專利名稱：一種專用存儲卡控制器、存儲卡控制系統(tǒng)以及控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及存儲卡控制技術(shù)，具體涉及一種專用存儲卡控制器，以及應(yīng) 用該控制器的存儲卡控制系統(tǒng)和相關(guān)的控制方法。
背景技術(shù)：
在數(shù)字產(chǎn)品、手機等便攜式電子產(chǎn)品的多媒體應(yīng)用驅(qū)動下，移動存儲市場 蓬勃發(fā)展，人們對于存儲卡的存儲需求將從一般的數(shù)據(jù)存儲發(fā)展到存儲有版權(quán) 保護的內(nèi)容，進而再發(fā)展到可進行電子身份認證的數(shù)據(jù)存取。因此，具有安全
運算功能的專用存儲卡應(yīng)運而生。專用存儲卡至少包括一個CPU (處理單元)、 FLASH存儲器、1/0接口 (包括USB接口和UART接口 )，以及應(yīng)用程序。專用存 儲卡的I/O接口除了具有存儲卡通訊接口，例如SD或薩C接口，還至少具有 IS0/IEC 7816通訊接口和USB通訊接口，卡內(nèi)設(shè)有各接口的控制模塊，各種接 口控制模塊根據(jù)設(shè)定的管腳復(fù)用規(guī)則與相應(yīng)的管腳連接。應(yīng)用程序預(yù)先存儲在 專用存儲卡的存儲器中，CPU (中央處理單元)執(zhí)行保存在存儲器中的所述應(yīng)用 程序。其具體實例描述可參照中國專利申請200810104739. 1，"一種SD卡的接 口復(fù)用方法以及具有擴展功能的SD卡"。
由于目前已有的存儲卡讀卡器均是針對于作為一般數(shù)據(jù)存儲的存儲卡進行 設(shè)計的，換句話說，具有安全運算功能的專用存儲卡在目前已有的存儲卡讀卡 器中也只能完成一般數(shù)據(jù)存儲的功能，不能發(fā)揮所述專用存儲卡的安全運算功

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對目前具有安全運算功能的專用存儲卡的特點，提 供一種適于發(fā)揮這種專用存儲卡功能的控制器，以及應(yīng)用該控制器的存儲卡 控制系統(tǒng)，同時，本發(fā)明還要提供專用存儲卡控制器的相關(guān)控制方法。本發(fā)明的技術(shù)方案如下 一種專用存儲卡控制器，包括
-專用存儲卡插槽，用于接受以可拆卸方式與其連接的存儲卡，并建立 存儲卡與其它部件之間通訊的物理鏈接；
-指示燈/開關(guān)控制部件，與專用存儲卡插槽連接，用于控制指示燈的顯 示以指示專用存儲卡的操作狀態(tài)，并控制機械式按鈕開關(guān)動作的感知以啟動 對專用存儲卡進行專用功能操作；
-對外接口，與專用存儲卡插槽連接，用于專用存儲卡控制器及專用存 儲卡與外部設(shè)備之間的物理鏈接；
-讀卡器控制器，與專用存儲卡插槽連接，作為專用存儲卡控制器的控 制部件，實現(xiàn)專用存儲卡控制器的控制功能、專用功能以及軟件功能。
在上述專用存儲卡控制器中，還包括一個時鐘模塊，該時鐘模塊分別與 存儲卡插槽和讀卡器控制器連接；另外，還可以包括一個與各部件連接的獨 立的電源模塊。
進一步，在上述專用存儲卡控制器中，所述的專用存儲卡插槽具有標準 SD卡插槽的外形及相同的電觸點，觸點的功能根據(jù)專用存儲卡設(shè)定的管腳復(fù) 用規(guī)則進行定義。
在上述專用存儲卡控制器中，所述的指示燈/開關(guān)控制部件包括LED指示 燈、機械式按鈕開關(guān)以及相應(yīng)的控制電路。
在上述專用存儲卡控制器中，所述的對外接口為USB接口 ，實現(xiàn)專用存 儲卡與外部設(shè)備之間使用USB協(xié)議交換信息，并同時向?qū)Ｓ么鎯刂破魈?供工作電壓。
在上述專用存儲卡控制器中，所述的讀卡器控制器的結(jié)構(gòu)包括中央處理 單元、存儲器、存儲訪問控制電路、通訊接口、專用功能運算模塊。
更進一步，在上述專用存儲卡控制器中，所述讀卡器控制器中的存儲器 包括SRAM和FLASH， SRAM (內(nèi)存)用于操作系統(tǒng)或應(yīng)用程序運行時的臨時變量 的存儲，F(xiàn)LASH存儲器用于存儲專用存儲卡控制器的操作系統(tǒng)或應(yīng)用程序， 以及存儲對專用存儲卡操作后的LOG (日志)數(shù)據(jù)。
在上述專用存儲卡控制器中，所述讀卡器控制器中的通訊接口為通用異 步收發(fā)器UART,實現(xiàn)了 IS0/IEC 7816通訊協(xié)議的物理層，用于通過專用存 儲卡插槽與專用存儲卡之間的信息交互。
7更進一步，在上述專用存儲卡控制器中，所述專用功能包括專用存儲卡 控制器與專用存儲卡的相互認證、對專用存儲卡內(nèi)的數(shù)據(jù)進行加密運算以及 對專用存儲卡內(nèi)的數(shù)據(jù)添加數(shù)字加水印的運算。
一種專用存儲卡控制系統(tǒng)，包括一個外部設(shè)備和與之連接的專用存儲卡
控制器，所述的專用存儲卡控制器包括
-專用存儲卡插槽，用于接受以可拆卸方式與其連接的存儲卡，并建立
存儲卡與其它部件之間通訊的物理鏈接；
-指示燈/開關(guān)控制部件，與專用存儲卡插槽連接，用于控制指示燈的顯 示以指示專用存儲卡的操作狀態(tài)，并控制機械式按鈕開關(guān)動作的感知以啟動
對專用存儲卡進行專用功能操作；
-對外接口，與專用存儲卡插槽連接，用于專用存儲卡控制器及專用存 儲卡與外部設(shè)備之間的物理鏈接；
-讀卡器控制器，與專用存儲卡插槽連接，作為專用存儲卡控制器的控 制部件，實現(xiàn)專用存儲卡控制器的控制功能、專用功能以及軟件功能。
進一步，在上述專用存儲卡控制系統(tǒng)中，所述的外部設(shè)備為計算機或其 它可使用通訊接口進行通訊的電子設(shè)備。
更進一步，在上述專用存儲卡控制系統(tǒng)中，所述的專用存儲卡控制器的 對外接口為USB接口，外部設(shè)備也具有USB接口 ，外部設(shè)備與專用存儲卡之 間通過USB協(xié)議進行通訊。
更進一步，在上述專用存儲卡控制系統(tǒng)中，所述的專用功能包括專用存 儲卡控制器與專用存儲卡的相互認證、對專用存儲卡內(nèi)的數(shù)據(jù)進行加密運算 以及對專用存儲卡內(nèi)的數(shù)據(jù)添加數(shù)字加水印的運算。
一種專用存儲卡的控制方法，該方法在外部設(shè)備、專用存儲卡控制器和 專用存儲卡之間實現(xiàn)一組協(xié)議層，該協(xié)議層至少包括一個應(yīng)用層和一個傳輸 層，根據(jù)所述協(xié)議層在外部設(shè)備、專用存儲卡控制器和專用存儲卡之間進行 通訊，完成存儲卡的存儲以及專用功能。
進一步，在上述專用存儲卡的控制方法中，在外部設(shè)備、專用存儲卡控 制器和專用存儲卡中預(yù)先存儲應(yīng)用層級程序，在傳輸層根據(jù)主-從原則進行通 訊，主設(shè)備向從設(shè)備發(fā)送指令，從設(shè)備響應(yīng)；在外部設(shè)備和專用存儲卡/專用存儲卡控制器之間的通訊中，外部設(shè)備為主設(shè)備，專用存儲卡/專用存儲卡控
制器為從設(shè)備；在專用存儲卡控制器和專用存儲卡之間的通訊中，專用存儲 卡控制器為主設(shè)備，專用存儲卡為從設(shè)備。
更進一步，在上述專用存儲卡的控制方法中，作為主設(shè)備的專用存儲卡 控制器與作為從設(shè)備的專用存儲卡之間的通訊方式如下
(1)從設(shè)備組織好需要主設(shè)備執(zhí)行的指令數(shù)據(jù)，并等待主設(shè)備發(fā)出查詢?nèi)?指指令；
(2 )主設(shè)備以一定時間間隔向從設(shè)備發(fā)出查詢耳又指指令；
(3)從設(shè)備收到查詢?nèi)≈钢噶詈螅瑢⑿枰髟O(shè)備執(zhí)行的指令數(shù)據(jù)以查詢?nèi)?br> 指指令的響應(yīng)發(fā)送到主設(shè)備；
(4 )主設(shè)備執(zhí)行從設(shè)備返回的指令，并將執(zhí)行結(jié)果以結(jié)果指令的形式發(fā)送
到從設(shè)備；
(5)從設(shè)備響應(yīng)主設(shè)備發(fā)出的結(jié)果指令，獲得主設(shè)備的執(zhí)行結(jié)果。 在上述專用存儲卡的控制方法中，專用存儲卡控制器將應(yīng)用層級指令轉(zhuǎn) 換為傳輸層級指令，并傳輸給專用存儲卡；存儲卡控制器接收所述專用存儲 卡返回的傳輸層級指令，將傳輸層級指令轉(zhuǎn)換為應(yīng)用層級指令，并執(zhí)行所述 指令。
再進一步，在上述專用存儲卡的控制方法中，外部設(shè)備與專用存儲卡之 間使用USB傳輸協(xié)議進行通訊；專用存儲卡控制器與專用存儲卡之間使用 IS0/IEC 7816傳輸協(xié)議進行通訊；在專用存儲卡控制器不設(shè)置USB接口控制 器的情況下，專用存儲卡將從外部設(shè)備接收的USB協(xié)議指令轉(zhuǎn)換為適合的 IS0/IEC 7816指令，并等待收到從專用存儲卡控制器發(fā)送的查詢?nèi)≈钢噶顣r， 將轉(zhuǎn)換后的指令傳遞給專用存儲卡控制器，專用存儲卡控制器將指令響應(yīng)以 IS0/IEC 7816指令的形式發(fā)送給專用存儲卡，專用存儲卡將指令響應(yīng)轉(zhuǎn)換成 USB協(xié)議的指令響應(yīng)返回給外部設(shè)備。
更進一步，在上述專用存儲卡的控制方法中，所述的專用功能包括專用 存儲卡控制器與專用存儲卡的相互認證、對專用存儲卡內(nèi)的數(shù)據(jù)進行加密運 算以及對專用存儲卡內(nèi)的數(shù)據(jù)添加數(shù)字加水印的運算。
本發(fā)明的有益效果如下本發(fā)明所提供的專用存儲卡控制器中的讀卡器
9控制器中安裝有軟件程序，所述程序保存在讀卡器控制器的存儲器中，并在 讀卡器控制器的CPU中運行，使得本發(fā)明具有專用存儲卡控制器與存儲卡的 相互認證以及對存儲卡內(nèi)數(shù)據(jù)進行加密的功能，并能夠?qū)踩僮鞯娜罩緮?shù) 據(jù)保存在讀卡器控制器的存儲區(qū)中，便于數(shù)據(jù)的追蹤。根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方 案，與現(xiàn)有技術(shù)的存儲卡讀卡器相比，具有更高的安全性和更強的運算功能。


圖1為本發(fā)明優(yōu)選實施例的一種硬件結(jié)構(gòu)示意圖2為一種公知的標準SD卡插槽的管腳結(jié)構(gòu)示意圖3為本發(fā)明對于標準SD卡插槽的管腳重定義和管腳復(fù)用定義方式；
圖4為本發(fā)明所采用的讀卡器控制器的結(jié)構(gòu)框圖5為在專用存儲卡控制器、專用存儲卡和外部設(shè)備之間交換信息的數(shù) 據(jù)傳輸方法；
圖6為在外部設(shè)備與專用存儲卡控制器通訊中借助專用存儲卡進行協(xié)議 轉(zhuǎn)換的基本操作方法；
圖7為從協(xié)議的角度表示外部設(shè)備、專用存儲卡和專用存儲卡控制器之 間的通訊方法；
圖8、圖9為專用存儲卡控制器和專用存儲卡在兩種情況下的指令交互例程。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細的描述。
如圖1所示，本發(fā)明所提供的控制系統(tǒng)的硬件設(shè)置包括專用存儲卡控制器1 和外部設(shè)備9 (如PC機)，專用存儲卡控制器l主要包括專用存儲卡插槽2、 讀卡器控制器3、指示燈/開關(guān)控制部件4、標準USB接口 5、時鐘模塊6和電源 模塊7，以及各模塊之間必要的連接電路。
專用存儲卡插槽2，用于在專用存儲卡控制器1和連接到所述專用存儲卡插 槽2中的可拆卸專用存儲卡8之間的通訊。當專用存儲卡插槽2中的機械連接 器感知到專用存儲卡插入后，開啟專用存儲卡控制器1的應(yīng)用程序。專用存儲 卡插槽2與讀卡器控制器3、指示燈/開關(guān)控制部件4及標準USB接口 5之間分 別連接有I/O總線，用于各模塊通過專用存儲卡插槽2與專用存儲卡8之間的信息或電信號的交互。所述專用存儲卡插槽2具有標準SD卡插槽的外形及相同 的電觸點，但對觸點進行了重定義并采用觸點復(fù)用的方法，使得專用存儲卡8 通過專用存儲卡控制器1可以使用USB協(xié)議與外部設(shè)備9 (如PC機)交換信息； 使得專用存儲卡8與讀卡器控制器3之間通過直接或者協(xié)議轉(zhuǎn)換方式使用 IS0/IEC 7816協(xié)議進行交互。
讀卡器控制器3，是專用存儲卡控制器1的控制芯片，存儲有控制軟件， 其結(jié)構(gòu)包括中央處理單元、存儲器、存儲訪問控制電路、通訊接口、 DES/TDES (Data Encryption Standard/Triple Data Encryption Standard) 運算模塊、隨機數(shù)發(fā)生器、中斷和定時器、內(nèi)部時鐘模塊、電源及復(fù)位邏輯 模塊，各模塊通過內(nèi)部數(shù)據(jù)總線與中央處理單元連接。所述讀卡器控制器3 和專用存儲卡插槽2之間連接有I/O總線，用于通過專用存儲卡插槽2實現(xiàn) 讀卡器控制器3與專用存儲卡8之間的通信。所述專用存儲卡控制器1的所 有軟件功能均在讀卡器控制器3中實現(xiàn)。換句話說，所述專用存儲卡控制器 1和所述專用存儲卡8之間交互操作的應(yīng)用程序存儲在所述讀卡器控制器3 的存儲區(qū)中，該應(yīng)用程序與專用存儲卡8應(yīng)用程序一起運行，利用一組專用 協(xié)議完成專用存儲卡8和專用存儲卡控制器1之間的相互認證操作，利用專 用授權(quán)加密算法對專用存儲卡8的存儲數(shù)據(jù)實現(xiàn)加密運算，該組協(xié)議層至少 包括一個應(yīng)用層和一個傳輸層，控制軟件實現(xiàn)將應(yīng)用層級指令轉(zhuǎn)換為傳輸層 級指令，并傳輸給專用存儲卡；讀卡器控制器3中存儲區(qū)還用于存儲專用存 儲卡控制器l對專用存儲卡8的操作日志數(shù)據(jù)；另外，讀卡器控制器3還可 實現(xiàn)對指示燈/開關(guān)控制部件的控制。
指示燈/開關(guān)控制部件4，包括一個LED指示燈、 一個機械式按鈕開關(guān)以及 相應(yīng)的控制電路。所述LED指示燈用于顯示所述專用存儲卡8的操作狀態(tài)，顯 示規(guī)則為專用存儲卡和專用存儲卡控制器之間的相互認證不通過，LED指示燈 滅；專用存儲卡和專用存儲卡控制器正進行相互認證和對存儲卡內(nèi)數(shù)據(jù)進行加 密，LED指示燈閃爍；專用存儲卡和專用存儲卡控制器之間的相互認證通過并完 成存儲卡內(nèi)數(shù)據(jù)加密，LED指示燈長亮。所述機械式按鈕開關(guān)用于觸發(fā)外部需要 啟動對專用存儲卡進行專用授權(quán)加密計算的請求，相應(yīng)的控制電路即為配合這 一功能的常規(guī)電路，技術(shù)人員可自行設(shè)計。當機械式按鈕開關(guān)被按下后，其電 信號通過所述專用存儲卡插槽2與所述指示燈/開關(guān)控制4連接的10線，傳遞給專用存儲卡，所述專用存儲卡啟動專用授權(quán)加密計算。
標準USB接口 5，和專用存儲卡插槽2之間連接有1/0總線，用于專用存儲 卡8通過專用存儲卡控制器1與外部設(shè)備9 (如PC機)之間使用USB協(xié)議交換 信息。同時所述標準USB接口 5還用于向?qū)Ｓ么鎯刂破?提供5V的工作電 壓。
所述專用存儲卡控制器1還包括一個時鐘模塊6，該時鐘模塊用于向?qū)Ｓ么?儲卡8提供48M的工作時鐘，同時給讀寫器控制器3提供4M的工作時鐘。此外， 所述專用存儲卡控制器1還包括一個獨立的電源模塊7,在專用存儲卡控制器1 無法使用USB供電的情況下，所述電源模塊7為專用存儲卡控制器1提供5V的 電源，供專用存儲卡控制器l正常工作。
專用存儲卡控制器1可以封裝在塑料外殼中，通過標準USB接口與外部設(shè) 備通訊。
專用存儲卡8應(yīng)至少包括一個CPU (中央處理單元)、FLASH存儲器、1/0接 口 (包括USB接口和UART接口 )以及應(yīng)用程序。專用存儲卡8的1/0接口除了 具有存儲卡通訊接口，例如SD或畫C接口，還應(yīng)至少具有ISO/IEC 7816通訊 接口和USB通訊接口，分別用于和讀卡器控制器3和外部設(shè)備9(PC)之間的信息 交互。應(yīng)用程序預(yù)先存儲在專用存儲卡8的存儲器中。CPU (中央處理單元)執(zhí) 行保存在存儲器中的所述應(yīng)用程序。
圖2示出了專用存儲卡控制器1中的專用存儲卡插槽2所采用的一種公知 的標準SD卡插槽的管腳結(jié)構(gòu)示意圖。所述專用存儲卡插槽2采用了標準SD卡 插槽，用于和采用標準SD封裝形式的專用存儲卡的連接，對標準SD卡插槽中 的九個觸點進行了重定義，并使用管腳復(fù)用的形式，使得專用存儲卡插槽除了 使用SD協(xié)議與專用存儲卡通訊外，還可以使用USB協(xié)議和/或IS0/IEC7816協(xié) 議與專用存儲卡通訊。圖3示出了所述專用存儲卡插槽2采用了標準SD卡插槽 的觸點重定義和觸點復(fù)用定義方式。
如圖4所示，專用存儲卡控制器1中的讀卡器控制器3包括一個中央處理 單元(CPU)、存儲器(SRAM/FLASH)和存儲訪問控制電路、DES/TDES運算模塊、 隨機數(shù)發(fā)生器(RNG)、中斷和定時器(Interrupts, Timers )、內(nèi)部時鐘才莫塊 (Internal Clock )、電源(P0R )及復(fù)位邏輯模塊(Reset Logic)、通訊接口
12(UART )。所述各模塊均有內(nèi)部數(shù)據(jù)總線與中央處理單元(CPU )相連。本領(lǐng)域 的4支術(shù)人員應(yīng)當理解，除了所述元件外，讀卡器控制器3可以包括其它元件。
UART ( Universal Asynchronous Receiver/Transmitter, 通用異步收發(fā)器) 是讀卡器控制器3的1/0通訊接口，該接口實現(xiàn)了 IS0/IEC 7816通訊協(xié)議的物 理層，用于通過專用存儲卡插槽與專用存儲卡之間的信息交互。
讀卡器控制器3的存儲器包括SRAM和FLASH。 SRAM (內(nèi)存)用于操作系統(tǒng)或 應(yīng)用程序運行時的臨時變量的存儲。FLASH存儲器用于存儲所述專用存儲卡控制 器1的操作系統(tǒng)或應(yīng)用程序，以及存儲對專用存儲卡操作后的L0G(日志)數(shù)據(jù)。 RAM存儲器及FLASH存儲器通過存儲訪問控制電路連接到中央處理單元(CPU )。 所述FLASH存儲器存儲所述專用存儲卡控制器1的操作系統(tǒng)及與專用存儲卡8 交互的應(yīng)用程序(包括例如通訊協(xié)議)的程序代碼，構(gòu)成專用存儲卡控制器1 的軟件。
圖5示出了上述硬件設(shè)置的基本操作。對于本發(fā)明優(yōu)選實施例的軟件實現(xiàn)， 第一應(yīng)用程序已經(jīng)預(yù)先存儲在所述專用存儲卡控制器1的讀卡器控制器3的存 儲器中，第二應(yīng)用程序已經(jīng)預(yù)先存儲在專用存儲卡8的存儲器中，第三應(yīng)用程 序已經(jīng)預(yù)先存儲在所述外部設(shè)備9(例如PC機)中。所述應(yīng)用程序分別利用USB、 IS0/IEC 7816協(xié)議中定義的應(yīng)用協(xié)議數(shù)據(jù)單元相互通訊。在本實施例中，所述 專用存儲卡控制器1不具備USB接口控制器，因此所述專用存儲卡控制器1不 能在傳輸層直接與外部設(shè)備9通訊，需要通過專用存儲卡8中的第二應(yīng)用程序 的轉(zhuǎn)換才能實現(xiàn)專用存儲卡控制器1與外部設(shè)備9之間的通訊。
外部設(shè)備9、專用存儲卡控制器1的讀卡器控制器3和專用存儲卡8之間的 通訊是利用公知的原理來執(zhí)行的，例如主-從原則。在外部設(shè)備9和專用存儲 卡8/專用存儲卡控制器1之間的通訊中，外部設(shè)備9為主設(shè)備，專用存儲卡8/ 專用存儲卡控制器1為從設(shè)備；而在專用存儲卡控制器1的讀卡器控制器3和 專用存儲卡8之間的通訊中，專用存儲卡控制器1的讀卡器控制器3為主設(shè)備， 專用存儲卡8為從設(shè)備。主設(shè)備與從設(shè)備之間的通訊方式為主設(shè)備向從設(shè)備發(fā) 送指令，從設(shè)備響應(yīng)。從設(shè)備不能發(fā)起與主設(shè)備的自發(fā)通訊。
讀卡器控制器3中的第一應(yīng)用程序使用IS0/IEC 7816通訊協(xié)議主動向插入 專用存儲卡控制器1中的專用存儲卡8發(fā)送指令，并以固定的時間間隔，不斷的向插入專用存儲卡控制器1中的專用存儲卡8發(fā)送查詢?nèi)≈钢噶?，專用存?br> 卡8中的第二應(yīng)用程序?qū)㈨憫?yīng)這些查詢?nèi)≈钢噶?。外部設(shè)備9中第三應(yīng)用程序 使用USB通訊協(xié)議向插入專用存儲卡控制器1中的專用存儲卡8發(fā)送指令，專 用存儲卡8中的第二應(yīng)用程序?qū)㈨憫?yīng)這些指令。如果外部設(shè)備9發(fā)送到專用存 儲卡8的指令要求與專用存儲卡控制器1通訊，則專用存儲卡8把該指令傳遞 到專用存儲卡控制器1。專用存儲卡8中的笫二應(yīng)用程序需要將從外部設(shè)備9中 的第三應(yīng)用程序接收的USB協(xié)議指令轉(zhuǎn)換為適合的IS0/IEC 7816指令，并等待 再次收到從讀卡器控制器3中的第一應(yīng)用程序發(fā)送的查詢?nèi)≈钢噶顣r，才將轉(zhuǎn) 換后的指令傳遞給讀卡器控制器3。
圖6示出了專用存儲卡8從外部設(shè)備9接收到一個指令并需將其傳遞給專 用存儲卡控制器1中的讀卡器控制器3的基本操作。專用存儲卡8從外部設(shè)備9 接收到指令后，專用存儲卡8中的第二應(yīng)用程序?qū)⒃撝噶钷D(zhuǎn)換成適合的IS0/IEC 7816指令并暫存在存儲器中；當專用存儲卡8接收從讀卡器控制器3第一應(yīng)用 程序發(fā)出的查詢?nèi)≈钢噶詈?，將所述轉(zhuǎn)換后外部設(shè)備9的指令以對讀卡器控制 器3發(fā)出的查詢?nèi)≈钢噶畹捻憫?yīng)數(shù)據(jù)的形式返回給讀卡器控制器3;讀卡器控制 器3收到從專用存儲卡8返回的查詢?nèi)≈钢噶铐憫?yīng)數(shù)據(jù)(即外部設(shè)備9發(fā)出的 指令)，讀卡器控制器3中的第一應(yīng)用程序響應(yīng)該指令，并將響應(yīng)數(shù)據(jù)再次以指 令形式發(fā)送給專用存儲卡8;專用存儲卡8中的第二應(yīng)用程序響應(yīng)該指令，并將 指令數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成USB協(xié)議的響應(yīng)數(shù)據(jù)返回給外部設(shè)備9。
圖7從協(xié)議的角度示出外部設(shè)備9、專用存儲卡8和專用存儲卡控制器1之 間的通訊，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解，除了圖7所示的外部設(shè)備9、專用存儲 卡8和專用存儲卡控制器1中的協(xié)議層外，不同的設(shè)備還可以包括其它層，所 有設(shè)備的最低層為物理層。專用存儲卡8插入專用存儲卡控制器1后，通過專 用存儲卡控制器1的USB插口以機械方式實現(xiàn)與外部設(shè)備9的物理鏈接。專用 存儲卡8與專用存儲卡控制器1的物理鏈接通過I/O總線以機械方式實現(xiàn)。專 用存儲卡控制器1和外部設(shè)備9之間的物理鏈接通過USB插口以機械方式實現(xiàn)。 在專用存儲卡控制器1和專用存儲卡8中，UART接口在物理層之上作為傳輸層， 專用存儲卡控制器1和專用存儲卡8使用IS0/IEC 7816傳輸協(xié)議進行通訊。在
14外部設(shè)備9和專用存儲卡8中，USB接口在物理層之上作為傳輸層，外部設(shè)備9 和專用存儲卡8使用USB傳輸協(xié)議進行通訊。在本實施例中，專用存儲卡控制 器1不具有USB接口控制器，因此專用存儲卡控制器1和外部設(shè)備9之間的傳 輸需通過專用存儲卡8的轉(zhuǎn)換來建立傳輸層。換句話說，專用存儲卡控制器1 和外部設(shè)備9之間的傳輸，首先是外部設(shè)備9與專用存儲卡8之間使用USB協(xié) 議傳輸，專用存儲卡8將指令轉(zhuǎn)換成IS0/IEC 7816指令后，再傳輸給專用存儲 卡控制器l。在傳輸層之上是應(yīng)用層。專用存儲卡控制器l中的第一應(yīng)用程序和 專用存儲卡8中的第二應(yīng)用程序使用ISO/IEC 7816的協(xié)議應(yīng)用數(shù)據(jù)單元在應(yīng)用 層通訊。外部設(shè)備9中的第三應(yīng)用程序和專用存儲卡8中的第二應(yīng)用程序使用 USB的協(xié)議應(yīng)用數(shù)據(jù)單元在應(yīng)用層通訊。外部設(shè)備9中的第三應(yīng)用程序和專用存 儲卡控制器1中的第一應(yīng)用程序通過專用存儲卡8中的第二應(yīng)用程序的轉(zhuǎn)換來 實現(xiàn)應(yīng)用層的通訊。
下面結(jié)合一個具體實施例詳細描述本發(fā)明所具有的功能、指令以及指令響 應(yīng)是如何在專用存儲卡控制器、專用存儲卡和外部設(shè)備之間傳輸?shù)摹?br> 假設(shè)專用存儲卡為具有水印加密算法的"水印加密卡"，其中所述指令可以 是例如下面幾種指令之一"卡片/讀卡器相互認證"、"保存加密LOG記錄"、"獲 取LOG記錄"、"啟動水印加密"。專用存儲卡也可以是身份認證卡，其中，所述 指令可以是例如"生成RSA^^私鑰對"或"電子簽名"等。
首先，水印加密卡8插入專用存儲卡控制器1中，專用存儲控制器1通過 標準USB插口 5與外部設(shè)備9連接，此時所有物理鏈接全部建立。在傳輸層， 水印加密卡8與外部設(shè)備9，專用存儲卡控制器1與水印加密卡8之間的握手信 號交互完畢后，始終是從設(shè)備的水印加密卡8中的所述第二應(yīng)用程序，或者等 待接收來自外部設(shè)備9的應(yīng)用層級指令，或者將需要專用存儲卡控制器1執(zhí)行 的應(yīng)用層級的指令按傳輸層的IS0/IEC 7816的協(xié)議組織好，等待在接收到專用 存儲卡控制器1發(fā)出查詢?nèi)≈钢噶詈蟀l(fā)出。位于專用存儲卡控制器1中的所述 第一應(yīng)用程序，在收到水印加密卡8的復(fù)位應(yīng)答(ATR)后，以一定的時間間隔， 不斷的向水印加密卡8發(fā)出查詢?nèi)≈钢噶睢Ｔ诒緦嵤├校?卡片/讀卡器相互 認證"指令必須首先被執(zhí)行，因此在水印加密卡8向?qū)Ｓ么鎯刂破?發(fā)出 ATR后，則組織好"卡片/讀卡器相互認證"的傳輸層指令，并等待接收來自專用存儲卡控制器1發(fā)出的查詢?nèi)≈钢噶?。當收到發(fā)自專用存儲卡控制器1中的 所述第 一應(yīng)用程序發(fā)出的查詢?nèi)≈钢噶詈?，所述第二?yīng)用程序響應(yīng)并執(zhí)行該指 令，將組織好的協(xié)議層的"卡片/讀卡器相互認證"指令作為所述第一應(yīng)用程序 發(fā)出的查詢?nèi)≈钢噶畹捻憫?yīng)數(shù)據(jù)發(fā)送給第 一應(yīng)用程序。^f艮據(jù)所述第 一應(yīng)用程序， 專用存儲卡控制器1響應(yīng)"卡片/讀卡器相互認證"指令，執(zhí)行"卡片/讀卡器 相互認證"的指令操作，計算認證數(shù)據(jù)并校驗認證數(shù)據(jù)的正確性。然后，所述 第一應(yīng)用程序向水印加密卡8發(fā)送"結(jié)果指令"，對"卡片/讀卡器相互認證"
指令的執(zhí)行結(jié)果包含在"結(jié)果指令，，的命令數(shù)據(jù)中。水印加密卡8中的第二應(yīng) 用程序執(zhí)行"結(jié)果指令"，如果認證通過，則水印加密卡8通過GPIO控制線使 LED指示燈高亮，并將向?qū)Ｓ么鎯刂破?中的第一應(yīng)用程序發(fā)送一個執(zhí)行成 功的響應(yīng)。在專用存儲卡控制器1和水印加密卡8的通訊中，由于專用存儲卡 控制器1始終是主設(shè)備，而水印加密卡8是從設(shè)備，因此在各種情況下，所述 專用存儲卡控制器1和水印加密卡8的交互步驟如下
(1) 專用存儲卡控制器l發(fā)送"查詢?nèi)≈钢噶?，水印加密卡響應(yīng)并執(zhí)行， 如果水印加密卡8中的第二應(yīng)用程序沒有指令需要執(zhí)行，則向?qū)Ｓ么鎯刂?器l返回執(zhí)行成功的響應(yīng)，繼續(xù)步驟l;否則將需要執(zhí)行的指令作為對"查詢?nèi)?指指令"的響應(yīng)數(shù)據(jù)返回給專用存儲卡控制器1;
(2) 專用存儲卡控制器中1的第一應(yīng)用程序執(zhí)行所述第二應(yīng)用程序返回的 需要執(zhí)行的指令，并將執(zhí)行結(jié)果以"結(jié)果指令，，的形式發(fā)送到水印加密卡8;
(3) 水印加密卡8響應(yīng)"結(jié)果指令，，，第二應(yīng)用程序處理所述執(zhí)行結(jié)果， 并向?qū)Ｓ么鎯刂破?返回執(zhí)行成功的響應(yīng)，繼續(xù)步驟1。
圖8，圖9示出了所述專用存儲卡控制器1和專用存儲卡在兩種情況下的指 令交互例程。
現(xiàn)在回到存儲卡控制器1和外部設(shè)備9之間傳輸功能說明。如前所述，存 儲卡控制器1與外部設(shè)備9之間傳輸需要通過水印加密卡8中的第二應(yīng)用程序 的協(xié)議轉(zhuǎn)換才能完成。預(yù)置在外部設(shè)備9中的第三應(yīng)用程序使用USB傳輸協(xié)議 將應(yīng)用層指令發(fā)送到水印加密卡8，如果所述指令為"獲取L0G記錄"，則水印 加密卡8中的所述第二應(yīng)用程序?qū)SB傳輸協(xié)議層"獲取LOG記錄"轉(zhuǎn)換為 IS0/IEC 7816傳輸協(xié)議的"獲取L0G記錄"的指令，并按前述部分中第一應(yīng)用 程序與第二應(yīng)用程序的交互的3個步驟，獲得來自存儲卡控制器1中第一應(yīng)用程序的響應(yīng)后，所述第二應(yīng)用程序?qū)S0/IEC 7816傳輸協(xié)議的"獲取L0G記錄" 的指令響應(yīng)，轉(zhuǎn)換為USB傳輸協(xié)議層"獲取L0G記錄"的響應(yīng)，并回送給外部 設(shè)備9中的第三應(yīng)用程序。
在外部設(shè)備9和水印加密卡8的通訊中，外部設(shè)備9總是主設(shè)備，水印加 密卡8為從設(shè)備。預(yù)置在外部設(shè)備9中的第三應(yīng)用程序使用USB傳輸協(xié)議將應(yīng) 用層指令發(fā)送到水印加密卡8,如果所述指令為"啟動水印加密"，則水印加密 卡8中的所述第二應(yīng)用程序則響應(yīng)執(zhí)行該指令，同時在水印加密算法執(zhí)行期間， 所述第二應(yīng)用程序通過GPIO控制線使LED指示燈閃爍。水印加密算法執(zhí)行結(jié)束 后，所述第二應(yīng)用程序再次通過GPIO控制線使LED高亮，并組織好"保存加密 L0G記錄"協(xié)議層指令的IS0/IEC 7816傳輸層的指令數(shù)據(jù)，等待在收到專用存 儲卡控制器1中的第一應(yīng)用程序發(fā)送的查詢?nèi)≈钢噶詈笠皂憫?yīng)的形式發(fā)出；專 用存儲卡控制器l中的第一應(yīng)用程序收到"保存加密LOG記錄"的指令后，將 水印加密卡8的加密操作日志數(shù)據(jù)保存在讀卡器控制器3的FLASH存儲區(qū)中。 可選的，本優(yōu)選實例還可以采用按下專用存儲卡控制器1上的機械式按鈕開關(guān) 觸發(fā)"啟動水印加密"的應(yīng)用層指令。當專用存儲卡控制器1上的機械式按鈕 開關(guān)被按下后，機械式按鈕開關(guān)與水印加密卡8之間的GPIO控制線會產(chǎn)生一個 中斷，觸發(fā)水印加密卡8中的第二應(yīng)用程序執(zhí)行"啟動水印加密"應(yīng)用層指令。 后續(xù)的執(zhí)行操作如前所述。
在本實施例中，專用存儲卡8為從設(shè)備，專用存儲卡控制器1和外部設(shè)備9 在和專用存儲卡8的通訊中均為主設(shè)備。專用存儲卡控制器1與外部設(shè)備9的 通訊需要專用存儲卡8中的第二應(yīng)用程序的協(xié)議轉(zhuǎn)換才能實現(xiàn)。專用存儲卡控 制器1中的LED指示燈的控制和機械式按鈕開關(guān)的感知通過GPIO控制線由專用 存儲卡8進行控制。
在本發(fā)明的另一個可選實施例中，專用存儲卡8為從設(shè)備，專用存儲卡控 制器1和外部設(shè)備9在和專用存儲卡8的通訊中仍為主設(shè)備。當專用存儲卡控 制器1具有USB接口控制器，在專用存儲卡控制器1與外部設(shè)備9的通訊時不 再需要專用存儲卡8的應(yīng)用程序的協(xié)議轉(zhuǎn)換，并且專用存儲卡控制器1中的LED 指示燈的控制和機械式按鈕開關(guān)的感知通過讀卡器控制器3進行控制。
本說明書通過舉例描述了本發(fā)明的實現(xiàn)方式和實施例。對本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，顯然本發(fā)明不限于上述細節(jié)和實施例，本發(fā)明還可以以其它形式實現(xiàn)， 也同樣體現(xiàn)本發(fā)明的特征。例如，涉及本發(fā)明的實現(xiàn)的應(yīng)用程序可以用若干不
同的方式編寫/實現(xiàn)，而不會偏離本發(fā)明的特征。
考慮到在此公開的對本發(fā)明的描述和特殊的實施例，本發(fā)明的其他實施例 對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說是顯而易見的。這些說明和實施例僅作為例子來考 慮，它們都屬于由所附權(quán)利要求所指示的本發(fā)明的保護范圍和精神之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種專用存儲卡控制器，包括-專用存儲卡插槽，用于接受以可拆卸方式與其連接的存儲卡，并建立存儲卡與其它部件之間通訊的物理鏈接；-指示燈/開關(guān)控制部件，與專用存儲卡插槽連接，用于控制指示燈的顯示以指示專用存儲卡的操作狀態(tài)，并控制機械式按鈕開關(guān)動作的感知以啟動對專用存儲卡進行專用功能操作；-對外接口，與專用存儲卡插槽連接，用于專用存儲卡控制器及專用存儲卡與外部設(shè)備之間的物理鏈接；-讀卡器控制器，與專用存儲卡插槽連接，作為專用存儲卡控制器的控制部件，實現(xiàn)專用存儲卡控制器的控制功能、專用功能以及軟件功能。
2. 如權(quán)利要求1所述的專用存儲卡控制器，其特征在于該專用存儲卡 控制器還包括一個時鐘模塊，該時鐘模塊分別與存儲卡插槽和讀卡器控制器 連接。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的專用存儲卡控制器，其特征在于該專用 存儲卡控制器還包括一個與各部件連接的獨立的電源模塊。
4. 如權(quán)利要求1或2所述的專用存儲卡控制器，其特征在于所述的 專用存儲卡插槽具有標準SD卡插槽的外形及相同的電觸點，觸點的功能根據(jù) 專用存儲卡設(shè)定的管腳復(fù)用規(guī)則進行定義。
5. 如權(quán)利要求1或2所述的專用存儲卡控制器，其特征在于所述的 指示燈/開關(guān)控制部件包括LED指示燈、機械式按鈕開關(guān)以及相應(yīng)的控制電 路。
6. 如權(quán)利要求1或2所述的專用存儲卡控制器，其特征在于所述的 對外接口為USB接口，實現(xiàn)專用存儲卡與外部設(shè)備之間使用USB協(xié)議交換信 息，并同時向?qū)Ｓ么鎯刂破魈峁┕ぷ麟妷骸?br> 7. 如權(quán)利要求1或2所述的專用存儲卡控制器，其特征在于所述的 讀卡器控制器的結(jié)構(gòu)包括中央處理單元、存儲器、存儲訪問控制電路、通訊 接口、專用功能運算模塊。
8. 如權(quán)利要求7所述的專用存儲卡控制器，其特征在于所述的讀卡器控制器中的存儲器包括SRAM和FLASH, SRAM用于操作系統(tǒng)或應(yīng)用程序運行 時的臨時變量的存儲，F(xiàn)LASH存儲器用于存儲專用存儲卡控制器的操作系統(tǒng) 或應(yīng)用程序，以及存儲對專用存儲卡操作后的日志數(shù)據(jù)。
9. 如權(quán)利要求7所述的專用存儲卡控制器，其特征在于所述讀卡器 控制器中的通訊接口為通用異步收發(fā)器UART，實現(xiàn)了 IS0/IEC 7816通訊協(xié) 議的物理層，用于通過專用存儲卡插槽與專用存儲卡之間的信息交互。
10. 如權(quán)利要求1所述的專用存儲卡控制器，其特征在于所述專用功 能包括專用存儲卡控制器與專用存儲卡的相互認證、對專用存儲卡內(nèi)的數(shù) 據(jù)進行加密運算以及對專用存儲卡內(nèi)的數(shù)據(jù)添加數(shù)字加水印的運算。
11. 一種專用存儲卡控制系統(tǒng)，包括一個外部設(shè)備和與之連接的專用存 儲卡控制器，其特征在于所述的專用存儲卡控制器包括-專用存儲卡插槽，用于接受以可拆卸方式與其連接的存儲卡，并建立 存儲卡與其它部件之間通訊的物理鏈接；-指示燈/開關(guān)控制部件，與專用存儲卡插槽連接，用于控制指示燈的顯 示以指示專用存儲卡的操作狀態(tài)，并控制機械式按鈕開關(guān)動作的感知以啟動 對專用存儲卡進行專用功能操作；-對外接口，與專用存儲卡插槽連接，用于專用存儲卡控制器及專用存 儲卡與外部設(shè)備之間的物理鏈接；-讀卡器控制器，與專用存儲卡插槽連接，作為專用存儲卡控制器的控 制部件，實現(xiàn)專用存儲卡控制器的控制功能、專用功能以及軟件功能。
12. 如權(quán)利要求11所述的專用存儲卡控制系統(tǒng)，其特征在于所述的 外部設(shè)備為計算才幾或其它可使用通訊接口進行通訊的電子設(shè)備。
13. 如權(quán)利要求12所述的專用存儲卡控制系統(tǒng)，其特征在于所述的 專用存儲卡控制器的對外接口為USB接口，外部設(shè)備也具有USB接口，外部 設(shè)備與專用存儲卡之間通過USB協(xié)議進行通訊。
14. 如權(quán)利要求11所述的專用存儲卡控制系統(tǒng)，其特征在于所述專用 功能包括專用存儲卡控制器與專用存儲卡的相互認證、對專用存儲卡內(nèi)的 數(shù)據(jù)進行加密運算以及對專用存儲卡內(nèi)的數(shù)據(jù)添加數(shù)字加水印的運算。
15. —種專用存儲卡的控制方法，其特征在于該方法在外部設(shè)備、專 用存儲卡控制器和專用存儲卡之間實現(xiàn)一組協(xié)議層，該協(xié)議層至少包括一個應(yīng)用層和一個傳輸層，根據(jù)所述協(xié)議層在外部設(shè)備、專用存儲卡控制器和專 用存儲卡之間進行通訊，完成存儲卡的存儲以及專用功能。
16. 如權(quán)利要求15所述的專用存儲卡的控制方法，其特征在于在外 部設(shè)備、專用存儲卡控制器和專用存儲卡中預(yù)先存儲應(yīng)用層級程序，在傳輸 層根據(jù)主-從原則進行通訊，主設(shè)備向從設(shè)備發(fā)送指令，從設(shè)備響應(yīng)。
17. 如權(quán)利要求16所述的專用存儲卡的控制方法，其特征在于在外 部設(shè)備和專用存儲卡/專用存儲卡控制器之間的通訊中，外部設(shè)備為主設(shè)備， 專用存儲卡/專用存儲卡控制器為從設(shè)備；在專用存儲卡控制器和專用存儲卡 之間的通訊中，專用存儲卡控制器為主設(shè)備，專用存儲卡為從設(shè)備。
18. 如權(quán)利要求17所述的專用存儲卡的控制方法，其特征在于作為 主設(shè)備的專用存儲卡控制器與作為從設(shè)備的專用存儲卡之間的通訊方式如 下(1)從設(shè)備組織好需要主設(shè)備執(zhí)行的指令數(shù)據(jù)，并等待主設(shè)備發(fā)出查詢?nèi)?指指令；(2 )主設(shè)備以一定時間間隔向從設(shè)備發(fā)出查詢?nèi)≈钢噶睿?3 )從設(shè)備收到查詢?nèi)≈钢噶詈?，將需要主設(shè)備執(zhí)行的指令數(shù)據(jù)以查詢?nèi)≈钢噶畹捻憫?yīng)發(fā)送到主設(shè)備；(4 )主設(shè)備執(zhí)行從設(shè)備返回的指令，并將執(zhí)行結(jié)果以結(jié)果指令的形式發(fā)送到從設(shè)備；(5)從設(shè)備響應(yīng)主設(shè)備發(fā)出的結(jié)果指令，獲得主設(shè)備的執(zhí)行結(jié)果。
19. 如權(quán)利要求18所述的專用存儲卡的控制方法，其特征在于專用 存儲卡控制器將應(yīng)用層級指令轉(zhuǎn)換為傳輸層級指令，并傳輸給專用存儲卡； 存儲卡控制器接收所述專用存儲卡返回的傳輸層級指令，將傳輸層級指令轉(zhuǎn) 換為應(yīng)用層級指令，并執(zhí)行所述指令。
20. 如權(quán)利要求15或16所述的專用存儲卡的控制方法，其特征在于 外部設(shè)備與專用存儲卡之間使用USB傳輸協(xié)議進行通訊；專用存儲卡控制器 與專用存儲卡之間使用IS0/IEC 7816傳輸協(xié)議進行通訊。
21. 如權(quán)利要求15或16所述的專用存儲卡的控制方法，其特征在于 在專用存儲卡控制器不設(shè)置USB接口控制器的情況下，專用存儲卡控制器和 外部設(shè)備之間的傳輸通過專用存儲卡的轉(zhuǎn)換來建立傳輸層，專用存儲卡將從外部設(shè)備接收的USB協(xié)議指令轉(zhuǎn)換為適合的IS0/IEC 7816指令，并等待收到 從專用存儲卡控制器發(fā)送的查詢?nèi)≈钢噶顣r，將轉(zhuǎn)換后的指令傳遞給專用存 儲卡控制器，專用存儲卡控制器將指令響應(yīng)以IS0/IEC7816指令的形式發(fā)送 給專用存儲卡，專用存儲卡將指令響應(yīng)轉(zhuǎn)換成USB協(xié)議的指令響應(yīng)返回給外 部設(shè)備。
22.如權(quán)利要求15所述的專用存儲卡的控制方法，其特征在于所述專 用功能包括專用存儲卡控制器與專用存儲卡的相互認證、對專用存儲卡內(nèi) 的數(shù)據(jù)進行加密運算以及對專用存儲卡內(nèi)的數(shù)據(jù)添加數(shù)字加水印的運算。
全文摘要
本發(fā)明涉及存儲卡控制技術(shù)，具體涉及一種專用存儲卡控制器，以及應(yīng)用該控制器的存儲卡控制系統(tǒng)和相關(guān)的控制方法。該專用存儲卡控制器包括讀卡器控制器，并在讀卡器控制器中安裝有軟件程序，所述程序保存在讀卡器控制器的存儲器中，并在讀卡器控制器的CPU中運行，使得本發(fā)明的專用存儲卡控制器具有專用存儲卡控制器與存儲卡的相互認證以及對存儲卡內(nèi)數(shù)據(jù)進行加密的功能，并能夠?qū)⒉僮魅罩緮?shù)據(jù)保存在讀卡器控制器的存儲區(qū)中，便于數(shù)據(jù)的追蹤。根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案，與現(xiàn)有技術(shù)的存儲卡讀卡器相比，具有更高的安全性和更強的運算功能。
文檔編號G06F3/08GK101587532SQ20081011200
公開日2009年11月25日 申請日期2008年5月20日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月20日
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