CN1283818A - 检测和操作多个扩展卡的集成pc卡主控制器 - Google Patents

Abstract

一种检测和操作PC卡,智能卡和无源智能卡适配器卡的集成控制器。一方面,本发明通过利用由PC卡规约定义的预定检测和电压选择信号区域检测标准扩展卡或无源智能卡的存在。另一方面,本发明提供一种集成控制器10,该控制器包括逻辑,以通过重新指定某种PC卡信号线以操作标准扩展卡或无源智能卡适配器,来操作标准扩展卡或无源智能卡适配器,因此,消除了除PC卡规约定义的那些针之外还提供针的需要。

Description

检测和操作多个扩展卡的集成PC卡主控制器

本发明涉及的是用于检测和操作一个或多个扩展卡的集成控制器。具体来说，本发明涉及的是用于检测和控制PC卡(16位PCMCIA卡和32位CardBus卡)和智能卡的集成控制器。尽管文中也考虑了其它的应用，但本发明的特定应用是提供一种可携带的计算装置的集成控制器，例如，膝上型计算机。

随着识别的电子形式代替面对面和基于纸件的形式，对安全和加强保密的需要日益增加。全球Internet的出现，包括来自防火墙之外客户和供应商访问的企业通信网的扩展，加速了对基于公开密钥技术的解决方法的需要。几种公开密钥启动服务的几个例子是在公共网络上安全通道的通讯，保证图象完整性和保密性的数字签名，服务器对用户的识别(和用户对服务器的识别)。

智能卡是公开密钥基础结构的关键部件，因为智能卡增强了诸如用户识别、登录和安全e-mail之类的仅软件解决方法，将微软结合到Windows平台。由于智能卡提供保护私人密钥和个人信息其它形式的抗干扰存储；包括识别、数字签名、来自不“需要知道”系统其它部分的密钥交换的独立安全重要技术；在单位、家里、路上计算机之间使可靠便携和其它私人信息成为可能；因而智能卡实质上成为公共密钥认证和相关密钥的聚焦点。

估计智能卡将成为Windows平台的组成部分，因为当智能卡首次与个人计算机(PC)结合时，它们将使与鼠标和CD-ROM相同方式的新型应用成为可能。应用软件、卡、和阅读器之间的不可兼容性是欧洲以外较缓采用智能卡的主要原因。不同厂家产品之间的互用性必须要求使广大客户能够接受智能卡，为公司配置智能卡在企业内使用。ISO 7816，EMV，和GSM

为了促进智能卡和阅读器之间的互用性，国际标准组织(ISO)为具有触点的集成电路开发了ISO7816标准。这些规约目的在于在物理、电、数据-链协议等级方面具有互用性。在1996年，Europay，MasterCard，和VISA(EMV)定义了工业特殊智能卡规约，该规约采用ISO7816标准，并定义了一些附加数据类型和财政服务工业使用的编码规则。欧洲电信工业也为他们的移动通讯(GSM)智能卡规约的全球系统采用了ISO7816标准，以使移动电话用户的识别和鉴别成为可能。

所有这些规约(ISO7816，EMV，和GSM)迈出了正确的一步，每个规约既是低级的也是应用的特殊化，以获得广泛的工业支持。诸如装置独立的APIs、开发者工具和资源共享之类的应用互用性的发表不是由这些规约中的任何一个提议的。PC/SC工作组

PC/SC(个人计算机/智能卡)工作组在1996年5月与主要PC和智能卡公司：Group Bull，Hewlett-Packard，Microsoft，Schlumberger和Siemens Nixdorf.合作而组成。工作组的主要目的是开发解决前面提到的互用性问题的规约。PC/SC规约基于ISO7816标准，并与EMV和GSM工业特殊规约兼容。由于PC/SC工作组包括的这些公司，对规约有广大的工业支持，有强烈的愿望在未来为这些规约开辟一块独立标准的地域。

由于规约的发现和原始发表，其他的成员已经加入了PC/SC工作组。新成员包括Gempuls，IBM，Sun Microsystems，Toshiba，和Verifone。Microsoft的解决方法Microsoft的解决方法包括下列：·用于智能卡阅读器与PCs接口的标准模块·使智能卡能够知道应用软件的装置独立的APIs软件开发惯用工具·与Windows和Windows NT平台结合。

具有阅读器和卡如何与PC接口的标准模块增强了来自不同制造商的卡和阅读器之间的互用性。装置独立的APIs用于将应用开发者与当前和未来实施之间的差别隔离。通过避免由于在硬件改变下应用逐渐过时，装置独立性也保存了软件开发的费用。

当前用于将智能卡与笔记本计算机接口最收欢迎的方法是使用PCMCIA Type 2智能卡阅读器/写入器(图1)。当前PCMCIA智能卡阅读器可以从诸如Gemplus，SCM Microsystems和TritheimTechnologies之类的指定的几个公司买到。这些智能卡阅读器的终端用户费用典型地大约是150美元。阅读器的费用是安全解决方法整个费用的主要部分。图1中适配器卡104表示传统智能卡阅读器的主要功能块。智能卡阅读器的PCIC主接口块提供与PC卡连接器(106，该连接器依次与PC卡控制器102连接)的电连接。提供其他的逻辑以控制智能卡和软件应用之间的相互作用。然而，如上所述，该解决方法使每个单元具有非常高的费用，因此，不是大规模移向智能卡兼容性的吸引人的选择。

因此，需要提供一种集成主控制器，该控制器提供PC卡，智能卡，和无源智能卡适配器可操作性。另外，需要提供一种集成控制器，该控制器能够替换现有底板安装PC卡主控制器，而不需要重组或重新设计底板。

因此，本发明的目的是提供一种适合于替代传统的PC卡控制器以结合到当前PC底板技术中的集成PC卡和智能卡控制器。

另一个目的是提供一种控制器，如上所述，该控制器完全同时与PC卡规约兼容。

另一个目的是提供一种智能卡控制器，如上所述，该控制器具有与现有的PC卡控制器相同的插脚引出线布置，因此允许控制器直接结合到PC底板，而没有重新设计和/或重组的费用。

本发明的另一个目的是提供利用现有的PC卡特殊信号检测智能卡或无源智能卡适配器存在的逻辑和技术。

一方面，本发明提供一种在初始卡检测时序期间检测使用传统PC卡规约信号线扩展卡存在的方法。该方法包括下列步骤：确定第一和第二卡检测信号线的信号状态；确定第一和第二电压选择信号线的信号状态；确定所说第一和/或第二卡检测信号线，或所说第一和/或第二电压选择信号线是否包括由PC卡信号规约预定的信号状态；确定相对于所说预定信号状态的预定没有使用的PC卡信号线的信号状态。在卡检测时序期间，状态改变信号(STSCHG)用于检测智能卡或智能卡适配器。检测时序完成之后，基于信号定义的PC卡规约STSCHG信号有了初始的使用。另外，在优选实施例中，通过确定所说第一卡检测信号和所说第二电压选择信号是否连接在一起，该过程确定智能卡或无源智能卡适配器的存在。

在逻辑形式上，本发明提供了一种使用传统PC卡规约信号线检测扩展卡的存在的装置，该装置包括状态机，该状态机包括查询表和多个逻辑集合，每个所说逻辑集合可操作与某个预定扩展卡类型接口，所说状态机接受作为输入信号的多个预定卡检测和电压选择信号，附加信号，和基于所说输入信号和所说查询表之间的一致，将所说正确逻辑集合之一连接到正确的所说扩展卡之一。

另一方面，本发明提供一种检测和操作多个扩展卡的集成电路，包括检测和操作多个扩展卡类型的第一逻辑集合，所说第一逻辑集合具有由PC卡规约定义的预定信号线和管脚引线布置，检测和操作智能卡的第二逻辑集合，其中所说第一和第二逻辑组合到一个控制器中，而不需要另外的管脚引线。在优选实施例中，第二逻辑集合适用于重新指定所说预定信号线的某一些，以检测和操作所说智能卡，以便不需要附加的针。

本领域的技术人员将意识到，尽管下列的详细描述将参考优选实施例和使用方法进行，但本发明并不限于这些优选实施例和使用的方法。相反，本发明具有较宽的范围，并仅限于所附权利要求所提出的范围。

随着下列参考附图详细描述的进行，本发明的其它特征和优点将更加清楚明了，附图中相同的数字表示相同的部分，其中：

图1表示传统的结合PC应用智能卡可操作性方法的方框图；

图2是本发明组合智能卡阅读器的系统等级方框图；

图3是本发明组合智能卡阅读器的详细方框图；

图4是本发明组合智能卡状态机方框图；

图5是传统PC卡检测和电压检测针布置表，和本发明控制器采用的智能卡检测针布置使用的一个例子；

图6是本发明示意性智能卡和无源智能卡适配器检测规则流程图；

图7A和7B分别描述了表示智能卡接口和检测分配功能针的传统PCMCIA和它们的使用。

图2表示无源智能卡适配器和智能卡与主控制器如何接口的系统等级方框图。控制器10结合到PC平台中，例如，膝上型PC。作为一个例子，如图所示，PC可以与操作检测和控制一个或更多个插入到插座A12和/或插座B14中的扩展装置卡的控制器10一同构成。显然，本发明的控制器10适用于适当的逻辑以驱动PC卡和智能卡。PC系统典型地包括处理器26和数据总线20。“North Bridge”逻辑24提供处理器26和总线20之间的通讯。本发明的控制器10也同样适合于与总线20通讯。在该例子中，总线20是PCI总线，然而，任何总线技术都可以结合到控制器逻辑中。为了完成图象，给外部总线通讯提供了“South Bridge”，例如，传统装置(ISA总线结构)等。South bridge和North Bridge逻辑是本领域公知的。电源IC芯片给PC卡连接器针提供合适的电压(如卡的类型所确定的插入到插座A或B中)。一旦检测卡的类型(根据图5PC卡定义的表，下面将讨论)，芯片28提供该类型卡的适当电压。在一个实施例中，本发明提供无源智能卡适配器18，该适配器构成得既可以插入插座A12，也可以插入插座B14，反过来这些插孔也构成如PC卡类型Ⅰ/Ⅱ/Ⅲ这样类型插孔接口。该实施例的无源适配器18包括适当的连接器84和无源电路86。插入到无源智能卡适配器18中的智能卡16也包括与适配器物理连接器84进行接口的物理触点88。由智能卡规约规定适配器和智能卡的插脚引线布置84和88，例如PC/SC适应智能卡规约，满足IS07816电规约和T=0，T=1协议。在该实施例中，适配器18的使用使智能卡具有可读性和可操作性，而不需要重组PC壳体来包括特殊的智能卡插座。另外，PC能够包括智能卡插槽14’，如图2所示。在该实施例中，当然在插座14内内部地提供逻辑86和连接器84。

现在参考图3，图3更详细地描述了集成控制器10的方框图，图3表示指向智能卡检测和可操作性的那些逻辑部分。在该实施例中，控制器10包括智能卡检测逻辑30A和30B，智能卡多路复用器(MUX)逻辑32A和32B，智能卡阅读器逻辑34A和34B，和接口逻辑36A和36B。

首先一定注意到图3仅描述了与智能卡和无源智能卡适配器检测和可操作性有关的逻辑，应当理解，控制器10包括附加逻辑(没有表示)，以允许传统PC卡的检测和操作。传统PC卡控制器使用一套卡检测针CD1和CD2，和一套电压检测针VS1和VS2，检测插在插槽中卡的类型。这些针之间的连接组合(参考地)表示一种类型的卡已经插入到插座中的正确逻辑。例如，如图5中的表所示，CD1，CD2，VS1和VS2的连接组合确定插入的PC卡是否是16位的PCMCIA卡或是32位CardBus卡。另外，如表中所示，该组合也确定特定卡类型的驱动电压。例如，3.3V，5V，X.XV和Y.YV。在图5表的最后两行中，注明的是所列CD1，CD2，VS1和VS2的组合在PC卡规约中是预定的。本发明利用CD1，CD2，VS1和VS2这些组合中之一，另外使用状态改变信号STSCHG以表示智能卡是否已经插入槽中(既可以直接，也可以通过适配器)。最好在本发明中使用这些状态改变信号，因为在传统PC卡的卡检测过程期间没有使用该信号，仅使用一次卡类型是已知的。

因此，在一次检测中，图3所示的智能卡检测逻辑30A可以被看成确定插入插座中卡类型的状态机。为此，参考图4，图4表示了图3的卡检测逻辑30A表示的状态机。如图所示，卡检测逻辑30A接受作为输入的CD1，CD2，VS1，VS2和状态改变(标号分别为40，42，44，46和48)。根据图5所示CD1，CD2，VS1和VS2的预定设置，和状态改变信号的增加，状态机30A确定与给定卡类型进行通讯的正确逻辑32A。例如，CD1，CD2，VS1和VS2某种组合(如图5所示)将表示插入插座中的卡是16位PC卡或是32位CardBus卡。由此，状态机30A将为给定卡类型启动正确的逻辑50或52。也应当注意到，使用这四个针的组合也确定所插入卡的特定电压。为了扩大传统PC卡控制器的能力，本发明也监视STSCHG以确定智能卡或无源智能卡是否已插入到插座中，类似地，启动正确的逻辑54以与智能卡通讯，例如，如图3所示的逻辑32A。为了确定CD1，CD2，VS1，VS2和STSCHG的状态，卡检测逻辑30A能够在选择的这些插脚引线上产生，例如，脉冲串信号，并通过监视一个或多个其他针上的信号(相对于地)，然后它能够确定插入插座中卡的类型。

智能卡检测逻辑30A根据图5中的表操作检测智能卡或无源智能卡适配器和PC卡。图5所示的针布置由PC卡规约指定，并是这些信号线传统的针布置。由列1-4，即CD1，CD2，VS1和VS2的电压值确定卡的识别。通过利用这些针的预定组合，加上使用一个附加针，例如，STCSCHG信号线，智能卡和无源智能卡适配器检测操作。图7B表归纳了概念。该表表示了用于检测PC卡、智能卡和无源智能卡适配器卡的针。智能卡或无源智能卡适配器检测信号列包括如图5最后两行所示的CD1，CD2，VS1和VS2预定区域之一。应当注意到，尽管图中表示了使用信号线STSCHG(这是由传统的PC卡规约提供的)，但是，通常情况下，本发明能够使用PC卡规约中在卡检测时序期间没有使用的任何针。换句话说，由计时观点来看，PC卡规约中的某信号线在卡检测过程期间保持不用。本发明利用这些信号线之一(或多个)，与CD1，CD2，VS1和VS2预定组合协力，来完成智能卡或无源智能卡适配器检测。因此，这些图仅表示使用能够用于智能卡检测的附加信号针的许多例子之一。

图6表示了卡类型检测过程的流程图。为了清楚起见，省略了检测和操作PC卡，智能卡和无源智能卡适配器卡(如图2和3所示)相应逻辑的参考符号。首先，检测逻辑寻找CD1，CD2，VS1，VS2和STSCHG62的存在。如果不存在，或另外不可使用，假定没有卡插入插座中，因此卡检测信号(CD1和CD2)被中断64。一旦插入一个卡，检测逻辑监视CD1或CD2的下降沿66。这由用于确定卡存在的PC卡规约表示。一旦插入一个卡，本发明触发器CD1，CD2，VS1，VS2和STSCHG62的检测逻辑确定所插入卡的类型68。如上面所引证的那样，触发可以是脉冲串信号形式，或是其他触发信号形式。通过查询CD1，CD2，VS1，VS2和STSCHG62以下列形式进行检测逻辑。首先，该逻辑确定VS1和CD2是否连接到地70。如果没有，就知道所插入的是16位PCMCIA卡或是32位CardBus卡72，如图5表所示。如果连接到地，该连接确定VS2和CD1是否连接在一起74。如果没有连接在一起，就知道所插入的是16位卡或是32位CadBus卡76，如图5表所示。如果确定CD1和STSCHG连接在一起78，则确定出现的是智能卡或是无源智能卡适配器。无源智能卡适配器可以插入到插座中，智能卡也可以直接插入插座中。

本发明的另一个特征是提供一种集成控制器电路10，该电路可以直接与当前的PC卡控制器逻辑组合。传统的PC卡控制器逻辑是直接安装在母板上的IC插件，具有208个针，由PC卡规约分配每一个针。另一个特征是提供一种控制器10，该控制器能够直接替代传统的控制器，不需要重组针的布置，增加另外的针结构，改变母板，或改变需要的加工。因此，参考图7A的表，本发明的控制器10包括传统的传统接口卡信号和智能卡信号。如该表所示，与传统16和32位卡接口所使用的相同的针(最左行)同样用于与智能卡接口。因此，不需要增加另外的针。再参考图3，如果检测到智能卡插入插座中，逻辑30A或30B与逻辑34A或34B通讯，并启动逻辑34A或34B，以使智能卡能够可读。逻辑34A或34B启动插座MUX逻辑32A或32B，以便插座(A或B)能够与CardBus/PCI控制器逻辑36A或36B通讯，该逻辑(经过PCI接口38)与PCI总线20通讯。应当理解到，使用传统的PC卡通讯协议，本发明的智能卡逻辑30A，30B，34A和34B直接与MUX逻辑32A和32B接口，并与总线接口控制器36A和36B通讯。如果一个传统的卡插入插座中(插座A或B)，那么使用传统的PC卡通讯协议，结合到控制器10中的传统逻辑(没有表示)启动MUX32A和32B，并与总线控制器36A和36B通讯。

为了便于直接与传统的PC卡逻辑集合结合，本发明控制预先指定针的预定数，以完成智能卡通讯。例如，如图7A所示，本发明利用如由PC卡标准规定的针17，51，58，47，32，GND，18，16，和40，来操作智能卡和PC卡。因此，控制器10不需要另外的针来完成智能卡的可操作性。在操作中，一旦检测到智能卡(如上参考图3-6所描述的那样)，逻辑34A或34B重新指定图7A中所标注的PC卡针的操作性，以完成智能卡的可读性。在图7A智能卡信号行下面提出的信号分配是读取智能卡需要的信号。

图7A的表被概括成本发明控制器10中的查询表，以操作PC卡。同样，图5和图7B的表被概括成控制器10中的查询表，用于检测PC卡和智能卡。因此，将逻辑集合30A和30B看成的状态机(如图4所示)，状态机将输入信号与图5和图7B中的查询表相比较，以将正确的逻辑连接到卡。

本领域的技术人员将意识到，CD1，CD2，VS1，VS2分别包括卡检测和电压选择信号，如传统PC卡信号规约所规定的那样。在图5，7A和7B的表中和图6的流程中，用于这些信号线的名称包括，例如，CD1#，CD2#，VS1#，VS2#等，这些名称是传统信号线的正式名称。然而，显然，使用CD1，CD2，VS1和VS2是这些正式名称的简写式，可以交替使用。

因此，显然，提供一种集成智能卡控制器和智能卡检测过程，他们满足文中所述的目标和目的。对本领域的技术人员来说显然可以作出修改。例如，尽管已经参考智能卡的检测和操作描述了本发明，然而，本发明同样适用于检测和操作除传统PC卡之外的任何类型的扩展卡。其他的修改也是可行的。例如，可以根据文中所示的智能卡逻辑的操作性希望包括软件连锁。因此，图3所示的逻辑能够包括一个启动位，这有选择地使智能卡检测性和操作性接通和断开。因此，参考图6，智能卡检测过程可以另外包括确定启动位是否被启动的步骤，和CD1和STSCHG是否连接在一起84，如果没有连接在一起，智能卡逻辑将不检测智能卡的存在。本发明的特征允许，例如，制造商提供智能卡的兼容性作为升级的选择，而仍然与控制器10的核心逻辑结合。本领域的技术人员将意识到，另外的修改和所有这样的修改都在所附权利要求限定的本发明的范围内。

Claims (10)

1、一种使用传统PC卡规约信号线检测扩展卡存在的方法，所说方法包括下列步骤：

确定第一和第二卡检测信号线的信号状态；

确定第一和第二电压选择信号线的信号状态；

确定所说第一和/或第二卡检测信号线，或所说第一和/或第二电压选择信号线是否包括由PC卡信号规约预定的信号状态；和

确定相对于所说预定信号状态预定没有使用的PC卡信号线的信号状态。

2、一种如权利要求1所述的方法，进一步包括下列步骤：

通过确定所说第一卡检测信号和所说第二电压选择信号是否连接在一起，确定智能卡的存在。

3、一种如权利要求1所述的方法，其中所说确定所说信号线信号状态的步骤包括查询具有预定输入信号的所说信号线，并检测输出信号。

4、一种使用传统PC卡规约信号线检测扩展卡存在的装置，包括状态机，该状态机包括查询表和多个逻辑集合，每个所说逻辑集合可操作与某预定扩展卡类型接口，所说状态机接受作为输入信号的多个预定卡检测和电压选择信号，和附加信号，基于所说输入信号和所说查询表之间的一致，将所说正确的逻辑集合之一连接到所说适当的扩展卡之一。

5、一种如权利要求4所述的装置，其中所说逻辑集合包括操作16位扩展卡的第一逻辑集合，操作32位扩展卡的第二逻辑集合，操作智能卡的第三逻辑集合。

6、一种如权利要求4所述的装置，其中智能卡阅读器逻辑经过内部PC卡接口结合在装置4中。

7、一种如权利要求4所述的装置，其中所说查询表包括多个为所说输入信号所指定的信号状态的定义，所说信号状态的定义包括多个扩展卡的接口类型和可操作的电压。

8、一种如权利要求4所述的装置，其中所说附加信号包括PC卡规约没有指定在卡检测计时期间使用的信号。

9、一种如权利要求8所述的装置，其中所说附加信号是状态改变(STSCHG)信号。

10、一种多个扩展卡检测和操作的集成电路，包括，检测和操作多个扩展卡的第一逻辑集合，所说第一逻辑集合具有由PC卡规约定义的预定信号线和插脚引出线布置，检测和操作智能卡的第二逻辑集合，其中所说第一和第二逻辑组合到一个控制器中，其中所说第二逻辑集合适用于重新指定所说预定信号线的某一些，以检测和操作所说智能卡，而不需要附加的插脚引出线。

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