ARM處理器與IC卡接口的時序匹配

1.1　TDA8007簡介

　　TDA8007是NXP公司推出的IC卡讀卡芯片。它提供2個能同時滿足ISO7816標準、EMV和GSM1111標準的IC卡讀寫接口。處理器只需通過其接口控制并行通信來管理TDA8007，便可實現對IC卡的上電、下電及讀寫數據處理。TDA8007的片選信號和外部中斷信號線可以方便讀寫器處理多個IC卡頭；特別的硬件ESD處理、接口短路處理、電源出錯處理等，為IC卡和IC卡讀寫器提供了比較高的安全保護；內部集成的電源管理功能使其供電范圍可達2.7～6.0 V，通過電源管理可以給IC卡提供5.0 V、3.0 V及1.8 V的電源，以適合不同工作電壓的IC卡應用。

1.2　TDA8007工作時序與ARM總線時序比較

　　在基于ARM核心的嵌入式系統中，程序大多數是存在外部NAND Flash里面的。當TDA8007也接入總線時，若使用總線復用的方式，就需要把程序調用到內存中運行，同時需要11個GPIO來控制TDA8007的讀寫。本文采用非總線復用的方式，ARM處理器選用LPC2220。LPC2220微控制器是基于一個支持實時仿真和嵌入跟蹤的32/16位ARM7TDMIS CPU。由于TDA8007最開始是為51核的單片機設計的，所以讀寫的時序和ARM的總線不同。 TDA8007和LPC2220的讀寫時序如圖1和圖2所示。

圖1　TDA8007的讀寫時序

圖2　LPC2220的讀寫時序

　　對比圖1和圖2，可以發現TDA8007和LPC2220的讀寫時序是不一樣的，因此無法直接連接。特別要說明的是，使用之前一定要深入研究芯片的數據手冊，時序匹配不對可能會導致二次布板。

1.3　解決方案

　　TDA8007無法直接連接到LPC2220，同時除非使用專門的GPIO接口，否則也無法采用總線復用的方式操作TDA8007，目前，大多數設計方案都是使用51單片機控制TDA8007，51單片機再與LPC2220進行通信。本文提出了一種新的解決辦法，可以很方便使TDA8007連接到LPC2220處理器，操作方法和操作存儲器一樣。

　　通過比較可以很清楚看出，二者時序的主要區別在于讀寫信號的時序不同，如表1所列。

表1　TDA8007與LPC2220讀寫時序比較

　　針對TDA8007的獨特時序，將LPC2220的OE、WE信號進行與操作，作為TDA8007的WR使能信號，使用一個GPIO口進行讀寫控制，CS信號仍然不變，這樣的時序圖就非常符合讀寫的要求。圖3為TDA8007與LPC2220連接的電路圖。其中，TDA_RD/WR是GPIO。

圖3　TDA8007設計電路

2　軟件接口

　　由于TDA8007連接到ARM總線上時使用GPIO控制讀寫操作，所以程序也需進行相應修改。修改后讀寫函數如下：

#define TdaCS 0x83000040//TDA8007地址

unsigned char *volatile TDA=（unsigned char *）TdaCS;

uchar read_register（uchar address） {

　uchar val;

　IO3DIR=（IO3DIR |（0x0129））;

　IO3SET=（0x01 29）;//RD控制，RD=1

　val=TDA[address];

　return val;

}

void write_register（uchar address, uchar _data）{

　IO3DIR=（IO3DIR |（0x0129））;

　IO3CLR=（0x01 29）;//RD控制，RD=0

　TDA[address]=_data;

　IO3SET=（0x01 29）;

}

3　結論

　　使用TDA8007時需要注意如下問題：

　?、?外圍電路的配置。SAP和SAM、SBP和SBM、VUP和GND這3個電容的匹配非常重要，如果電容選擇錯誤，可能會導致上電失敗。按照經驗，SAP和SAM、SBP和SBM之間均使用0.01 μF電容，VUP和GND之間使用220 nF電容。這種配置方式的實際使用效果好于按照demo電路的電容配置。

　?、?在大多數的使用環境下，TDA8007使用晶振為14.745 6 MHz。如果CPU的頻率比較低，最好進行分頻。

　?、?上電前最好先確定是否已經插卡9，避免多次上電導致芯片燒毀。

　　本文的解決方案已經在某公司金融POS系列產品中得到實際應用。從目前的使用情況來看，可以通過國際EMV L1和L2認證。