作者 秦抱负1,2 涂静芝3 刘立宗1,2 姜帆1,2
1.北京智芯微电子科技有限公司 国家电网公司要点实验室 电力芯片规划剖析实验室(北京 100192)
2.北京智芯微电子科技有限公司 北京市电力高可靠性集成电路规划工程技术研讨中心(北京 100192)
3.国网江西省电力公司检修分公司(江西 南昌 330077)
秦抱负(1982-)，女，工程师，研讨方向：智能操控及嵌入式体系运用;涂静芝，女，工程师，研讨方向：嵌入式体系运用;刘立宗，男，工程师，研讨方向：智能操控及嵌入式体系运用研讨
摘要：因为SPI接口的简略、高速、安稳的特性，在实践中得到了广泛运用，本文介绍了SPI从设备的接口协议，提出了一种依据该SPI协议的读卡器的规划思路，简述了计划的详细完结办法，包含读卡器的硬件规划及软件规划。选用USB即插即用的衔接方法，选用CCID规范设备经过USB接口与主机或其它嵌入式主机衔接，完结SPI协议的数据通讯，满意了实践的功用需求，关于开发规划相同作业形式下的SPI从设备的程序具有很好的学习价值。
导言
提起读卡器，大多数人会想到它是一种读卡设备，因为存在各种不同类型的卡片，读卡器的意义也比较广泛了。依照广义的读卡器概念，它是一种既能够读取数据，又能够写入数据的设备。读卡器的运用范畴很广泛，例如金融职业、交通范畴、医疗体系、电力职业等。然而在电力范畴，跟着信息化的加快与信息技术的开展，供电企业的主营事务信息化及作业出产场所信息网络覆盖率都得到了全面的进步，智能电网的覆盖率经过长途方法对终端/电表操作的日常事务也随之添加，从而对数据传输的灵活性、安全性、可靠性、安稳性的要求也越来越高，其间选用的安全模块为SPI接口。现在市场上干流的读卡器是USB接口的读卡器，因为它能够即插即用，支撑热插拔，用于读取存储卡、IC卡、非触摸式IC卡等，因为触摸IC卡片是ISO7816接口，非触摸式IC卡是ISO14443接口，没有用于读取SPI接口芯片的专用读卡器，本文依据实践需求提出了一种依据SPI通讯接口的读卡器的规划计划。
1 SPI协议
SPI(Serial Peripheral Interface，串行外围设备接口)是一种高速的、全双工、同步通讯总线，并且在芯片的管脚上只占用四根线，包含设备挑选线、时钟线、串行输出数据线、串行输入数据线，节省了芯片的管脚，一起为PCB在布局上节省了空间，现在越来越多的芯片都集成了这种通讯协议。
1.1 SPI通讯接口
SPI主要有以下通讯接口：
SCLK：时钟信号，由主设备器材发生;
MOSI：主设备器材数据输出，从设备器材数据输入;
MISO：主设备器材数据输入，从设备器材数据输出;
SSN：从设备器材使能信号，由主设备器材操控。
1.2 SPI通讯协议描绘
SPI接口通讯作业方法有四种，即MODE0、MODE1、MODE2和MODE3，本读卡器体系选用MODE3，即时钟极性(CPOL=1)，时钟相位(CPHA=1)，串行同步时钟的闲暇状况为高电平，在串行同步时钟的下降沿转化数据，上升沿采样数据。
主设备发送数据，从设备接纳数据，如图2所示;主设备接纳数据，从设备发送数据，如图3所示。
1.3 SPI接口从设备通讯流程
要完结读卡器的规划，首先要先了解SPI接口从设备的通讯流程，如图4所示。
● SSN=0：将SSN置低;SSN=1：将SSN置高。
● Len1代表长度的高字节，Len2代表长度的低字节。
● LRC1的计算办法：对CLA、INS、P1、P2、Len1、Len2和DATA数据每个字节的异或值取反。
● LRC2的计算办法：对SW1、SW2、Len1、Len2和DATA数据每个字节的异或值取反。
Len1和Len2代表DATA域的长度，不包含LRC1或LRC2。
2 硬件规划
本读卡器的SPI主设备是主控MCU，从设备是安全芯片。本读卡器的功用完结和SPI接口的从设备通讯，运用硬件SPI需求留意以下几点：
(1) SPI主设备和与之通讯的从设备的时钟极性和时钟相位应该共同，并以从设备为基准;
(2) SPI仅在数据发送时才有时钟输出，一旦传输结束，时钟就中止;
(3) SPI从设备在主设备需求接纳数据时才干发送数据，主设备和从设备一起进行的;
(4) SPI主设备向从设备发送数据时，直接发送即可。但在接纳数据时，实质上也是发送数据，为接纳数据供给时钟信号。
读卡器的体系硬件电路包含7部分，即电源部分、SPI从设备电源操控、蜂鸣器、指示灯、USB接口部分、SPI从设备接口部分和CCID的其他设备接口，如图5所示。
2.1 USB部分
本读卡器选用USB接口供电，供给5V的作业电压，别的支撑USB挂起/康复操作，支撑同步传输、批量/同步端点的双缓存，本读卡器选用了CCID规范协议，装备了三个USB端点，完结了三个设备端口的枚举，包含进行SPI时序装备的端口、安全芯片端口和预留端口。
