SIM卡通信协议

Posted 2020-10-16 项海龙

SIM卡通信过程分为4个步骤

1. SIM卡连接和激活
2. SIM卡复位
3. SIM卡和ME之间的命令和响应过程
4. SIM卡释放

1 SIM卡的连接和激活

　　正确连接ME和SIM卡后，ME按照如下的顺序激活SIM卡

• 　　置RST为低电平
•       给Vcc供电
•       ME和SIM卡的IO口均设置为接收状态
•       CLK上有稳定的时钟信号

2 SIM卡的复位

　　在激活SIM卡后，ME会冷复位和热复位SIM卡。随后，SIM卡应该复位内部数据并且发起ATR过程。ME根据ATR的信息，有可能发起PTS过程来进一步商议通信协议和波特率。这些都成功后，ME和SIM卡就可以进行APDU交互过程。

 

2.1 SIM卡冷复位

　　正确连接SIM卡后，ME就会立刻对SIM卡进行冷复位，复位时序如下

 

　　

　　注：SIM卡应当在RST被拉高后的400到40000个时钟周期内发起ATR过程。

 

2.2 SIM卡热复位

　　ME可以在SIM卡被激活后的任何时间里随时对SIM卡进行复位，这叫热复位。热复位时，RST会仙贝拉低40000个时钟周期，然后被拉高，SIM卡应答跟冷复位相同。

　　

　　注：SIM卡应当在RST被拉高后的400到40000个时钟周期内发起ATR过程。

2.3 字符帧传输

　　1.SIM卡和ME之间使用IO的半双工通信（一般为异步），IO上的信息被打包成字符帧来传输。PTS和APDU都是这种方式。

　　2.字符帧的结构如下图

　　　　

　　　　S是开始位，低电平。

　　　　Bi是i字节的有效数据据。

　　　   C 是奇偶校验位。

　　　　P是保护时间

　　　　S是停止位。

　　3.字符帧的时序

　　　　字符帧内每一位的持续时间定义为基本时间单元（etu），他依赖与时钟频率（f）,时钟转换因子（f），比特调整因子（D）,

　　　　　　　　　　etu = F/(f*D)秒

　　　　保护时间P一般为2+N etu

　　　　参数F，D，N可以在ATR和PTS过程中由SIM和ME商榷确定。默认值为F=372，D=1，N=0。

 

 

2.4 ATR过程

　　ATR过程使用默认参数F=372，D=1，N=0，若CLK上是3.579HZ 那么etu = 372/2.579波特率为1/etu=9600bps。

　　ATR 过程包含如下信息：传输协议的类型，控制参数，和识别信息。ATR过程由一系列字符组成。应该遵循如下格式

　　

   　　TS 　　　：初始字符（必须传输）

　　　TO　　　：格式字符（必须传输）

　　　TAi~TBi　:  接口字符（可选）

　　　TCK　　 ：奇偶校字符

 

　　　字符具体含义和编码参考GSM11.11文档

2.5 PTS过程

　　在协商模式下，ATR过程默认使用的参数所表明的协议会一直用下去，直到一个成功的PTS过程完成。GSM11.11规定，如果TA1不等于‘11’那么ME就会发起PTS过程。

　　PTS过程包括ME的PTS请求和SIM卡的PTS应答。他们一般由4个字符组成。

• 　　PTSS初始字符 总为FF
•       PTS0格式字符 高四位分别表示后面字符的存在，低4位表示协议类型
•       PTS1参数字符 高半字节代表FI，低半字节代表DI.（与TA1匹配）
•       PCK校验字符

　　

 

SIM卡和ME之间的APDU交互过程。

　　SIM卡在复位，ATR过程，PTS过程正常结束后就可以正式接收ME的各种命令APDU应该使用T=0来传输，正常的APDU分为命令和响应两部分，响应的编码如下

　　APDU命令格式

　　

　　APDU响应格式

　　

　　

　　详细状态参考GSM11.11第9章。