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信息纽扣DS1991在单片机系统中的应用
发布日期:2004-8-25 点击次数:3786
 
文章作者:赵嘉蔚
文章类型:设计应用 文章加入时间:2004年8月25日23:58
文章出处:单片机及嵌入式系统应用

摘要:Dallas公司的iButton产品是一系列1-wire总线新型器件。DS1991是一种加密存储器型信息纽扣,封装于直径为16mm的不锈钢外壳中,体积小巧,便于携带、保存,防尘、防腐蚀,可以在恶劣的应用环境中实现带密码保护的数据传送。本文介绍DS1991的特点、工作原理及其带密码保护存储器区的读写方法。

关键词:iButton信息纽扣 1-Wire总线 单片机

DS1991是Dallas公司的1-wire总线信息纽扣家庭中的一员,是一种加密存储器型信息纽扣。它内部集成了1Kbit是非易失性存储器及加密保护逻辑,封装于直径为16mm、厚约6mm的不锈钢外壳中,何种小巧、操作便捷,防潮、抗震、防灰尘,可在恶劣的环境中实现带密码保护的数据传送

1 DS1991的特点

DS1991是一种很有特色的加密存储器型TM卡,为用户的保密数据提价节可靠的保护措施。DS1991内部有1152位的密码保护存储器区,512位的非密码保护存储器scratchpad。密码保护存储器被分为三个可独立操作的密钥子存储器(subkey),每区为384位,每个密钱子区都有自己的64位密码及64位的ID码,对密钥子区的读/写操作均需进行密码验证。三个区的数据可分别操作,互不干扰。非密码保护存储器区主要用于加密数据的拷贝,以保证数据的完整性。

2 DS1991与单片机硬件接口及软件设计

DS1991与单片机的硬件接口电路如图1。

DS1991与单片机的接口非常方便,只用1根数据线和1根地址。数据线由单片机的1根I/O口线控制,口线外接一个5kΩ的上拉电阻。

DS1991操作的基础是1-wire总线的初始化、读/写1位时序,如图2、图3、图4和图5。VPULLUP为图1中D点在口线为输入状态时的电位。初始化由主机发出复位脉冲。DS1991回复应答脉冲,使主机了解DS1991存在于总线上并已作好操作准备。命令和数据的各个字节由最低有效位起一位一位传送。子程序RESET、RDBYTE和WRBYTE分别是初始化、读/写1字节的子程序。

DIO  BIT  P1.0 ;引脚定义

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

RET

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 ;写1字节子程序

WRB1:CLR DIO

MOV R7,#2

DJNZ R7,$

RRC A

MOV DIO,C

MOV R7,#30H

DJNZ R7,$

SETB DIO

NOP

NAP

NOP

DJNZ R6,WRB1

RET

RDBYTE:MOV R6,#8 ;读1字节子程序

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码、存储器结构及操作

像所有的1-wire总线器件一样,主机必须先进行初始化和ROM操作,而后才能进行读写DS1991存储器的操作。

DS1991有一个自身唯一的工厂刻入的64位激光ROM系列码。该码不会与其它任何一个1-wire总线器件相重。该码前8位是1-wire总线家族码,后48位是器件唯一的系列码,最后8位为前56位数据的CRC校验码。ROM操作指令建立被访问的1-wire器件与主机的连接,ROM操作指令如表1。DS1991的存储器映像如图1。

表1 ROM操作指令

命 令 字 节 功 能
read ROM 33H 读取DS1991的ROM系统列码
Match ROM 55H 总线接多个器件时用于寻址特定的器件
Skip ROM CCH 总线上只有一个器件时,跳过ROM系列码的匹配而直接进行存储器的访问
Search ROM F0H 主机使用该命令读加器件的ROM系列码

DS1991的scratchpad和每个subkey区都有自己的地址。Scratchpad共64字节,不受密码保护,主要用于将数据拷贝到密钥子区。密钥子区的00~07H为8字节的该区ID码,08H~0FH为8字节的该区密码,10H~3FH即为密码保护的数据存储区。

该/写Scratchpad不需要密码,但拷贝操作必须提供正确的密码。密码子区读写均受64位的密码保护,保密性大大提高。对存储器的操作指令如表2。存储器操作指令的流程如图2。

表2 DS1991存储器操作命令格式

命令 第1字节 第2字节 第3
字节

功 能

bit7 bit6 bit5 bit4 bit3 bit2 bit1 bit0
写scratchpad 96H 1 1 00H~3FH中的任意值 第2字节取反 将数据写入scratchpad
读scratchpad 69H 从scratchpa读出数据
拷贝scratchpad 3CH Subke区号
0 0或
0 1或
1 0
0 0 0 0 0 0 将数据块从scratchpa拷贝到指定的subkey
读subkey 66H 10H~3FH中的任意值 将数据写入subkey
写subkey 99G 从subkey中读取数据
写密码 5AH 0 0 0 0 0 0 将密码和ID码写入subkey

4 DS1991存储器的读写程序

主机读写DS1991的存储器由3个步骤组成:初始化、ROM操作和存储器读写。

下面的程序采用写SUBYKEY命令将RAM 40H~47H单元数据写入subkey 0区的10H~17H,并用读SUBKEY命令将该内容读回,存放RAM。50H~57H,该区的密码和ID码存放在程序的表格中。

;将RAM40H~47H单元内容写入

;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

;读subkey存入RAM40H~47H

RDSUBKEY:LCALL RESET

MOV R2,#66H

MOV R0,#10H

LCALL WRCOM

LCALL IDPASS

MOV R1,#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

图7

结语

DS1991的密码保护存储器区为用户提供高可靠的数据保护措施。本文提供的DS1991与单片机接口的软硬件设计,已在信息纽扣卡型公用电表系统中应用。

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