信息纽扣DS1991在单片机系统中的应用
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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。
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。 DIO BIT P1.0 ;引脚定义 RET DJNZ R6,WRB1
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。
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
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
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。 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。 DIO BIT P1.0 ;引脚定义 RET DJNZ R6,WRB1
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。
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
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
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
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。