实现智能卡与机顶盒通信设计

在利用数字机顶盒收看数字电视节目时，为了满足不同用户的需要，保证每个用户的利益，需要采用条件接收系统管理用户的权限并确保用户的正常收看。而在机顶盒中，通常使用智能卡技术实现条件接收。

智能卡有自己的微处理器、存储器和一个与机顶盒通信的接口。采用智能卡实现条件接收的优势在于：它具有高度的安全性和保密性，主要用于存储用户的私人密钥、控制授权、保密算法等信息，可以保证整个数字电视系统的安全。

本文主要讨论智能卡与机顶盒之间的通信。机顶盒中的主芯片一般都提供与智能卡通信的接口，利用相应的硬件和通信协议，就可以实现它们之间的正常通信。在本文中，机顶盒芯片采用ST公司的Sti5516。由于Sti5516提供的智能卡接口需要外接一个接口芯片才能与智能卡通信，所以还采用了Philips公司的TDA8004T芯片。整个硬件框图如图1 所示。

1 Sti5516的智能卡接口

Sti5516支持智能卡接口——异步收发控制器（UART），用于实现Sti5516与二个智能卡控制器的通信。异步收发控制器支持全双工异步通信，接收器与发送器使用相同的数据格式和波特率。数据的传输和接收可以是双BUFFER，也可以是16位FIFO。通信过程中奇偶校验位、数据位、停止位都是可编程的。同时，在传输和接收中的错误觉察增强了数据传输的稳定性，UART与智能卡的握手协议确保了数据传输的安全性。Sti5516有一个智能卡时钟产生器，提供给智能卡一个时钟信号。智能卡使用这个时钟驱动智能卡与UART之间的通信。这个时钟也用于智能卡CPU时钟。智能卡接口操作要求卡的时钟可以调整，这样波特率可以改变，时钟的调整可以根据ISO7816标准。Sti5516提供的智能卡接口支持T=0、T=1协议。

2 TDA8004T介绍

TDA8004T提供了一个低成本的异步智能卡接口，可用于电子付费、读卡器、付费电视等。它可以取代智能卡与微控制器之间的一些外部元器件，提供微控制器与智能卡之间稳定、低噪音并符合ISO-7816 标准的通信接口。其原理结构图如图2所示。

3 通信协议

在Sti5516与智能卡的通信过程中，本文采用了T=0协议。

T=0协议是异步半双工字节传输协议［2］，即协议所处理的最小单位是单个字节。通信命令总是由接口设备启动，以命令报头通知卡做什么，并且允许在卡发出的过程字节的控制下传输数据字节。命令报头由连续的5个字节组成，这5个字节指定为CLA、INS、P1、P2、P3。其中CLA为指令类别，INS为指令类别中的指令代码，P1、P2为一个完成指令代码的参考符号（例如地址），P3由一个可变长度的条件体组成。条件体包括命令数据域长度字节Lc、命令数据域和响应返回的最大长度字节Le。根据不同的命令，条件体的组成也不相同。

这样，在一个5字节命令报头传输后，接口设备等待一个或者两个过程字节。过程字节的值将指明接口设备请求的动作。如果过程字节的值与INS字节相同，表示接口设备向卡发送或者从卡接收所有数据;如果与INS字节的补码相同，表示接口设备向卡发送或者从卡接收下一个字节;如果为0x60，表示延长等待时间;如果为0x61，表示接口设备等待第二个过程字节，并根据第二个过程字节发送命令取回数据;如果为0x6c，表示接口设备等待第二个过程字节，并根据第二个过程字节重发上一条命令。如果过程字节是0x90、0x00，表示通信成功完成。

4 通信的实现

在实际通信过程中，本文将工作频率定为3.57MHz，保证数据传输的波特率为9600bps。数据格式采用带奇偶校验的8个数据位和2个停止位，如图3所示。

在机顶盒与智能卡发送数据和接收数据的过程中，使用了Sti5516智能卡接口UART的驱动。因此在进行通信之前首先要对UART初始化。初始化之后，进行卡的复位应答，如果应答正确才能与卡通信。

根据T=0协议的定义，机顶盒与智能卡通信的流程图如图4所示。

5 调试经验

（1） 在写智能卡接口UART的驱动时，必须按照T=0协议标准配置工作频率、数据传输波特率和数据格式;

（2） 在确保卡的复位应答正确后，才能进行卡与机顶盒的通信;

（3） 命令报头的传送一般是有一定的先后顺序的，在测试过程中，需要按照顺序发送命令报头，才能正常接收数据;

图4

（4） 判断过程字节和条件体形式时，一定要按图4所描述的，考虑仔细、全面，以免通信错误。

由于目前大多数智能卡支持T=0协议，所以本文主要介绍了基于T=0协议的机顶盒与智能卡之间的通信。在此基础上，以后可以实现基于T=1协议的通信，以便支持更多的智能卡。