ARM处理器与IC卡接口的时序匹配-电子工程世界

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1　硬件接口

1.1　TDA8007简介

　　TDA8007是NXP公司推出的IC卡读卡芯片。它提供2个能同时满足ISO7816标准、EMV和GSM1111标准的IC卡读写接口。处理器只需通过其接口控制并行通信来管理TDA8007，便可实现对IC卡的上电、下电及读写数据处理。TDA8007的片选信号和外部中断信号线可以方便读写器处理多个IC卡头；特别的硬件ESD处理、接口短路处理、电源出错处理等，为IC卡和IC卡读写器提供了比较高的安全保护；内部集成的电源管理功能使其供电范围可达2.7～6.0 V，通过电源管理可以给IC卡提供5.0 V、3.0 V及1.8 V的电源，以适合不同工作电压的IC卡应用。

1.2　TDA8007工作时序与ARM总线时序比较

　　在基于ARM核心的嵌入式系统中，程序大多数是存在外部NAND Flash里面的。当TDA8007也接入总线时，若使用总线复用的方式，就需要把程序调用到内存中运行，同时需要11个GPIO来控制TDA8007的读写。本文采用非总线复用的方式，ARM处理器选用LPC2220。LPC2220微控制器是基于一个支持实时仿真和嵌入跟踪的32/16位ARM7TDMIS CPU。由于TDA8007最开始是为51核的单片机设计的，所以读写的时序和ARM的总线不同。 TDA8007和LPC2220的读写时序如图1和图2所示。

图1　TDA8007的读写时序

图2　LPC2220的读写时序

　　对比图1和图2，可以发现TDA8007和LPC2220的读写时序是不一样的，因此无法直接连接。特别要说明的是，使用之前一定要深入研究芯片的数据手册，时序匹配不对可能会导致二次布板。

1.3　解决方案

　　TDA8007无法直接连接到LPC2220，同时除非使用专门的GPIO接口，否则也无法采用总线复用的方式操作TDA8007，目前，大多数设计方案都是使用51单片机控制TDA8007，51单片机再与LPC2220进行通信。本文提出了一种新的解决办法，可以很方便使TDA8007连接到LPC2220处理器，操作方法和操作存储器一样。

　　通过比较可以很清楚看出，二者时序的主要区别在于读写信号的时序不同，如表1所列。

表1　TDA8007与LPC2220读写时序比较

　　针对TDA8007的独特时序，将LPC2220的OE、WE信号进行与操作，作为TDA8007的WR使能信号，使用一个GPIO口进行读写控制，CS信号仍然不变，这样的时序图就非常符合读写的要求。图3为TDA8007与LPC2220连接的电路图。其中，TDA_RD/WR是GPIO。

图3　TDA8007设计电路

2　软件接口

　　由于TDA8007连接到ARM总线上时使用GPIO控制读写操作，所以程序也需进行相应修改。修改后读写函数如下：

#define TdaCS 0x83000040//TDA8007地址

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

uchar read_register（uchar address） {

　uchar val;

　IO3DIR=（IO3DIR |（0x01<<29））;

　IO3SET=（0x01 << 29）;//RD控制，RD=1

　val=TDA[address];

　return val;

}

void write_register（uchar address, uchar _data）{

　IO3DIR=（IO3DIR |（0x01<<29））;

　IO3CLR=（0x01 << 29）;//RD控制，RD=0

　TDA[address]=_data;

　IO3SET=（0x01 << 29）;

}

3　结论

　　使用TDA8007时需要注意如下问题：

　　① 外围电路的配置。SAP和SAM、SBP和SBM、VUP和GND这3个电容的匹配非常重要，如果电容选择错误，可能会导致上电失败。按照经验，SAP和SAM、SBP和SBM之间均使用0.01 μF电容，VUP和GND之间使用220 nF电容。这种配置方式的实际使用效果好于按照demo电路的电容配置。

　　② 在大多数的使用环境下，TDA8007使用晶振为14.745 6 MHz。如果CPU的频率比较低，最好进行分频。

　　③ 上电前最好先确定是否已经插卡9，避免多次上电导致芯片烧毁。

　　本文的解决方案已经在某公司金融POS系列产品中得到实际应用。从目前的使用情况来看，可以通过国际EMV L1和L2认证。

关键字：ARM处理器 IC卡接口时序匹配引用地址：ARM处理器与IC卡接口的时序匹配

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