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深度了解SIM卡的识卡机制,硬件工程师看过来

haoteby 2025-03-03 18:42 10 浏览

SIM(Subscriber Identity Module)是数字蜂窝移动电话的用户识别卡,它的全称是“用户识别模块”。它实际上是一张内含大规模集成电路的智能卡片,用来登记用户的重要数据和信息。 SIM卡在移动通信中起着极其重要的作用,本文主要阐述SIM卡具体的识卡机制。

首先我们了解一下什么是SIM卡,目前的SIM卡常用的有3种尺寸:

(1)标准SIM卡:25mm*15mm

(2)micro sim:15mm*12mm

(3)nano-sim:12.3mm*8.8mm

这几种SIM卡的PIN定义都是相同的,只是尺寸上有差异,其信号定义如下:

SIM卡内部的模块如下:

EEPROM:用于存放号码、短信等数据和程序并可擦写

ROM:用于存放系统程序,用户不可操作

RAM:用于存放系统临时信息,用户不可操作

其内部结构如下:

在SIM卡插入手机中会有两个过程:

1、识卡

2、鉴权入网

本文仅介绍识卡过程。

SIM卡的识卡过程遵循的规范是ISO7816(可以在网上找到该规范更具体的规范或私信工程师小何)。插入SIM卡后,SIM卡托中断会被触发,从而驱动modem开始识卡过程。

在中断触发之后(驱动最好把中断配上debounce,因为中断为机械机构,可能会有抖动),VSIM开始上电,如下图所示。

(1)在T0时刻开始,CPU开始发送CLK,开始给SIM卡通信提供时钟信号;

(2)在T0之后的200个时钟内,SIM卡会将SIO设置为接收方式,CPU也必须在这段时间内将其I/O线驱动器设置为接收方式,所以I/O线在T0后最迟不超过200个时钟周期的时间内被上拉电阻拉高到高电平(注意I/O与VSIM是共上拉电源的);

(3)CPU从T0时刻开始将RST保持在T0状态,并且在T0开始到T1后的40000到45000个时钟周期内将RST拉到高电平;

(4)SIM卡上的I/O的复位应答将在T1时刻后的400到40000个时钟周期内开始。

上述的过程为冷复位,需要VSIM进行上电操作之后才进行的复位,而如下图的过程为热复位,VSIM不下电,仅通过VSIM去做复位操作。其时序图如下所示:

在上图所示的整个复位过程中,CPU必须保持VSIM和clk一直稳定。

另注意所谓的ATR即answer to reset,即SIM卡在收到RST信号后,向CPU发送ATR,表明SIM卡开始响应的过程。

在CPU收到ATR后,会先向SIM卡发送“命令APDU”,APDU为串行数据交互,是手机和SIM卡之间的一种握手协议,SIM卡在收到APDU之后,再返回“响应APDU”,从而识卡,若在使用过程中发生干扰信号等问题使得APDU无法正常的发送和返回,即会发生掉下问题。

备注:部分内容来源于网络,侵删!

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