智能卡操作系统（ｃｏｓ）仿真器系统设计与实现

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1、智能卡操作系统（ＣＯＳ）仿真器系统设计与实现智能卡操作系统（ＣＯＳ）仿真器系统设计与实现一、前言　　　　如今智能卡芯片和卡片成品的开发与生产已经形成了一个世界性的新兴技术产业。我国于1993年,以电子货币应用为重点的各类卡基应用系统工程即金卡工程正式启动。它涉及众多部门，是一项跨部门、跨地区、跨行业、跨世纪的庞大社会系统工程，也是中国信息化、产业化发展的纲要和指南。开发智能卡，其关键在于开发智能卡上所嵌入的集成电路芯片以及安置在芯片内的应用程序暨片内操作系统（Chip-Operating-System,COS）。由于集成电路的流片费用昂贵、流片加工周期长，所以无论从成本控制

2、上、还是市场需要上，保证一次设计成功至为关键。为了实现这一目的，设计开发一套智能卡操作系统（COS）仿真器系统显得尤为必要和重要。　　　　1、仿真器系统主要实现的功能　　　　CIU92开发系统（DS92）是针对CIDC自行设计的CIU92系列CPU、结合IC卡的有关特点而设计的软硬件集成开发环境（基于、寄存器单元；　　（6）可以实时查看COS程序执行后的数据结果；　　（7）仿真运行需要的其它辅助性功能。　　　　　　图1　DS92COS仿真器系统框图　　　　2、仿真器系统总体方案　　　　DS92从逻辑上可以分为软件和硬件两大部分，其组成示意图如图1。其中硬件仿真板与PC软件（

3、IDE）之间通讯采用USBv1.1通讯协议；硬件仿真板与读卡器reader之间的通讯遵守ISO7816-3。　　硬件仿真板从硬件角度仿真CIU92CPU卡，包括CPU硬件、CPURAM区域、CPUROM区域、CPUEEPROM区域，此外，为硬件仿真提供必要的硬件支持。整个硬件仿真板由一个监控CPU(MCU)进行管理协调，MCU还负责完成与PC之间的通讯。　　用户通过IDE软件提供的命令使用开发系统，用户可以在开发系统集成环境中，创建、编辑、删除工程；输入、编辑、编译汇编语言程序；生成用于硬件仿真、生成ROM掩膜码点的二进制目标文件。　　IDE软件可以与硬件开发板配合使用，也

4、可以单独使用。IDE软件单独使用时，只能进行工程管理、编辑和编译汇编语言程序、目标代码生产等工作。只有与硬件仿真板配合使用才能真正进行硬件仿真。　　DS92COS仿真系统需要着重解决下面的问题：　　（1）Debug能力：硬件程序执行跟踪、程序下载　　（2）仿真器不能占用用户资源，即IC卡CPU仿真核功能与真正卡片完全相同　　（3）仿真系统的效率：程序下载效率、debug效率，主要是通讯效率、debug信息反馈效率　　（4）断点个数不限　　　　三、仿真器系统设计　　　　1、硬件仿真器板的设计　　仿真器板的设计主要包括三个部分：IC卡芯片CPU设计、运行监控CPU设计和电路板设

5、计。下面给出简单介绍。　　　　图2IDE系统主界面　　　　（1）IC卡CPU设计　　IC卡CPU的功能是模拟卡内CPU并执行COS程序中的指令代码，同时支持debug，即允许监控CPU读取或改写其内的RAM、寄存器单元、进行单步运行等。　　在DS92中采用现场可编程器件（FPGA）实现IC卡CPU的逻辑功能。　　（2）监控CPU设计　　监控CPU的功能主要是：　　(a)通讯功能：通过通信电缆接收IDE发出的命令、控制IC卡CPU完成有关动作、返回命令结果给IDE；监控CPU在DS92系统中起着承上启下的作用。　　(b)Debug功能的实现：程序下载、控制（启动、停止）IC卡

6、CPU的运行、读取或改写IC卡CPU内的RAM、寄存器单元、设置COS程序执行断点、单步运行、多步运行、连续运行并回送执行结果；　　可以采用Intel80C51/52系列单片机实现监控CPU。　　（3）电路板设计　　电路板设计围绕debug功能及其效率实现：　　(a)FPGA实现IC卡CPU功能　　(b)RAM芯片仿真IC卡中存储COS程序代码的ROM　　(c)不挥发RAM芯片仿真IC卡存储应用数据的EEPROM　　(d)8051芯片用于实现监控MCU　　(e)RAM芯片实现断点存储器，支持任意个数的断点设置　　(f)为了方便IC卡COS，在系统中集成了CPUIC卡读写器电

7、路　　　　图3IDE系统主界面(升级版)　　图4COS程序源代码编辑窗口　　图5组织源代码编辑窗口　　图6编译器编译输出信息窗口-2.L.　　图6:IDE调试器窗口　　　　2、集成开发调试软件系统（IDE）设计开发　　实际上，运行在PC机端的COS集成开发调试软件系统是整个仿真器系统的另一个核心组成部分。由于COS程序的开发者是通过使用该IDE人机界面实现、完成COS程序开发、调试的各个过程，包括COS程序源代码编写、编辑；源程序编译；程序代码下载；运行、跟踪、调试等等，因此，IDE软件也是整个仿真器系统的灵魂。人