摘要：T=0是國際標準中規(guī)定的一種接觸式CPU卡通訊協(xié)議。結合開發(fā)實踐，將該協(xié)議分為四個層次，主要從CPU卡的角度出發(fā)，結合終端，從兩個方面系統(tǒng)地闡述了該協(xié)議的特點和實現(xiàn)過程，并對T=0協(xié)議的優(yōu)缺點進行了分析，目前已將開發(fā)成果應用于實際中。
關鍵詞：卡片操作系統(tǒng)（COS）終端應用層（TAL）終端傳輸層（TTL）應用協(xié)議數(shù)據(jù)單元（APDU）傳輸協(xié)議數(shù)據(jù)單元（TPDU）
IC卡的應用越來越廣泛，從存儲卡到邏輯加密卡，目前CPU卡已經(jīng)逐漸在應用中占據(jù)主導地位。CPU卡根據(jù)通訊協(xié)議可分為兩種：接觸式和非接觸式。接觸式CPU卡主要采用兩種通訊協(xié)議：T=0和T=1通訊協(xié)議。T=0是異步半雙工字符傳輸協(xié)議，T=1是異步半雙工塊傳輸協(xié)議。目前T=0通訊協(xié)議的應用較為廣泛，國內(nèi)外大多數(shù)CPU卡都支持該協(xié)議，在金融交易中也采用這種通訊協(xié)議。為了便于說明問題，本文從T=0協(xié)議的功能出發(fā)，將該協(xié)議分為四個層次：物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、終端傳輸層和應用層，見圖1。
由于該協(xié)議的特殊性，終端傳輸層與應用層聯(lián)系非常緊密，實現(xiàn)起來比較繁瑣，在CPU卡中，這些任務通過卡片操作系統(tǒng)（COS）來實現(xiàn)。終端在與卡的信息交換中，
始終處于主動地位，終端向卡發(fā)送符合T=0協(xié)議的命令字節(jié)，卡中的COS完成對數(shù)據(jù)的處理并將處理結果返回給終端。下面對T=0協(xié)議的四個層次進行詳述。
1T=0協(xié)議的物理層描述
終端與智能卡之間通過改變I/O傳輸線上的電平來交換信息。由于T=0協(xié)議是面向字符的傳輸協(xié)議，這里先定義字符幀的結構，并對組成字符幀位的信息表示作了具體描述。字符幀的結構如圖2所示。
字符幀由1個起始位S、8個數(shù)據(jù)位和1個偶校驗位P共10位組成。在數(shù)據(jù)傳輸中每一位的持續(xù)時間稱為基本時間單元etu(elementarytimeunit)，etu的值由時鐘頻率決定，etu與時鐘頻率呈現(xiàn)性關系：
1etu=(F/D)×(1/f)（1）
其中F稱為時鐘頻率轉換因子，D稱為波特率調(diào)整因子。時鐘頻率的范圍為1MHz～5MHz，正常的工作頻率為3.57MHz，數(shù)據(jù)傳輸?shù)牟ㄌ芈什捎?600bps，根據(jù)國際標準的取值范圍，取F=372，D=1，代入式（1），可得：
1etu=372/f=372（2）
即一個基本時間單元為372個時鐘周期。將工作頻率定為3.57MHz，可以保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)牟ㄌ芈蕿?600bps。如果要提高數(shù)據(jù)的傳輸率，可以調(diào)整參數(shù)F來確定傳輸率。對每一位電平采用三次采樣來確定，在位持續(xù)時間的中間和左右15的間隔各取樣一次，取樣點如圖3所示。當有兩次以上電平為低，則判斷該位為0；否則該位為1，這樣確保了取樣值的可靠性。由于數(shù)據(jù)位的持續(xù)時間是用匯編語句來控制的，可以通過延時語句調(diào)整采樣的時間間隔。但實現(xiàn)采樣的最基本匯編語句的執(zhí)行時間不能再縮短，因此數(shù)據(jù)傳輸率有一上限。當每一位取樣三次時，數(shù)據(jù)傳輸率最高可達到57600bps。如果再提高速率，取樣時序?qū)o法保證。字符幀的起始位為低電平，起始位的檢測是通過周期性地對I/O傳輸線進行采樣來得到。國際標準中規(guī)定采樣時間間隔不得大于0.2etu，實際上起始位的采樣時間間隔只有幾個時鐘周期，完全滿足要求。
2T=0協(xié)議的數(shù)據(jù)鏈路層實現(xiàn)
數(shù)據(jù)鏈路層描述了字符交換的時序要求和差錯控制以及終端對面向傳輸?shù)腻e誤的處理，在邏輯上保證終端和卡片之間能夠正確可靠地通訊。
采用上述的字符幀，終端與卡之間進行數(shù)據(jù)將交換，字符之間有嚴格的時序，時序是通過匯編程序語句的執(zhí)行時間來控制的。從終端到卡發(fā)送的連續(xù)字符的起始位下降沿之間的最小時間間隔由復位應答信息通知終端，其值在12etu～266etu之間。從卡發(fā)送到終端的連續(xù)字符的起始位下降沿之間的最小時間間隔應為12etu。
如果字符接收不正確或字符接收正確但校驗位不正確，接收端需要在字符起始位下降沿后的（10.5±0.2個etu時刻將I/O線置為低電平約1～2個etu，見圖4，用于向發(fā)送端指明錯誤；發(fā)送端在（11±0.2）個etu時刻檢測I/O線。如為高電平則表示字符已經(jīng)正確接收；如果發(fā)送端檢測到錯誤，則在檢測到錯誤那一刻起，2個etu后重發(fā)該字符，但重復發(fā)送同一字符的次數(shù)不得超過3次。如果最后一次發(fā)送失敗，當終端是接收端時，則終端應該在無效字符的起始位下降沿后的960個etu時間范圍內(nèi)啟動釋放序列；當終端是發(fā)送端時，在卡片檢測到字符的偶校驗錯誤后960個etu時間范圍內(nèi)，終端啟動釋放序列。
命令的執(zhí)行總是由終端應用層（TAL）啟動，通過終端傳輸層（TTL）送給卡片。TTL與卡片進行命令字節(jié)和數(shù)據(jù)字節(jié)交換時，要保證能夠有序正確地進行。因此，在數(shù)據(jù)交換過程中，在任何時刻TTL和卡片都應該隱含地知道哪一方是發(fā)送者，哪一