UICC 之 USIM 详解全系列——UICC基础知识介绍

Posted 2022-12-21 从善若水

本人就职于国际知名终端厂商，负责modem芯片研发。
在5G早期负责终端数据业务层、核心网相关的开发工作，目前牵头6G算力网络技术标准研究。

UICC 之 USIM 详解全系列——UICC(TS102221-v16)

文章目录

• UICC 之 USIM 详解全系列——UICC(TS102221-v16)
• • 一、UICC基础知识介绍
  • • 什么是SIM卡
    • 什么是UICC卡
    • USIM卡分类
    • SIM卡内部结构
    • SIM卡内部模块运行原理：
    • SIM卡外部接口
    • 常见流程梳理
    • • SIM用户业务状态图
      • SIM初始化程序
      • 插卡处理流程（识卡）
      • 电压选择
      • 轮询
      • 拔卡
      • 救卡
      • 热插拔中断防抖

一、UICC基础知识介绍

什么是SIM卡

通常我们所说的“SIM卡” ，是一种习惯性的称号，其实单纯意义上的SIM卡指的是仅包含SIM应用的智能卡，只是由于我们最先接触这种内含“SIM应用模块”的智能卡，后续就一直沿用“SIM卡”指代所有模式的手机智能卡了。

什么是UICC卡

UICC卡：指通用集成电路卡，是各种智能卡的统称，是多种应用模块（比如SIM、USIM、UIM、RUIM等）的载体。主要用于用户身份识别（鉴权），存储信息（如电话号）、注册网络等。没有UICC卡，用户就无法注册网络，运营商就无法提供相应的服务，所以我们使用手机前需要插入SIM卡。

UICC卡内部包含多种应用模块，比如SIM、USIM等。不同应用模块对应不同的场景：
1.SIM应用于GSM系统；
2.USIM应用于WCDMA系统和4G网络系统；
3.UIM和RUIM应用于CDMA系统。
4.复合USIM卡：由于其包含SIM和USIM两个模块，故可以同时应用于GSM和WCDMA系统。
注：目前4G/5G网络采用的智能卡通常是含USIM模块的智能卡。

专业名词记不清，相关注释请看这！

UICC： Universal Integrated Circuit Card 即通用集成电路卡；
USIM：Universal Subscriber Identity Module 即通用用户识别模块
UIM：User Identity Model 即用户身份模型
RUIM：Removable User Identity Module 即可移动用户标识模块
SIM：Subscriber Identity Module 即用户识别模块
上述模块主要功能就是用于用户识别

GSM: Global System for Mobile Communications 即全球移动通信系统
WCDMA：Wide band Code Division Multiple Access 即宽带码分多址
CDMA：Code Division Multiple Access 即码分多址

单纯SIM卡指的是用于GSM（全球移动通信系统）的UICC卡，内部仅包含SIM应用模块。主要用于在移动终端设备与网络通讯时提供身份识别信息及存储数据（比如电话号码），用户通过它接入网络，实现接打电话等功能。不论是单纯SIM卡还是其他UICC卡，主要作用都是进行身份识别，为了更符合习惯，接下来的课程我们同样使用“SIM卡”指代手机使用的“UICC卡”。

USIM卡分类

类型	长(mm)	宽(mm)	厚(mm)
Standard SIM（1FF）	85.6	53.98	0.76
Mini SIM（2FF）	25	15	0.76
Micro SIM（3FF）	15	12	0.76
Nano SIM（4FF）	12.3	8.8	0.67

SIM卡内部结构

“SIM卡”是一个装有微处理器的芯片卡，它的内部有5个模块：
1.微处理器CPU：控制SIM卡的运算和操作
2.程序存储器ROM：存放片内操作系统，用户不可操作。
3.工作存储器RAM：存放计算过程中的临时数据
4.数据存储器EEPROM：存放整个文件系统和应用程序读写的信息，比如号码、短信等数据并可擦写
5.串行通信单元：用于信号通信，信息传递的“桥梁”

SIM卡内部模块运行原理：

CPU把从串行通信单元获取的信息临时存放在RAM，再利用ROM中的程序对数据进行处理，
然后存储到EEPROM中，同时也可能会产生应答信号再通过串行通信单元发出，完成交互。

SIM卡外部接口

接下来，咱们接着讲SIM卡实现将移动终端设备接入网络的“桥梁”——SIM卡外部接口。
“SIM卡”的外部接口主要有6个：
C1：电源输入VCC
C2：复位输入RST
C3：时钟信号CLK
C5：GND
C6：VPP（“可编程电压”信号，当前手机端一般应用为NFC的SWP功能）
C7：数据信号I/O（DATA）
注：C4、C8：应用于USB UICC卡，作为USB的信号脚，用于传输数据，手机端暂无应用。

另外需要强调下UICC卡的种类多种多样，但是接口都是满足ISO/IEC7816标准的

对于移动/联通4G手机卡，通常为复合USIM卡，对于电信4G手机卡，通常为复合USIM卡并同时兼容CDMA。采用这种复合USIM卡时，使用5G是无需换卡的，主要是因为复合USIM卡的鉴权（身份识别）机制已经足够安全。

常见流程梳理

SIM用户业务状态图

SIM初始化程序

• ATR(Answer To Reset)：复位应答信号，有SIM卡传输给终端，包括SIM卡自身的一些信息，比如支持的传输速率，传输模式等
• PPS(protocol and parameters selection)：确定一个新的传输速率
• APDU(Application Protocol Data Unit)：机卡通信的命令

插卡处理流程（识卡）

电压选择

对于Class B(3V)和Class C(1.8V)进行识别

轮询

SIM卡重确认动作，这是SIM协议中自带的一个功能࿰