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本文讨论和比较了非接触式智能卡两种类型的通信方式。B类通信方式在安全性和数据传输速率等方面具有优势。文章同时介绍了Java智能卡平台在安全性、灵活性和开发速度等方面的优点。

智能卡开发中两个最为关键的问题就是非接触式工作模式和多用卡技术。非接触式智能卡采用射频感应耦合方式向卡片提供电源、传送数据。目前，卡片与读卡机之间的通信方式有两种标准，即A类标准(ISO14443 Type A)与B类标准(ISO14443 Type B)。这两种类型的主要区别在于调制和解调方法的不同(图1和图2)。A类采用100%ASK(调幅)；而B类采用10%ASK。

早期基于MCU的智能卡必须使用经过优化的专用软件以适应相对较小的片上存储器容量。这种智能卡适合于批量大的单任务应用系统。随着半导体技术的发展，片上存储器容量的大大提高，以及Java平台的出现，给多用智能卡的开发和应用带来了突破，Java智能卡是高端智能卡技术的发展方向。



从读卡机到卡片的通信方式

从读卡机到卡片的数据通信以及电源主要是通过13.56MHz的高频载波来进行，基本的数据传输率为106kbits/second(9.4μs per bit)。A类通信采用100%ASK调制、同步时序以及经过修改的米勒(Miller)编码方式；B类通信则采用10%ASK调制、非同步时序和不归零(NRZ)编码方式。

B类通信方式可以使芯片在工作时永远不会失去电压供应以及时钟，其内部逻辑与软件连续正常地工作，而不会在数据接收过程中因为电源消失而必须暂停工作，应用软件在工作时不必担心和处理电源消失或数据中断等问题。这对于高安全性芯片来说的确是一个显著的优点，因为其安全算法需要不间断地运行。其10%ASK调制的另一优点是在完成卡片选择之后，读卡机与卡片之间有更高的通信速率。据估计，A类通信方式可以达到的最高数据传输率为150kbits/s到200kbits/s, 而B类通信方式的最大数据传输速率至少可达424kbits/s。因此，B类通信方式更适合于非接触式智能卡未来的各种应用开发。

从卡片到读卡机的通信方式

目前两种标准的卡片到读卡机通信都采用了负载调制方式。A类通信方式使用847kHz次载波Manchester编码。而B类通信方式的负载调制也使用847kHz的次载波，从卡片到读卡机的数据传输是连续进行的。次载波采用相移调制方式(PSK)调制。这种方式的信噪比较A类通信方式高6dB,因此，B类通信方式在噪声环境下具有较高的灵敏度。与读卡机到卡片之间的通信相同，也采用非归零编码方式。由于双向通信都采用了相同的非归零编码，简化了读卡机和卡片的编码过程，并可以在设计中使用简单的UART芯片。两类通信方式的主要区别与相关特征如表1。

表1：两类通信方式的比较。


B类通信标准的技术细节

如图3所示，我们假设要传送的数据是0101，从图中可看到13.56MHz的载波信号被调制后准备传送出去的情况。当数据位是1时，载波信号保持不变，而数据位是0时，载波信号的调制幅度(系数)为10%。由于载波信号幅值没有回到零点，所以这种调制方法被称为10%ASK，NRZ。智能卡芯片在接收到这个调制信号后，将能够通过解调还原出所传输的信号并通过整流滤波获得所需的直流电压。

从图中我们可以清楚地看到在调制以后的信号或整流后的电压中没有出现间断的现象，所以芯片始终能够获得足够的电压供应而不必担心失去电压及时钟。这一点对于基于微控制器的智能卡芯片来说是至关重要的。

在另一方面，由于没有电压中断的情况发生，这种调制方法对信号传输速率也没有限制。从图4我们可以看到在所有的传输速率下，芯片始终能获得不间断的电压供应。

在保密性能方面，由于在正常工作情况下芯片始终有电压供应，所以硬件的安全感应传感器和软件的防范措施能始终有效，这也使得智能卡的保密性能大大加强。

综上所述，采用B类ISO14443标准的非接触式芯片不论在数据传送速率、数据安全性以及应用灵活性方面都具有明显优势，更适合基于微控制器的智能卡芯片以及一些对速度要求比较高的场合，如交通卡、多功能卡等等。


Java智能卡平台

当今智能卡工业正在从单一应用如银行卡、移动电话SIM卡或健康卡向多用途的多功能智能卡的市场转向，如电子商务、接入控制或运输系统以及在开放式网络和结构中的应用。因此，新型智能卡除了要求携带方便以外，还必须支持将应用程序下载到卡片上运行的功能和应用程序的通用化。

由于Java具有可靠的安全模式，而且，其应用程序的开发和验证速度远高于其他智能卡应用开发平台，Java已成为多功能智能卡最为理想的语言平台。

首先，Java的设计是围绕着应用程序来进行的。短小的编码程序可以从远程主机下载到客户机中来执行。这一特性理想化地满足单一智能卡上的多种应用要求。由于应用程序非常短小，因此较小容量的智能卡存储器能够同时存储多个应用程序。Java应用程序是可下载的，也就可以通过POS终端机等卡片接收设备进行“安装。同时，Java智能卡的功能可连续升级成新的应用，也可以从网上下载Java应用程序，并制定适当的智能卡升级方案。如通过互连网下载或GSM网络进行升级。

Java能提供的安全模式也使得多种来源的应用程序能够安全地存放于单一智能卡中。这一点特别重要，因为智能卡上的应用程序可能试图访问某一应用专用保密数据。例如，我们不能允许应用程序去访问其竞争对手的至关重要的采购历史数据。

此外，Java还能显著地加快和简化智能卡应用的开发过程。这主要得益于Java的自动存储管理和无用数据自动收集等快速特性。与C++相比较，Java能节省60%的编码时间。与类似汇编语言环境的其他智能卡开发语言相比，Java的优势更为明显，将这些语言的应用程序汇编成机器码通常都需要数月的时间进行调试，因为安全原因，他们需要在ROM中掩码。而Java应用程序的调试则非常简单甚至几乎能够立即完成。

附栏

SmartJ智能卡平台

SmartJ是STMicroelectronics开发的新一代多功能Java智能卡平台，它将Java字节码的直接执行和强大的自然码RISC指令集执行能力结合在一起，为多种智能卡应用提供高性能的解决方案。

32位处理能力

SmartJ平台的心脏部分是全32位的RISC微处理器结构。这种处理器有两种执行模式：Java模式和自然代码模式，遇到“速遣”指令时进入Java模式；遇到“长”的Java字节时则进入自然码模式。在执行自然码模式时，有两种优先级别，即用户级和系统级，某些指令操作只能在系统级模式下执行。Java解码器具有每循环一个Java字节码的解码能力。当SmartJ处于Java模式时，解码器中的预处理器生成一个自然码指令序列，并将他们送到自然码管线中；对于“长”字节码，生成的序列流向自然码指令存储区，并将处理器置于自然码模式。

这样，处理器通过硬件解码方式加强自身的高效自然RISC指令集，硬件解码器直接将Java字节代码转换成为自然代码指令，不仅能够快速地执行Java程序，而且还能降低功耗。这一点对非接触式智能卡应用尤为重要，因为非接触式智能卡的电源要靠从读卡机传输的射频信号中提取。

安全与存储管理

SmartJ通过域的使用来实现存储器的访问控制。每一访问过程都与一域相联系，该域确定了访问过程中被访问存储器的地址范围。若要访问别的存储区域，该访问过程必须转换到另一域。这样，访问过程受到控制条件的严格约束。这种域管理机制避免了存放在一个区域的程序或下载的应用程序占用别的程序需要使用的存储器区域。

开放式与模块化结构

SmartJ平台的另一优点是其具有最大灵活性的开放式与模块化结构。具有修改、增加新的操作系统功能；可调整、改变上层部件如上载器、虚拟机器等；可在发卡后下载应用程序；能快速将全套软件接口到新的部件；能定制加密库以满足用户的具体要求；还可实现特定硬件和软件模块的即插即用。


开发方法与开发环境

SmartJ平台是根据新的开发方法设计的，充分考虑了产品的面市时间和安全约束。其JavaCard标准有利于软件设计，其综合开发环境包括SmartJ代码生成工具C/C++编译器、汇编器/链接器和Java编译器。代码验证工具包括指令集和指令周期精确模拟器、C、C++、Java和汇编器源代码级调试器、以及使用JTAG调试口的在线模拟。这些工具为用户创建、开发和测试应用程序提供了良好的环境。