摘要：介绍了高集成度type a读写器芯片mf rc500的内部电路结构，并对其内部寄存器的有关命令及加密算法等功能做了较详细的阐述，最后在此基础上给出了mf rc500的典型应用电路。
关键词：type a；读写器；fifo；命令；crypto1
１ 引言
ｍｆ ｒｃ５００是ｐｈｉｌｉｐｓ公司生产的高集成度ｔｙｐｅ ａ读写器芯片。其主要性能如下：
●载波频率为１３．５６ｍｈｚ；
●集成了编码调制和解调解码的收发电路；
●天线驱动电路仅需很少的外围元件，有效距离可达１０ｃｍ；
●内部集成有并行接口控制电路，可自动检测外部微控制器(ｍｃｕ)的接口类型；
●具有内部地址锁存和ｉｒｑ线，可以很方便地与ｍｃｕ接口。
●集成有６４字节的收发ｆｉｆｏ缓存器；
●内部寄存器、命令集、加密算法可支持ｔｙｐｅ ａ标准的各项功能，同时支持ｍｉｆａｒｅ类卡的有关协议。
●数字、模拟、发送电路都有各自独立的供电电源。
基于以上特点，用ｍｆ ｒｃ５００极易设计ｔｙｐｅ ａ型卡的读写器，可广泛用于非接触式公共电话、仪器仪表、非接触式手持终端等领域。
２ 引脚功能ｍｆ ｒｃ５００为３２脚ｓｏ封装，需说明的是：某些引脚（带＊号）依据其所用ｍｃｕ(微控制器)的接口情况具有不同功能。
３ 工作原理
ｍｆ ｒｃ５００的内部电路框图如图１所示，它由并行接口及控制电路、密钥存贮及加密算法ｃｙｐｔｏ１、状态机与寄存器、数据处理电路、模拟电路调制、解调及输出驱动电路等组成。
３．１ ｍｆ ｒｃ５００寄存器设置
ｍｆ ｒｃ５００芯片的内部寄存器按页分配，并通过相应寻址方法获得地址。内部寄存器共分８页，每页有８个寄存器，每页的第一个寄存器称为页寄存器，用于选择该寄存器页。每个寄存器由８位组成，其位特性有四种：读／写(ｒ／ｗ)、只读(ｒ)、仅写(ｗ)和动态(ｄｙ)。其中ｄｙ属性位可由微控制器读写，也可以在执行实际命令后自动由内部状态机改变位值。
微控制器ｍｃｕ通过对内部寄存器的写和读，可以预置和读出系统运行状况。寄存器在芯片复位状态为其预置初始值。了解内部寄存器的设置对于软件编程至关重要.
３．２ 并行接口
ｍｆｒｃ５００芯片可直接支持各种微控制器(ｍｃｕ)，也可直接和ｐｃ机的增强型并行接口(ｅｐｐ)相连接，每次上电(ｐｏｎ)或硬启动(ｒｅｓｅｔ)后，芯片会复原其并行接口模式并检测当前的ｍｃｕ接口类型，通常用检测控制引脚逻辑电平的方法来识别ｍｃｕ接口，并利用固定引脚连接和初始化相结合的方法实现正确的接口。图２给出了相应的连接接线图。
３．３ ｅ２ｐｒｏｍ存贮器
ｍｆｒｃ５００的ｅ２ｐｒｏｍ共有３２块，每块１６字节。ｅ２ｐｒｏｍ存贮区分为四部分：第一部分为块０，属性为只读，用于保存产品的有关信息；第二部分为块１和块２，它们具有读／写属性，用于存放寄存器初始化启动文件；第三部分从块３至块７，用于存放寄存器初始化文件，属性为读／写；第四部分从块８至块３１，属性为只写，用于存放加密运算的密钥，存放一个密钥需要１２字节，ｅ２ｐｒｏｍ密钥存放区共可存放３２个密钥，实际密钥长度为６字节，存放在紧邻的１２个ｅ２ｐｒｏｍ字节地址中。一个密钥字节的８位必须分开存放，若设密钥８位为ｋ７，ｋ６，……ｋ０，则存放在两个相邻字节时为ｋ７ｋ６ｋ５ｋ４ｋ７ｋ６ｋ５ｋ４和ｋ３ｋ２ｋ１ｋ０ｋ３ｋ２ｋ１ｋ０，例如密钥字节为ａ０ｈ时，则存放内容为５ａｈ、ｆ０ｈ两个字节。
３．４ ｆｉｆｏ缓存
８×６４位的ｆｉｆｏ用于缓存微控制器与芯片之间的输入／输出数据流。可处理数据流长度达６４字节。ｆｉｆｏｄａｔａ寄存器作为输入／输出数据流的并／并转换口；ｆｉｆｏｌｅｎｇｔｈ寄存器用于指示ｆｉｆｏ缓冲器的字节存储量、写时增量、读时减量；ｆｉｆｏ缓冲器的状态如空、溢出等可由寄存器ｐｒｉｍａｒｙｓｔａｔｕｓ、ｆｉｆｏｌｅｖ-ｅｌ的相关位指示；对ｆｉｆｏ的访问则可通过微控制器送出有效命令来实现。
３．５ 中断请求
芯片的中断请求有定时设置到、发送请求、接收请求、一个命令执行完、ｆｉｆｏ满、ｆｉｆｏ空等六种。０页寄存器ｉｎｔｅｒｒｕｐｔｅｎ的相应位读／写属性用于相应中断请求使能设置；ｉｎｔｅｒｒｕｐｔｒｑ的相应位ｄｙ属性用于指示使能情况下的相应中断出现。任何允许中断产生时，０页寄存器ｐｒｉｍａｒｙｓｔａｔｕｓ的ｉｒｑ位ｒ属性可用于指示中断的产生，同时可由引脚ｉｒｑ和微控制器进行连接以产生中断请求信号。
３．６ 定时器
ｍｆ ｒｃ５００内有定时器，其时钟源于１３．５６ｍｈｚ晶振信号，１３．５６ｍｈｚ信号由晶振电路外接石英晶体产生。微处理器可借助于定时器完成有关定时任务的管理。定时器可用于定时输出计数、看门狗计数、停止监测、定时触发等工作。
３．７ 模拟电路
ａ． 发送电路
ｒｆ信号从引脚ｔｘ１和ｔｘ２输出可直接驱动天线线圈。调制信号及ｔｘ１、ｔｘ２输出的射频信号类型已调或无调制载波均可由寄存器ｔｘｃｏｎｔｒｏｌ控制。
ｂ． 接收电路
载波解调采用正交解调电路，正交解调所需的ｉ和ｑ时钟两者相差为９０°可在芯片内产生。解调后由所得副载波调制信号要经放大、滤波相关器、判决电路进行副载波解调，其中放大电路的增益可由寄存器ｒｘｃｏｎｔｒｏｌ的设置来控制。
３．８ 串行信号开关
串行信号开关用于桥接芯片数字电路和模拟电路两部分，两部分电路的输入／输出和外部应用所需的输入／输出可以灵活组合。这种组合可借助ｍｆｉｎ和ｍｆｏｕｔ引脚和相关寄存器来控制实现。
ｍｆｉｎ可输入曼彻斯特码、带副载波的曼彻斯特码，并由寄存器ｒｘｃｏｎｔｒｏｌ２的设置选择送至解码器。若输入的是修正密勒码，则由寄存器ｔｘｃｏｎｔｒｏｌ设置选择送至发送通道的调制器。
ｍｆｏｕｔ引脚上可输出曼彻斯特码、带副载波的曼彻斯特码、ｎｒｚ码、修正密勒码以及测试信号，具体可通过寄存器ｍｆｏｕｔｓｅｌｅｃｔ的不同设置来选择。
３．９ 命令设置
ｍｃ ｒｆ５００的性能由内部状态机保证，状态机可以完成命令功能。寄存器ｃｏｍｍａｎｄ的相应位存贮ｒ 命令码属性为ｄｙ可用于启动或停止命令执行。命令大多可由写入相应命令码至ｃｏｍｍａｎｄ寄存器实现，其所需变量和数据主要由ｆｉｆｏ缓冲器交换。
３．１０ 认证与加密
ｍｉｆａｒｅ类产品中加密算法的实现被称之为ｃｒｙｐｔ０１，它是一种密钥长度为４８ｂｉｔ的流密码。要访问一个ｍｉｆａｒｅ类卡的数据，首先要完成认证，ｍｉ-ｆａｒｅ卡的认证采用三次认证的过程若需了解三次认证过程，请参阅参考文献，这个过程可由自动执行ａｕｔｈｂｅｎｔ１和ａｕｔｈｂｅｎｔ２命令来实现。
４ 典型应用
ｍｆ ｒｃ５００的典型应用电路如图３所示。这里仅介绍其天线回路。图３中，ｌ０ｃ０为低通滤波器，用于滤除１３．５６ｍｈｚ的谐波分量，ｌ０可选２．２ｍｈ，ｃ０可选４７ｐｆ。ｌ是天线线圈，ｃ１、ｃ２ａ、ｃ２ｂ则组成匹配电路。典型参数值为：
ｌ＝１μｈ，ｃ１＝２７ｐｆ，ｃ２ａ＝２７０ｐｆ,ｃ２ｂ＝２７０ｐｆ。
ｃ３１５ｐｆ主要用于耦合卡负载调制信号，ｒ１、ｒ２为分压器，ｖｍｉｄ引脚的电压可为ｒｘ引脚提供一个参考电位。ｒ１阻值为１０ｋω，ｒ２为８２０ω。
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