USIM卡)之间的连接装置，所述处理器上包含通用异步收发器接口(UART接口)，所述UART接口至少包含数据发送信号端和数据接收信号端，所述连接装置包括接口转换单元，分别连接处理器的UART接口和USIM卡，用于建立UART接口与USIM卡之间的数据通信：完成UART双线单向收发信号与USIM单线双向收发信号间的转换。本发明采用的连接装置是利用处理器的UART接口建立与USIM卡之间的通信，由此省略了SIM控制芯片，进而降低开发移动终端的成本，并且也由此降低了连接装置的面积。

Description

处理器与用户识别卡之间的连接装置
技术领域
本发明涉及通信领域中设置在处理器与用户识别卡之间的连接装置，尤其涉及处理器与用户识别卡(SIM，Subscriber Identify Module或USIM UserService Identity Module)之间的连接装置。
背景技术
随着移动通信技术的演进，移动终端产业的重要性也随之提高。由此，众多国内外企业都在瞄准市场潜力巨大的未来3G(第3代移动通信)的移动终端市场。虽然3G移动终端的开发是公认的开发难题，但是，还有很多企业做着不懈地努力-----进行移动终端各项业务的开发，以便能不断推出新产品来满足用户需要。
在移动终端的开发过程，需要进行各种测试。最常见的测试方式是用现有设备(主要包括移动终端)仿真测试环境，并施予各种测试条件，获得各种测试结果，然后通过分析各种测试结果以开发具有新业务的移动终端。
移动终端包括裸机(本发明将没有安装用户识别卡的移动终端称为裸机)和用户识别卡。用户识别卡在GSM***中一般称为SIM卡(Subscriber IdentifyModule)，而在以通用移动通信***(Universal Mobile TelecommunicationSystem，UMTS)为代表的第三代移动通信***中称为USIM卡(User ServiceIdentity Module)，相对于SIM卡单一的应用，USIM卡则将移动通信的平台和应用分离，从而提供更多的应用。用户识别卡表示用户信息，是国际移动用户身份识别模块，它主要用于控制存取各种数据，以完成客户身份鉴权和客户信息加密算法等功能。而且，它还提供了移动网络所必需的用户确认功能，使得运营商能够为用户提供新的服务和应用。所述服务和应用包括电话簿、业务菜单以及判别用户所在网络、使用户能够自由漫游在不同的网络环境。用户识别卡通常需要在相应的控制器的控制下工作。比如，在GSM终端中，SIM卡需要在SIM控制器的控制与终端的处理器连接，但是目前SIM控制器通常集成在SIM卡上。并且，USIM卡也需要在USIM控制器的控制下建立与通信终端的处理器连接，以便进行用户身份认证等操作。
在目前的3G终端开发过程中，由于USIM控制器的开发需要较长的开发周期，不仅费时、费力且开发的成本高，因此通常采用SIM控制器来完成USIM控制器的接口工作。而且当前的移动终端的处理器上均没有内嵌USIM模块，因此需要外加连接装置(现主要包括SIM控制器)来实现处理器与外置USIM卡之间的通信。请参照图1，其为3G终端开发过程中处理器与USIM卡建立通信的连接装置原理图。该连接装置包括SIM控制器11与电平转换单元12。其中，
SIM控制器11按照ISO7816规范建立与USIM卡进行通信，起到建立处理器与USIM卡之间的通信的接口作用，主要的功能包括：将USIM卡相关数据信息送往处理器进行处理；处理器的相应信息发送至USIM卡。
电平转换芯片12的作用是在SIM控制器与USIM卡间进行信号电平的转换，以便两者能便安全通信。
从上可知，现有技术主要是利用现有的SIM控制器建立处理器与USIM卡之间的通信，这种连接装置存在以下的技术缺陷：
SIM控制器内嵌单片机及相关控制电路，需要的工作电流在10mA量级，从而使得连接装置的功耗相对较高。并且SIM控制器的芯片尺寸大约为7mm*7mm，提高了整个连接装置所占面积。
另外，虽然在GSM等领域应用的SIM控制器已是非常成熟的产品，但是目前大多数SIM控制器与SIM卡已集成在一块，而不需要外挂的SIM控制芯片，由此，市场上单独应用在通信终端的SIM控制器很少，相应地供应此类芯片的厂商也少，不仅采购相对困难而且提高了通信终端的开发成本。
发明内容
本发明的目的在于提供一种处理器与USIM卡之间的连接装置，以解决现有技术中采用SIM控制器建立处理器与USIM卡之间通信的连接装置功耗大、面积大、成本高的技术问题。
为解决上述问题，本发明公开了一种实现处理器与USIM卡之间通信的连接装置，所述处理器上包含UART接口，所述UART接口至少包含数据发送信号端和数据接收信号端，所述连接装置包括接口转换单元，分别连接处理器的UART接口和USIM卡，用于建立UART接口与USIM卡之间的数据通信：完成UART双线单向收发信号与USIM单线双向收发信号间的转换。
其中，还包括设置在所述接口转换单元和所述USIM卡之间的电平转换单元，用以完成信号电平的变化，提高接口转换单元和USIM卡之间通信的可靠性。
所述接口转换单元包括第一三态门、第二三态门及非门，其中：
第一三态门的输入端和使能端连接UART接口的数据发送信号端；第二三态门的使能端通过非门连接所述UART接口的数据发送信号端，其输出端连接UART接口的数据接收信号端，所述第一三态门的输出端、所述第二三态门的输入端连接至所述USIM卡的收发信号端。
所述UART接口的第一IO通信信号端连接至USIM卡的收发信号端。
所述接口转换单元还包括第一上拉电阻R1，所述第一上拉电阻R1的一端连接电源，另一端连接USIM卡的收发信号端。
所述接口转换单元还包括第二上拉电阻R2，所述第二上拉电阻R2的一端连接电源，另一端连接UART接口的数据接收信号端。
所述UART接口的时钟信号端连接至USIM卡的时钟信号端。
所述UART接口的第二通用IO信号端连接至USIM卡的复位端。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：本发明采用的连接装置是利用处理器的UART接口建立与USIM卡之间的通信，由此省略了SIM控制芯片，进而降低开发移动终端的成本，并且也由此降低了连接装置的面积。
比如该连接装置由一个包含3个简单门器件的接口转换单元来实现，达到建立处理器和USIM卡通信的实现成本低，并且每个门器件的供电电流低，从而降低了功耗。还有，门器件采购容易且降低了通信终端的开发成本。
附图说明
图1是3G终端开发过程中处理器与USIM卡建立通信的连接装置原理图；
图2为USIM卡上传输的数据格式与采用UART标准传输的数据格式比对的示意图；
图3为用于建立处理器与USIM通信连接的连接装置结构示意图；
图4为接口转换单元的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图，具体说明本发明。
UART(即Universal Asynchronous Receiver Transmitter通用异步收发器)是广泛使用的串行数据传输协议，结构上主要有由数据总线接口、控制逻辑、波特率发生器、发送部分和接收部分等组成。USIM卡上传输的数据与采用UART标准传输数据具有很多相似之处。请参阅图2，其为USIM卡上传输的数据格式与采用UART标准传输的数据格式比对的示意图。
通过上述比对可知，它们的1帧数据都是由1bit(比特)起始位、8位数据位1BIT奇偶校验位(PARITY BIT)，以及保护时间/停止位(大于等于2BIT)组成。二者在传输数据的数据格式、时序上基本相同。两者的主要区别之处在于：
(1)数据信号数量：USIM卡仅有双向一根信号线；而UART有两根，数据接收、发送各一根；
(2)错误指示和检测：对于USIM卡而言，根据IS07816规范，当USIM作为接收端且所接收的数据存在奇偶校验错误时，则在保护时间段内发送一个低电平，向发送端指示发送数据错误。对应的，发送端在奇偶校验位发送结束后，对数据信号线进行监测，若(在保护时间段内)检测到低电平，则应进行相应的错误处理。
由于现有的处理器(如DSP、CPU)上都带有UART口，因此本发明提供了一种利用UART实现处理器与USIM卡之间通信的连接装置，而无需额外增加SIM控制器，进而达到减少硬件成本的目的。请参阅图3，其为用于建立处理器与USIM通信连接的连接装置结构示意图。处理器上包含UART接口，所述UART接口包含数据发送信号端、数据接收信号端和第一通用IO信号端，该连接装置包括接口转换单元，分别连接处理器的UART接口和USIM卡，用于建立UART接口与USIM卡之间的数据通信：完成UART双线单向收发信号与USIM单线双向收发信号间的转换。
并且该连接装置还可以包括设置在接口转换单元与USIM卡之间的一电平转换单元，用以完成信号电平的变化，提高接口转换单元和USIM卡之间通信的可靠性。
请参阅图4，其为本发明接口转换单元的一个具体实施例。该接口转换单元包括第一三态门B1、第二三态门B2及非门INV，其中：
第一三态门B1的输入端和使能端EN1连接UART接口的数据发送信号
端UART-TX；第二三态门B2的使能端EN2通过非门INV连接所述UART接口的数据发送信号端UART-TX，其输出端连接UART接口的数据接收信号端UART-RX，所述第一三态门B1的输出端、所述第二三态门B2的输入端和第一通用IO信号端GPIO1连接至所述USIM卡的收发信号端SIM-IO。
接口转换单元还包括第一上拉电阻R1，第一上拉电阻R1的一端连接电源，另一端连接USIM卡的第一通用IO信号端GPIO1。
所述接口转换单元还包括第二上拉电阻R2，所述第二上拉电阻R2的一端连接电源，另一端连接UART接口的数据接收信号端UART-RX。
假设三态门B1、B2的使能端EN1、EN2为“0”时，B1、B2打开，当EN1、EN2为“1”时，B1、B2输出为高阻态。
三态门B1、B2以及非门INV构成基本的收发转换电路，完成UART双线单向收发信号与USIM单线双向收发信号间的转换，防止信号的环回、冲突等。
(1)处理器向USIM卡发送数据
UART-TX输出为“0”，第一三态门的使能端EN1为“0”，B1门打开，SIM-IO为接收数据发送信号端UART-TX发送的数据。此时第二三态门的使能端EN2为“1”，B2门未被打开，并且由于上拉电阻R2的作用，数据接收信号端UART-RX的输入为“1”。
根据UART接口规范，数据的起始位应为“0”，即只有接收信号(UART-RX)出现低电平时方启动接收。因此，在处理器向USIM卡发送数据的整个过程中，UART-RX上都不会进行接收，即发送的数据不会被环回并被处理器的UART口错误接收。
(2)USIM卡向***发送数据
第二三态门的使能端EN2为“0”，  B2门打开，SIM卡的SIM-IO端发送的信号通过第二三态门B2传输到处理器的数据接口信号端UART-RX，被处理器的UART口接收。
(3)错误检测
在本实施例中，通过GPIO1来实现ISO7816所定义的错误检测功能。
在处理器向USIM卡发送数据时，GPIO1被设置为输入，主要用于接收数据。当每次数据(8BIT数据以及1BIT校验位)发送结束后，GPIO1在后续的2BIT时间内对SIM-IO信号进行检测。若SIM-IO始终保持为“1”，则说明数据被USIM卡正确接收；若检测到低跳变，则说明USIM卡接收数据错误，处理器需要进行相应的错误处理(如重发)。
在***从USIM卡接收数据过程中，GPIO1仍被设置为输入，还用于接收数据。当每次1帧数据(8BIT数据以及1BIT校验位)接收结束后，若校验正确，GPIO1保持为输入；若校验错误，GPIO1设置为输出，输出电平为“0”，通知USIM卡数据接收错误。
(4)复位
UART口的第二通用IO端GPIO2与USIM卡的SIM-RST连接，用于对USIM卡进行复位：通常情况下，此信号输出为“1”；当需要对USIM卡进行复位时，GPIO2输出一个负脉冲信号，完成对USIM卡的复位。
(5)时钟信号
UART口的时钟信号端CLKOUT连接USIM卡的时钟信号端SIM-CLK，用于向USIM卡提供工作时钟，根据ISO7816规范，此信号频率(fclk)应在1～5MHz之间。根据ISO7816规范，USIM卡IO信号数据宽度(每BIT时间，即ETU)为375/fclk。UART数据速率应设置为与USIM卡相同。若处理器无法提供合适的输出时钟信号，可通过外加晶振来提供USIM卡时钟。
以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，本发明的保护范围并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1、一种处理器与用户识别卡之间的连接装置，该用户识别卡简称USIM卡，所述处理器上包含通用异步收发器接口，简称UART接口，该UART接口至少包含数据发送信号端和数据接收信号端，其特征在于，所述连接装置包括接口转换单元，分别连接处理器的UART接口和USIM卡，用于建立UART接口与USIM卡之间的数据通信：完成UART双线单向收发信号与USIM单线双向收发信号间的转换；
所述接口转换单元包括第一三态门、第二三态门及非门，其中：第一三态门的输入端和使能端连接UART接口的数据发送信号端；第二三态门的使能端通过非门连接所述UART接口的数据发送信号端，其输出端连接UART接口的数据接收信号端，所述第一三态门的输出端、所述第二三态门的输入端连接至所述USIM卡的收发信号端。
2、如权利要求1所述的处理器与用户识别卡之间的连接装置，其特征在于，还包括：设置在所述接口转换单元和所述USIM卡之间的电平转换单元，用以完成信号电平的变化，提高接口转换单元和USIM卡之间通信的可靠性。
3、如权利要求1所述的处理器与用户识别卡之间的连接装置，其特征在于，所述UART接口的第一IO通信信号端连接至USIM卡的收发信号端。
4、如权利要求1或3所述的处理器与用户识别卡之间的连接装置，其特征在于，所述接口转换单元还包括第一上拉电阻R1，所述第一上拉电阻R1的一端连接电源，另一端连接USIM卡的收发信号端。
5、如权利要求1或3所述的处理器与用户识别卡之间的连接装置，其特征在于，所述接口转换单元还包括第二上拉电阻R2，所述第二上拉电阻R2的一端连接电源，另一端连接UART接口的数据接收信号端。
6、如权利要求1或2所述的处理器与用户识别卡之间的连接装置，其特征在于，所述UART接口的时钟信号端连接至USIM卡的时钟信号端。
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