Ｄallas公司的iButton產品是一系列１－wire總線新型器件。ＤＳ１９９１是一種加密存儲器型信息紐扣，封裝于直徑為１６mm的不銹鋼外殼中，體積小巧，便于攜帶、保存，防塵、防腐蝕，可以在惡劣的應用環(huán)境中實現帶密碼保護的數據傳送。本文介紹ＤＳ１９９１的特點、工作原理及其帶密碼保護存儲器區(qū)的讀寫方法。

1DS1991的特點

DS1991是一種很有特色的加密存儲器型TM卡,為用戶的保密數據提價節(jié)可靠的保護措施。DS1991內部有1152位的密碼保護存儲器區(qū),512位的非密碼保護存儲器scratchpad。密碼保護存儲器被分為三個可獨立操作的密鑰子存儲器(subkey),每區(qū)為384位,每個密錢子區(qū)都有自己的64位密碼及64位的ID碼,對密鑰子區(qū)的讀/寫操作均需進行密碼驗證。三個區(qū)的數據可分別操作,互不干擾。非密碼保護存儲器區(qū)主要用于加密數據的拷貝,以保證數據的完整性。

2 DS1991與單片機硬件接口及軟件設計

DS1991與單片機的硬件接口電路如圖1。

DS1991與單片機的接口非常方便,只用1根數據線和1根地址.數據線由單片機的1根I/O口線控制,口線外接一個5kΩ的上拉電阻.DIOBITP1.0;引腳定義RETDJNZR6,WRB1

DS1991操作的基礎是1-wire總線的初始化、讀/寫1位時序,如圖2、圖3、圖4和圖5.VPULLUP為圖1中D點在口線為輸入狀態(tài)時的電位.初始化由主機發(fā)出復位脈沖.DS1991回復應答脈沖,使主機了解DS1991存在于總線上并已作好操作準備.命令和數據的各個字節(jié)由最低有效位起一位一位傳送.子程序RESET、RDBYTE和WRBYTE分別是初始化、讀/寫1字節(jié)的子程序.

RESET:CLR DIO ;得位子程序

MOV R7,#205

DELPP1:NOP

DJNZ R7,DELPP1

SETB DIO

MOV R7,#12

DJNZ R7,$

MOV R7,#27

RESETP1:JNB DIO,RESETP2

DJNZ R7,RESETP1

RESRET:SETB DIO

MOV A,#0EH

RESETP2:MOV R7,#75

DJNZ R7,$

MOV R7,#54

RESETP4:JB DIO,RESETP5

DJNZ R7,RESETP4

RESETP5:MOV R7,#180

DJNZ R7,$

SETB DIO

MOV A,#0

RET

WRBYTE:MOV R6,#8 ;寫1字節(jié)子程序

WRB1:CLR DIO

MOV R7,#2

DJNZ R7,$

RRC A

MOV DIO,C

MOV R7,#30H

DJNZ R7,$

SETB DIO

NOP

NAP

NOP

RET

RDBYTE:MOV R6,#8 ;讀1字節(jié)子程序

RDB1:CLR DUO

NOP

NOP

SETB DIO

MOV R7,#3

DJNZ R7,$

MOV C,DIO

RRC A

MOV R7,#32

DJNZ R7,$

SETB DIO

MOV R7,#3

DJNZ R7,$

DJNZ R6,RDB1

RET

3 DS1991激光ROM碼、存儲器結構及操作

像所有的1-wire總線器件一樣,主機必須先進行初始化和ROM操作,而后才能進行讀寫DS1991存儲器的操作.

DS1991有一個自身唯一的工廠刻入的64位激光ROM系列碼.該碼不會與其它任何一個1-wire總線器件相重.該碼前8位是1-wire總線家族碼,后48位是器件唯一的系列碼,最后8位為前56位數據的CRC校驗碼.ROM操作指令建立被訪問的1-wire器件與主機的連接,ROM操作指令如表1.DS1991的存儲器映像如圖1.

表1 ROM操作指令

MOV A,#0

RET

WRBYTE:MOV R6,#8 ；寫１字節(jié)子程序

ＷＲＢ１：ＣＬＲ?。模桑?/p>

ＭＯＶ?。遥?，＃２

ＤＪＮＺ?。遥?，$

RRC A

MOV DIO,C

MOV R7,#30H

DJNZ R7,$

SETB DIO

NOP

NAP

NOP

?

RET

RDBYTE:MOV R6,#8 ；讀１字節(jié)子程序

RDB1:CLR DUO

NOP

NOP

SETB DIO

MOV R7,#3

DJNZ R7,$

MOV C,DIO

RRC A

MOV R7,#32

DJNZ R7,$

SETB DIO

MOV R7,#3

DJNZ R7,$

DJNZ R6,RDB1

RET

3 DS1991激光ＲＯＭ碼、存儲器結構及操作

像所有的１－wire總線器件一樣，主機必須先進行初始化和ＲＯＭ操作，而后才能進行讀寫ＤＳ１９９１存儲器的操作。

ＤＳ１９９１有一個自身唯一的工廠刻入的６４位激光ＲＯＭ系列碼。該碼不會與其它任何一個１－wire總線器件相重。該碼前８位是１－wire總線家族碼，后４８位是器件唯一的系列碼，最后８位為前５６位數據的ＣＲＣ校驗碼。ＲＯＭ操作指令建立被訪問的１－wire器件與主機的連接，ＲＯＭ操作指令如表１。ＤＳ１９９１的存儲器映像如圖１。

表1 ROM操作指令

命? 令 ? 字? 節(jié) ? 功? ? 能 ?
read ROM ? 33H ? 讀取DS1991的ROM系統(tǒng)列碼 ?
Match ROM ? 55H ? 總線接多個器件時用于尋址特定的器件 ?
Skip ROM ? CCH ? 總線上只有一個器件時，跳過ROM系列碼的匹配而直接進行存儲器的訪問 ?
Search ROM ? F0H ? 主機使用該命令讀加器件的ROM系列碼 ?

ＤＳ１９９１的scratchpad和每個subkey區(qū)都有自己的地址。Scratchpad共６４字節(jié)，不受密碼保護，主要用于將數據拷貝到密鑰子區(qū)。密鑰子區(qū)的００～０７Ｈ為８字節(jié)的該區(qū)ＩＤ碼，０８Ｈ～０ＦＨ為８字節(jié)的該區(qū)密碼，１０Ｈ～３ＦＨ即為密碼保護的數據存儲區(qū)。

該／寫Scratchpad不需要密碼，但拷貝操作必須提供正確的密碼。密碼子區(qū)讀寫均受６４位的密碼保護，保密性大大提高。對存儲器的操作指令如表２。存儲器操作指令的流程如圖２。

表2 DS1991存儲器操作命令格式

命令 ? 第1字節(jié) ? 第2字節(jié) ? 第3
字節(jié) ?

功? 能

bit7 ? bit6 ? bit5 ? bit4 ? bit3 ? bit2 ? bit1 ? bit0 ?
寫scratchpad ? 96H ? ?1? 1? ? 00H～3FH中的任意值 ? 第2字節(jié)取反 ? 將數據寫入scratchpad ?
讀scratchpad ? 69H ? 從scratchpa讀出數據 ?
拷貝scratchpad ? 3CH ? Subke區(qū)號
0? ? 0或
0? ? 1或
1? ? 0? ? 0 ? 0 ? 0 ? 0 ? 0 ? 0 ? 將數據塊從scratchpa拷貝到指定的subkey ?
讀subkey ? 66H ? 10H～3FH中的任意值 ? 將數據寫入subkey ?
寫subkey ? 99G ? 從subkey中讀取數據 ?
寫密碼 ? 5AH ? 0 ? 0 ? 0 ? 0 ? 0 ? 0 ? 將密碼和ID碼寫入subkey ?

４?。模樱保梗梗贝鎯ζ鞯淖x寫程序

主機讀寫ＤＳ１９９１的存儲器由３個步驟組成：初始化、ＲＯＭ操作和存儲器讀寫。

下面的程序采用寫ＳＵＢＹＫＥＹ命令將ＲＡＭ?。矗埃取矗罚葐卧獢祿懭雜ubkey 0區(qū)的１０Ｈ～17Ｈ，并用讀ＳＵＢＫＥＹ命令將該內容讀回，存放ＲＡＭ。５０Ｈ～５７Ｈ，該區(qū)的密碼和ＩＤ碼存放在程序的表格中。

；將ＲＡＭ４０Ｈ～４７Ｈ單元內容寫入

；subkey

WRSUBKEY:LCALL RETSET

MOV R2,#99H

MOV R0,#10H

LCALL WRCOM

LCALL IDPASS

MOV R1,#40H

MOV R4,#8

REWRSUB:MOV A,@R1

LCALL WRBYTE

INC R1

DJNZ R4,REWRSUB

LCALL RESET

RET

;讀subkey存入ＲＡＭ４０Ｈ～４７Ｈ

ＲＤＳＵＢＫＥＹ：ＬＣＡＬＬ　ＲＥＳＥＴ

ＭＯＶ?。遥?，＃６６Ｈ

ＭＯＶ?。遥?，＃１０Ｈ

ＬＣＡＬＬ?。祝遥茫希?/p>

ＬＣＡＬＬ?。桑模校粒樱?/p>

ＭＯＶ?。遥?，＃４０Ｈ

ＭＯＶ　Ｒ４，＃８

ＲＥＲＤＳＵＢ：ＬＣＡＬＬ　ＲＤＹＢＴＥ

ＭＯＶ　@R1,A

INC R1

DJNZ R4,RERDSUB

LCALL RESET

RET

IDPASS:MOV R4,#8

MOV R1,#50H

RERD1:LCALL RDBYTE

MOV @R1,A

INC R1

DJNZ R4,RERD1

MOV R4,#8

CLR A

MOV DPTR,#PSTAB

REWR1:MOVC A,@A+DPTR

LCALL WRBYTE

INC A

DJNZ R4,REWR1

RET

IDTAB:DB10H,00H,00H,00H,

DB 00H,00H,00H,00H

PSTAB:DB12H,34H,56H,78H,DB12H,34H,56H,78H

WRCOM:MOV A,#33H

LCALL WRBYTE

MOV R4,#8

RDROM1:LCALL RDBYTE

DJNZ R4,RDROM1

MOV A,R2

LCALL WRBYTE

MOV A,R0

LCALL WRBYTE

MOV A,R0

CPL A

LCALL WRBYTE

RET

結語

ＤＳ１９９１的密碼保護存儲器區(qū)為用戶提供高可靠的數據保護措施。本文提供的ＤＳ１９９１與單片機接口的軟硬件設計，已在信息紐扣卡型公用電表系統(tǒng)中應用。