摘 要：t=0异步半双工字符传输协议是接触式ic卡国际标准iso/iec 7816中规定的一种通信协议。本文首先分析了iso/iec 7816－3中对于电信号和传输协议的规定，在此基础上介绍了t＝0异步半双工字符传输协议的硬件实现方法。
关键词：iso/iec 7816；异步半双工字符传输协议；cpu卡

引言
cpu卡作为ic卡家族中功能最强、安全性最高的成员，已经逐渐在各种应用中占据主导地位。在iso/iec 7816－3中介绍了两种通信协议：t=0和t=1通信协议。t=0是异步半双工字符传输协议，t=1是异步半双工块传输协议。目前大多数接口设备都支持t=0通信协议，因此该协议应用较为广泛。
t=0通信协议可以通过软件编程来实现。但在软件实现过程中，需要通过软件编程来控制数据收发，对于实时性很强的通信处理，cpu的处理能力常常满足不了要求，而且通信的可靠性和稳定性也不是很理想，而硬件电路实现不存在上述问题。

传输协议描述
iso/iec 7816-3规定了ic卡的电气特性和传输协议。包括该类卡和接口设备间的电源、电气信号协议和信息交换协议。通信过程中，由接口设备给ic卡提供电源(vcc)，复位信号(rst)和时钟(clk)，卡和接口设备间通过i/o端口进行串行通信。
定义i/o端口有两种可能状态：
传号或高电平(状态z)：当卡和接口设备均处于接收状态时，i/o端口处于状态z。也可由发送方强制定义为状态z。
空号或低电平(状态a)：可由发送方强制定义为状态a。
根据t=0异步半双工字符传输协议，ic卡和接口设备之间以字符为单位(简称字符帧)进行传输，采用偶校验，每个字符由10bit组成，如图1所示。传输字符帧之前，i/o线处于状态z，第1bit为起始位(状态a)；后面8bit为数据位d1~d8；第10bit为偶校验位，即8位数据和奇偶校验位中1的个数为偶数。
串行通信是按位传送的，每位信息宽度(持续时间)定义为基本时间单位etu(elementary time unit)。在复位应答期间的信息宽度称为“初始etu”，它等于372个时钟周期，即1etu = 372/f 。复位应答后的信息宽度称为“当前etu”，其计算公式为：
当前etu
其中：f是时钟频率变换因数；d是比特率调整因数；f是时钟频率。

硬件实现方案
按照上述标准实现的可编程串行接口系统如图2所示。
可编程串行接口内部的特殊功能寄存器有：
1. 串行接口控制/状态寄存器scon(复位后为00h)。
寄存器各位定义如下：
scon[0]：接收中断标志位；
scon[1]：发送中断标志位；
scon[2]：发送出错标志位；
scon[3]：接收出错标志位；
scon[4]：允许发送标志位；
scon[5]：允许接收标志位；
scon[6]：保留；
scon[7]：可编程串行接口允许标志位。
scon[4]、scon[5]不能同时为1，否则i/o接口将处于逻辑混乱状态。
2.串行接口数据缓冲器sbuf(复位后为00h) 。发送时，sbuf作为发送数据缓冲器，用于缓存待发的数据。接收时，sbuf作为接收数据缓冲器，用于缓存收到的数据。
3. 波特率寄存器mr、br (复位后mr=0bh，br=13h，串行接口工作于基本速率)。为了简化硬件电路设计，将复位应答信号中ta1包含的f1和d1对应的波特率译码工作交由软件完成，由软件设置通信波特率。内部13bit定时器根据波特率寄存器mr、br 值( &)对clk信号 进行分频，以确定信息宽度。因为1etu，所以mr，br寄存器设定为mr[7?]&br[4?]= -1，例如，基本速率时，f＝372，d＝1，可得，设置mr＝0bh，br=13h，即“00001011,10011”=371；对于手机中常用的增强速率，f＝512，d＝8，可得，设置mr=01h，br=1fh，即“00000001,11111”=63。
下面介绍可编程串行接口的工作过程。在发送和接收数据前，按以下步骤初始化串行接口：
1. 根据应用，通过设置mr、br寄存器来设定通信速率。
2. 清除scon[0]和scon[1]中断标志。
3. 置位串行接口允许标志位scon[7]，使能串行接口。
初始化工作完成后，可选择发送模式或接收模式。
发送模式
首先将发送数据写入sbuf，数据移位寄存器data_shift_reg [10~0]将自动写入 “ ”，其中p为奇偶校验位，为欲发送数据，0为起始位，1代表状态z，最低两位“01”用于产生起始位下降沿。
置位scon[4]，数据开始发送。根据波特率寄存器中设置的值，接收/发送控制模块中，13位定时器在每位数据将结束时产生计数脉冲。当计数脉冲有效时，数据移位寄存器右移1位，最低位输出到i/o线，最高位补入i/o线采样数据。
当校验位发送完毕后，i/o线变为高阻态，发方在11etu处对i/o线进行采样，如果为状态z，则认为接收正确；如果为状态a，则认为传输出错，根据结果刷新串行接口控制/状态寄存器中相应位。
当一帧数据发送完毕后，无论发送是否正确，scon[1] 都将硬件置位，产生发送中断申请。如果发送正确，scon[4]将被硬件自动清0；如果发送出错，发送出错标志位scon[2]将被硬件置位，sbuf中的数据将从检测到错误那一刻起2etu后自动重发，如图3所示。在重发完毕前，必须软件清除scon[1]及发送出错标