CN112631967A - 一种大容量tf-sim卡及其通信方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种大容量TF‑SIM卡及其通信方法。大容量TF‑SIM卡包括TF单元、SIM单元。TF单元与手机进行高速数据通信，并进行数据存储；SIM单元与手机进行电信通信，且其SE功能进行加解密等安全运算。TF单元与SIM单元之间通过SPI接口、GPIO并口通信。SIM芯片没有标准并口，本发明采用GPIO模拟并口，提高TF单元与SIM单元的通信速度。受限于SPI接口的速度，SPI接口用于TF单元与SIM单元之间指令、状态交互，也可以依托SIM单元SE功能实现身份认证等低速或非实时数据处理。GPIO并口实现高速数据通信，SIM单元的SE对TF单元数据实现高速、实时数据加解密处理。本发明旨在提高TF单元与SIM单元之间的通信速度，利用SIM的SE，实现身份认证功能，也对手机与TF单元数据进行实时加解密运算。

Description

一种大容量TF-SIM卡及其通信方法
技术领域
本发明公开一种大容量TF-SIM卡及其通信方法，属于智能卡技术领域。
背景技术
大容量TF-SIM卡由TF单元和SIM单元组成，共同合封到一块电路基板，TF单元与SIM单元之间通过一定通信接口连接。TF单元负责与手机进行高速数据通信，Class 10标准的TF卡Read Speed至少20MB/s，而Write Speed至少10MB/s。SIM单元负责与手机进行电信通信，同时SIM单元具有SE功能，可以对TF接口通信的数据进行加解密等安全运算。通常SIM芯片只具有低速的通信接口，如SPI、I2C，无法对高速TF接口数据进行高速、实时加解密运算，只能进行低速通信，如身份认证。SIM单元低速通信接口的限制了大容量TF-SIM卡的应用领域。
针对上述问题，本发明提出一种大容量TF-SIM卡及其通信方法，改进了传统TF单元与SIM单元之间通信速度低的缺陷，使得SIM单元可以对TF单元数据进行实时加解密安全运算，从而拓展了大容量TF-SIM卡的应用领域。
发明内容
本发明公开了一种大容量TF-SIM卡及其通信方法，通过改进传统大容量TF-SIM卡的TF单元与SIM单元之间只由低速的SPI接口通信的方式，而采用GPIO模拟并口的方式进行通信，从而提高了TF单元与SIM单元之间数据通信的速度，使得SIM单元的SE功能可以对TF单元的数据进行高速实时加解密等安全运算，因而拓展了传统大容量TF-SIM卡的应用领域。
一种大容量TF-SIM卡由TF单元、SIM单元两部分组成，两者共同合封到一块电路基板上。TF单元负责与手机进行高速数据通信，且进行数据存储；SIM单元负责与手机进行电信通信，且其SE功能可以进行数据加解密等安全运算；同时TF单元的主控器与SIM单元主控器之间通过SPI接口以及GPIO模拟并口进行通信。传统的TF卡只具有数据存储的功能，而大容量TF-SIM卡将TF卡与SIM卡合封在一起，就可以充分利用SIM单元的SE功能对TF接口通信的数据进行加解密等安全运算。
大容量TF-SIM卡工作时由SPI接口负责低速数据通信，TF单元接收到手机数据后，可以通过SPI接口向SIM单元发送指令、状态以及相关数据，因此可以由SIM单元对TF单元主控器发来的数据进行加解密等安全运算。由于SPI接口的速度限制，因此SIM单元只能进行身份认证等低速或非实时应用。
通常SIM单元主控器并不具有高速通信接口，只具有SPI、I2C、GPIO等接口。本发明采用GPIO模拟并口通信的方式实现SIM单元与TF单元之间高速通信。为节省GPIO资源，本发明采用8个GPIO线作为数据接口，2个GPIO线作为通信控制，1个GPIO线作为状态指示，同时利用SPI接口传输具体的通信指令，其中GPIO控制线1用于TF单元向SIM单元进行数据传输的控制，中GPIO控制线2用于SIM单元向TF单元进行数据传输的控制。
大容量TF-SIM卡的TF单元除具有数据存储功能外，还可以作为SIM单元与手机的高速数据通信桥梁，由手机首先与TF单元进行高速通信，TF单元主控器对手机发送的数据进行模式判断，用文件类型来区分通信数据模式，从而进行不同的数据处理过程。本发明设置三种文件类型：
文件类型1是TF传统数据存储类型，用于TF卡数据存储；
文件类型2是低速、非实时数据通信类型，用于TF单元与SIM单元之间的低速SPI接口数据通信；
文件类型3是高速实时通信类型，用于TF单元与SIM单元的高速并口数据通信。
手机与TF接口通信需要制定通信协议，当手机需要对通信数据进行身份认证等低速或者非实时应用时，可以将指令、数据通过文件类型2发送给TF接口，由TF单元主控器通过SPI接口将数据转发给SIM单元。当SIM单元的SE模块对数据进行加解密等安全运算处理后，通过SPI接口返回给TF单元。之后由TF单元根据协议选择将数据返回给手机或者进行加密数据存储。
当手机需要对通信数据进行高速数据加密时，可以将数据通过文件类型3发送给TF卡接口，由TF单元主控器通过SPI接口向SIM单元发送指令，启动GPIO模拟并口进行数据通信。TF单元主控器将接收到的手机数据首先放入发送FIFO进行缓存，之后可以在与手机进行通信的同时，将发送FIFO缓存数据通过GPIO并口转发给SIM单元。当SIM单元的SE模块对数据进行加解密处理后，就可以通过GPIO模拟并口返回给TF单元，TF单元接收到加解密数据后，首先放入接收FIFO，之后由TF单元根据协议选择将接收FIFO缓存数据返回给收机或者进行数据存储。
TF单元和SIM单元之间的GPIO并口由8个GPIO线作为数据接口，2个GPIO线作为通信控制，1个GPIO线作为状态指示，由SPI接口传送指令来启动GPIO并口通信。当数据由TF单元传送给SIM单元时，TF单元控制器首先将数据写入GPIO并口，之后设置GPIO控制线1为低电平。当SIM单元读取GPIO并口数据后，将设置GPIO状态线为低电平作为接收数据指示，此时一字节数据传输完成。当数据由SIM单元传送给TF单元时，SIM单元控制器首先将数据写入GPIO并口，之后设置GPIO控制线2为低电平。当TF单元读取GPIO并口数据后，将设置GPIO状态线为低电平作为接收数据指示，此时一字节数据传输完成。也就是说，GPIO状态线的传输方向由TF单元与SIM单元的数据通信方向来决定。
本发明的有益效果是：通过在TF单元与SIM单元设置SPI、GPIO模拟并行通信接口两种接口的方式，不仅可以用SIM单元对TF接口的数据进行身份认证等低速或者非实时通信应用，还可以进行高速、实时通信的应用。弥补了传统大容量TF-SIM卡TF单元与SIM单元之间通信速度低的缺陷，从而拓展了大容量TF-SIM卡的应用领域。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种大容量TF-SIM卡及其通信方法硬件结构示意图。
图2是本发明实施例提供的一种大容量TF-SIM卡及其通信方法的通信流程示意图。
具体实施方式
本发明实施例提供了一种大容量TF-SIM卡及其通信方法，以下结合附图分别对大容量TF-SIM卡的硬件结构、数据通信模式、通信流程进行清楚、完整的描述，以充分理解设计目的、特征和效果：
一种大容量TF-SIM卡由TF单元、SIM单元两部分组成，两者共同合封到一块电路基板上，硬件结构如图1。TF单元负责与手机进行高速数据通信，且进行数据存储；SIM单元负责与手机进行电信通信，且其SE功能可以进行数据加解密等安全运算；同时TF单元的主控器与SIM单元主控器之间通过SPI接口以及GPIO模拟并口进行通信。TF卡单元设置两个数据缓存FIFO分别用于缓存TF单元向SIM单元发送的数据，以及TF单元从SIM单元接收的数据。
传统的TF卡只具有数据存储的功能，而大容量TF-SIM卡将TF单元与SIM单元合封在一起，就可以充分利用SIM单元的SE功能对TF接口通信的数据进行数据加解密等安全运算。
大容量TF-SIM卡工作时由SPI接口负责低速数据通信，TF单元接收到主机数据后，可以通过SPI接口向SIM单元发送指令、状态以及相关数据，因此可以由SIM单元的SE对TF单元主控器发来的数据进行加解密等安全运算。由于SPI接口的速度限制，因此SIM单元只能进行身份认证等低速或非实时应用。
通常SIM单元主控器并不具有高速通信接口，只具有SPI、I2C、GPIO等接口。本发明采用GPIO模拟并口通信的方式实现SIM单元与TF单元之间高速通信。为节省GPIO资源，本发明采用8个GPIO线作为数据接口，2个GPIO线作为通信控制，1个GPIO线作为状态指示，同时利用SPI接口传输具体的通信指令。
为充分利用SIM单元的SE功能对TF单元与手机通信的数据进行数据加解密等安全运算，本发明改进了TF单元与手机的数据通信模式。TF单元主控器对手机数据进行模式判断，用文件类型来区分通信数据模式，设置三种文件类型：
文件类型1是TF传统数据存储类型，用于TF卡数据存储；
文件类型2是低速、非实时数据通信类型，用于TF单元与SIM单元的低速SPI接口数据通信；
文件类型3是高速实时通信类型，用于TF单元与SIM单元的高速并口数据通信。
一种大容量TF-SIM卡的数据通信流程如图2：
1)对于TF卡传统数据存储功能，手机直接采用文件类型1，将数据发送到TF接口，TF单元控制器接收到数据后将数据存储到TF单元内部存储器；
2)对于低速、非实时数据通信功能，手机采用文件类型2，首先将数据发送到TF接口，TF单元控制器接收到数据后，通过SPI接口转发给SIM单元。此时SIM单元可以按照制定的通信协议对数据进行加解密等安全运算，之后将处理的数据通过SPI接口返回给TF单元。TF单元按照制定的通信协议将数据返回给手机或者存储到内部存储器，从而实现身份认证等安全功能；
3)对于高速实时数据通信功能，手机采用文件类型3，首先按照制定的通信协议，将指令发送到TF接口开启数据通信，TF单元控制器接收到指令后，用SPI接口向SIM单元发送指令，开启数据通信；
4)主机采用文件类型3向TF接口发送数据，进行实时数据加解密处理。TF单元控制器接收到数据后，首先将数据缓存到发送FIFO，利用此FIFO缓存，TF单元与SIM单元进行通信的同时，还可以与收机进行正常数据通信。TF单元控制器将FIFO数据逐字节发送到GPIO并口，之后设置GPIO控制线1为低指示数据发送；当SIM单元控制器采集到GPIO控制线1变低后，就可以读取GPIO并口数据，同时将GPIO状态线设置为低，指示数据已经读取；当TF单元控制器采集到GPIO状态线变低后，识别到此次通信完成可以进行下一字节的发送。
5)根据制定的通信协议，当SIM单元接收完成一帧数据后，利用其SE将此帧数据进行加密等安全运算，之后将此密文数据通过并口发送到TF单元。SIM单元控制器将数据发送到GPIO并口，并将GPIO控制线2置低，当TF单元控制器检测到GPIO控制线2为低后，停止数据发送，转而进入数据接收状态；随即读取GPIO并口数据，并将GPIO状态线置低。SIM单元检测到GPIO状态线置低后，此字节数据通信完成，可以进行下一字节数据通信。当TF单元接收到密文数据后，根据通信协议将数据存储到TF存储器或返回给主机。
以上描述仅是一种大容量TF-SIM卡及其通信方法的一个具体应用实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则内所做的任何修改、等同替换以及改进等均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种大容量TF-SIM卡，其特征在于所述大容量TF-SIM卡包括TF单元和SIM单元两部分，共同合封到一块电路基板，其中SIM单元除具有电信通信功能外，还具有SE功能；两单元之间通过SPI接口、GPIO并口连接进行通信，并通过GPIO来进行通信控制、状态指示。
2.如权利要求1所述的一种大容量TF-SIM卡，其特征在于，所述TF单元负责与手机进行高速数据通信，且进行数据存储；所述SIM单元负责与手机进行电信通信，且所述SIM单元的SE功能可以对所述TF单元的数据进行加解密等安全运算。
3.如权利要求2所述的一种大容量TF-SIM卡，其特征在于，所述SIM单元的SE功能通过SPI接口进行非实时运算功能、进行低速数据通信、身份认证；同时SPI接口也用于传输控制指令、状态等数据。
4.如权利要求3所述的一种大容量TF-SIM卡，其特征在于，所述TF单元与所述SIM单元之间通过GPIO并口实现手机与所述TF单元的高速数据通信，以利用所述SIM单元的SE对所述TF单元与手机通信的数据进行实时加解密等运算。
5.如权利要求4所述的一种大容量TF-SIM卡，其特征在于，所述SIM单元通过8个GPIO作为8位数据位宽通道实现与所述TF单元的高速数据通信，并采用3个GPIO进行读、写通信控制以及状态指示。
6.如权利要求5所述的一种大容量TF-SIM卡及其通信方法，其特征在于，所述TF单元主控器设置有两个数据缓存FIFO，用于所述TF单元与所述SIM单元进行通信的数据缓冲，其一用于缓存所述TF单元向所述SIM单元发送的数据，其二用于缓存所述TF单元接收所述SIM单元的数据。
7.种大容量TF-SIM卡通信方法，基于权利要求1所述的一种大容量TF-SIM卡,其特征在于，手机与所述TF单元之间的数据通信利用文件类型来区分三种通信模式，文件类型1为数据存储通信类型，TF单元接收到手机的数据后存储到片内存储器；文件类型2为低速数据通信类型，TF单元接收到手机的数据后通过SPI接口与SIM单元进行低速通信；文件类型3是高速数据通信类型，TF单元接收到手机的数据后通过GPIO并口与SIM单元进行高速数据通信。
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