DS8007芯片在智能卡交易中的应用

本应用笔记介绍了一个基于 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。该系统可实现基本的智能卡存款、取款交易以及卡的初始化功能。虽然系统没有进行任何与"实际"支付交易系统有关的安全测试，但这里演示的功能对于此类系统极具代表性。

演示中使用的硬件是 DS8007 评估(EV)板。该评估套件提供了一个方便的、经过验证的平台，用于测试基于 DS8007 器件的智能卡操作。评估板包括：作为主处理器的 DS5002 安全微控制器、一个 2 行 20 字符的液晶显示(LCD)模块、两个智能卡插槽(分别为信用卡尺寸和 SIM 尺寸)。此外还提供一个 DB-9 连接器，用于通过 RS-232 串行接口传输信号。使用本公司的微控制器工具包(MTK)软件(下载)，用户可将 PC 与 RS-232 口连接下载程序或数据文件，也可以与应用系统通信。评估板还包括 512k x 8 的电池备份 SRAM，用于存储程序和数据信息。DS5002 安全处理器为电池备份的 SRAM 提供电源检测和控制电路。

开发该应用系统使用的软件工具集是 Keil 公司的 PK51 专业开发工具套件，包括µVision3®集成开发环境(IDE)和 CX51 ANSI C 编译器。PK51 包提供汇编器、连接器、仿真器和调试器的完整开发环境。它生成的十六进制文件可使用 MTK 软件直接从 PC 下载到 DS8007 评估板。

应用实例
本应用笔记提供的交易功能可看作是应用笔记 4036： 利用 DS8007 评估套件进行设计中描述的低层功能之上的附加层。

本交易实例可执行和正确管理应用协议数据单元(APDU)的发送和接收。APDU 由 ACOS3 智能卡 EMV 规范定义。通过生成和发送适当的 APDU 并处理其可能的响应，可演示典型的支付交易操作。

用于本应用系统的 C 语言源代码可提供下载，文件名为 AN4120_SW.zip。前面提到的应用笔记 4036 中的代码是这些交易实例的核心，它提供 DS8007 的所有基本接口 / 驱动函数和所有直接的低层智能卡接口函数。AN4036 中的代码也在相同的网址提供下载，文件名为 AN4036_SW.zip。

交易实例详述

为创建一组有代表性的交易功能，本实例实现了三种主要的智能卡操作。

取款交易，即扣除信用卡余额

存款交易，即增加信用卡余额

信用卡初始化交易，将信用卡余额和交易次数设定为初始值

卡中初始金额为$100.00，初始交易次数在初始化交易过程中被设定为 1。为简化实例，每次存款、取款交易都固定在信用卡余额中增加或扣除$10.00。

为了提供一个合理的演示，首先要考虑的是如何利用 DS8007 评估板上的资源建立一个用户接口。由于设计目标之一是无需借助其它设备就能单机运行，因此评估板上的 RS-232 串口不能作为用户接口。最方便作为用户输入接口的硬件是开关 SW4，当该开关按下时，会将处理器的端口引脚 P3.2 下拉至地电平。P3.2 是一个多功能端口引脚，还可用作外部中断输入(INT0)。但是本应用实例软件中不使能该中断，因此，引脚 P3.2 通常由处理器的引脚驱动电路上拉到高电平，按下开关 SW4 时通过一个 1kΩ电阻拉至低电平。应用系统可简单通过读取该引脚的电平检测开关是否闭合。

板载 LCD 模块可作为用户接口的输出器件。DS8007 评估板的 LCD 模块是一个 2 行 20 字符的显示器。它包含液晶驱动电路，并为处理器提供 8 位并行接口。通过向模块写入必要的控制和字符就可进行显示操作，由模块管理实际的 LCD。

用户完成一次输入，软件就以重复顺序在 LCD 上显示三种可能的交易类型供用户选择。按下开关 SW4 时，软件执行选中的交易。

智能卡详述
本应用实例中选用的智能卡是香港 Advanced Card Systems Limited (ACS)公司生产的 ACOS3 卡。该卡内含嵌入式处理器，运行 ACS 智能卡操作系统版本 3 (ACOS3)的操作系统，具有如下特性：

16kB 应用数据 EEPROM 存储器

符合 ISO 7816-1/2/3 标准，T = 0 协议

兼容数字加密标准(DES)、3DES 和信息验证能力(MAC)

5 个安全码 + 发行密码

卡持有者可更新 PIN 码

密钥对相互验证

会话密钥采用随机数字

线性文件具有固定的记录长度

帐户数据结构可实现安全支付应用系统

ACOS3 性能的全部说明可在 ACS 网站上找到。对于本应用实例，没有使用智能卡的任何安全功能，只使用其文件结构和 EEPROM 存储空间。

智能卡存储空间

本交易实例中，选用的智能卡必须包含一定的非易失存储器空间，用于保存信息。仅有两个数值保存在卡中：记录成功处理的交易次数的"计数器"和虚拟帐户的"余额"。对于该计数器，选用 1 个字节的无符号数，它可表示 0 至 255 次交易数。对于余额，选用 16 位整数，可表示数值 -32,768 至+32,767。这种方式允许用户透支卡中的可用余额(即产生负的余额)。因此，本实例中总共需要 3 个字节的非易失存储器。

ACOS3 的文件结构

制造 ACOS3 卡时，其 16kB EEPROM 存储器划分成内部数据存储区和用户数据存数区两部分。内部数据存储区保存配置数据，通常被操作系统用于管理特定的功能。用户数据存储区保存"实际"交易控制下正常使用智能卡的操作数据。在本实例代码中，只使用内部数据存储区，后续讨论中将重点关注内部数据存储区。

不论是内部数据存储区还是用户数据存储区，访问 ACOS3 卡的存储器都要通过数据文件和数据记录进行。每个数据文件都由一定数量的数据记录组成，最多可达 255 个。不同数据文件的记录长度可以不同，但对于给定的数据文件其记录长度总是固定的。内部数据文件的文件结构(文件大小、记录长度等)由操作系统定义且不能更改，但对于用户数据存储区，可由卡发行人在进行个性化智能卡设置时确定其文件结构。为简单起见，只使用卡中已有的内部数据文件系统，不再生成一个专门的用户数据文件系统。

所有文件都可通过 ACOS3 的读记录和写记录命令进行访问。这些命令发送到智能卡，而任何响应都会被应用笔记 4036 中提供的 APDU 函数接收。每个文件都由 2 字节的文件标识符来识别。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 列出了内部数据文件的文件名、文件标识符和记录结构。

表 1. 内部数据文件信息
 

个性化文件 ID = 0xFF 0x02，包含三个记录共 12 字节，各记录的长度为 4 个字节。第一个记录包含智能卡中某些选项的配置信息，而第二和第三个记录则没有预先定义。因此，这两个记录被用于保存本应用实例中智能卡的交易次数和帐户余额。虽然单个记录具有足够的存储空间(4 个字节)来保存交易次数和帐户余额所需的三个字节，但这两个数据还是存储在不同的记录中以便操作。这也使得增大这两个数据的值成为可能。交易次数存储在记录 2 的第一个字节，而帐户余额则存储在记录 3 的前两个字节，高字节在前(大端)。

ACOS3 命令结构

ACOS3 卡有 13 条基本命令，本应用实例中主要用到其中的三条命令。它们分别是文件选择、读记录和写记录命令。这三条命令都将在后面进行说明。ACOS3 卡的所有命令都符合 EMV 规范描述的应用协议数据单元(APDU)的格式。APDU 的一般格式包括如下几部分：

CLA 命令类

INS 指令代码

P1 指令参数 1

P2 指令参数 2

Lc(P3)命令数据域给出的字节数(可选)

命令发送数据字节中的数据序列

Le 应答中数据域所期望的数据 字节最大长度(可选)

文件选择命令

文件选择命令可打开文件，从而读 / 写文件的记录。它是一个 7 字节命令，格式为：

个性化文件是本应用中用到的唯一文件(见表 1)，它的文件 ID 0xFF 0x02 为命令的最后两个字节。与所有 ACOS3 命令一样，执行成功后返回 2 字节状态信息，其数值为 0x90 0x00。若返回任何其它数值则表明命令执行错误。在前面提到的 ACS 网站上，ACOS3 参考手册中列出了所有可能的错误状态字节及其含义。

读记录命令
读记录命令可从当前所选文件的已识别记录中读取指定数量的字节。它是一个 5 字节命令，格式为：

 

可以看出，该命令包含两个可变字节：一个字节指示记录号，另一个字节指示要从指定记录中读取的字节数(长度)。在本应用实例中，每次都读取个性化文件记录的全部四个字节，因此长度固定为 0x04。若读记录命令执行成功，将返回 6 字节数据：记录中存储的 4 字节信息，2 字节状态信息。若返回的状态字节数值不是 0x90 0x00，则表明命令执行错误，应丢弃返回的数据。

写记录命令
写记录命令可向当前所选文件的指定记录写入数据。该命令的长度可以随着要写入的字节数变化。在本实例中，每次都写入 4 个字节，因此该命令具有如下所示的格式：

可以看出，该命令总共包含 6 个可变字节；一个字节指示记录号(0 至 N-1)，另一个字节指示要写入的字节数(长度 = 0x04)，此外还有四个数据字节。若写记录命令执行成功，将返回两字节状态信息(执行成功时返回 0x90 0x00)。

装载可执行文件
DS8007 评估板出厂时已装有本智能卡交易实例的软件。若要验证是否安装了该软件，可以给评估板通电然后观察显示屏。如果显示屏上出现"在下面的大插槽中插入智能卡"，则表明已经加载了程序。如果没有显示这条信息，则可通过 MTK 软件将交易软件装载到板上的电池备份 SRAM 中。应用笔记 4036 (参看上文)说明了如何装载应用程序。要装载的文件为 Trans.hex，包含在 AN4120_SW.zip 中，可从上面提到的 ftp 网站下载。

在安装完交易软件并断开引导加载程序之后，处理器就立即开始运行应用程序。如果评估板此时仍然连接至 PC，则 MTK 屏幕上会显示应用程序的 RS-232 串行输出。这些信息可用于分析和调试，但可以忽略。用户应按照 LCD 模块上显示的指令进行操作。如果必要，可分析源代码以确定串行输出的含义。

插入智能卡后，LCD 上会短暂的显示智能卡的当前交易次数和帐户余额。然后，LCD 上就开始循环显示交易选项—取款、存款和智能卡初始化，大约每两秒钟按顺序变化一次。当期望的交易选项出现时，按下 SW4 开关就可执行该项交易。这时 LCD 上会显示交易执行情况。之后显示交易完成信息，指示用户取下智能卡。此时，交易选项将循环显示，等待智能卡插入。

结束语
本应用笔记介绍一个基于 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。系统中使用具有 16kB EEPROM 存储器的 ACOS3 智能卡，并利用它的读记录和写记录命令将信息存储到非易失存储器中。反馈信息通过板载的 2 行 20 字符 LCD 提供给用户。系统可实现存款、取款交易和智能卡初始化功能。提供源代码文件下载，可以此为基础开发真正的支付交易系统。

审核编辑 黄昊宇