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智能卡操作系统内核的研究与实现

作　者: 车平跃
导　师: 陈行益
学　校: 北京邮电大学
专　业: 计算机科学与技术
关键词: 智能卡 COS FLASH APDU Timer DES
分类号: TN409
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 119次
引　用: 6次
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内容摘要

智能卡的发展已有近30年的历史,目前己广泛应用到公安、医疗、交通、金融、电信、社保、石油、体育等各个行业中,随着智能卡应用的推广,智能卡的产业链也得到极大的完善和细分。整个产业链从智能卡芯片设计、硅晶片的生产制造、芯片封装、智能卡COS研发、个人化、发行卡最终到用户,整个产业链将随着技术和应用的发展,将进一步细分。本文所描述的内容主要是智能卡产业链中的一个重要环节：智能卡COS内核的研发。本论文主要针对国产智能卡芯片来讨论操作系统内核的设计,并实现智能卡内核的相关功能。本文首先描述所选课题背景和研究内容,总结了智能卡的发展现状。详细介绍了智能卡的分类和智能卡COS的功能,阐述智能卡的物理特性、组织结构以及智能卡遵循的国际标准体系。随后,依据选用的芯片,简要阐述了该芯片系统的硬件结构,并根据该芯片的特性,文章具体说明了内核的设计方案,包括文件系统、安全系统、备份与恢复机制。本文重点给出了内核主流程即通信模块的详细设计,重点介绍了ATR发送、PPS协议、APDU命令处理的流程方式。根据系统设计方案进行模块划分,并对各个接口函数的定义和功能进行了说明。接着还阐述了系统的调试方式,并针对本系统给出了详细的测试方案,包括功能测试、单元测试和性能测试等,以保证系统完成功能符合标准,达到预期目标。最后,给出了一种芯片移植方案,以保证该COS能得到广泛的应用。根据应用证明本文所述相关设计开发方案是正确可行的。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-11
  1.1 项目背景  9
  1.2 研究内容  9-10
  1.3 论文结构和主要内容  10-11
第2章智能卡相关技术研究  11-21
  2.1 智能卡发展现状  11-12
  2.2 智能卡分类  12-13
  2.3 智能卡COS  13-14
  2.4 智能卡的物理特性  14-19
    2.4.1 物理结构  14-16
    2.4.2 操作条件  16
    2.4.3 操作过程  16-19
  2.5 智能卡的组织结构  19-20
    2.5.1 文件组织结构  19
    2.5.2 文件引用方式  19-20
    2.5.3 数据引用方式  20
  2.6 ISO 7816标准  20-21
第3章内核设计方案  21-45
  3.1 CIU51G128芯片  21-25
    3.1.1 硬件特性  21-23
    3.1.2 空间结构  23-25
  3.2 文件系统设计  25-33
    3.2.1 文件系统概述  25
    3.2.2 文件结构  25-27
    3.2.3 EF文件  27-32
    3.2.4 文件类型相关命令  32-33
  3.3 安全系统设计  33-36
    3.3.1 安全属性  33
    3.3.2 安全机制  33-34
    3.3.3 密钥  34
    3.3.4 安全特性  34-36
  3.4 备份与恢复机制  36-41
    3.4.1 数据备份机制  36-40
    3.4.2 数据恢复机制  40
    3.4.3 EEPROM防拔机制  40-41
  3.5 PATCH机制  41-45
    3.5.1 ROM COS  41-42
    3.5.2 BOOTLOADER机制  42-45
第4章 I/O通信模块设计  45-57
  4.1 总体设计  45-47
  4.2 ATR响应  47
  4.3 PPS协议  47-48
  4.4 APDU命令结构  48-55
    4.4.1 命令APDU  48-49
    4.4.2 响应APDU  49-50
    4.4.3 APDU编码结构  50-55
  4.5 生命周期  55-57
第5章内核函数设计与实现  57-79
  5.1 开发环境  57
  5.2 工程设置  57-59
  5.3 模块函数设计  59-66
    5.3.1 设计目标  59-60
    5.3.2 模块划分  60
    5.3.3 模块函数  60-63
    5.3.4 MAIN主流程  63-66
  5.4 变量定义规范  66
    5.4.1 全局变量  66
    5.4.2 局部变量  66
  5.5 程序调试  66-70
    5.5.1 编译  66-67
    5.5.2 调试  67-68
    5.5.3 内存映射设置  68-69
    5.5.4 中断设置  69-70
    5.5.5 IO通信设置  70
  5.6 系统测试  70-74
    5.6.1 测试环境  70-71
    5.6.2 测试目的  71
    5.6.3 功能测试  71-72
    5.6.4 单元测试  72-74
    5.6.5 性能测试  74
    5.6.6 测试结果  74
  5.7 芯片移植方案  74-79
    5.7.1 局限性  74-75
    5.7.2 动态分配内存解决方案  75
    5.7.3 复位流程  75
    5.7.4 内存编址的转换算法  75-76
    5.7.5 安全性  76
    5.7.6 方案的优点和缺点  76-79
第6章总结与展望  79-81
  6.1 论文总结  79
  6.2 下一步工作展望  79-80
  6.3 研究生阶段学习情况总结  80-81
参考文献  81-83
致谢  83-85
攻读学位期间发表的学术论文目录  85

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