導語：射頻卡芯片設計研究論文一文來源于網友上傳，不代表本站觀點，若需要原創文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：介紹了一套基于AT88SC6416CRF開發醫院門診電子病歷的射頻識別系統設計方法。該系統既能方便安全地記錄門診病人相關的各種就診信息，又能確保數據在傳輸過程中的安全性，完全可以滿足門診電子病歷的基本要求。

關鍵詞：射頻識別系統電子病歷AT88SC6416CRF

1引言

射頻卡（簡稱RF卡）是一種新式非接觸IC卡，具有使用壽命長、對讀寫設備（PCD）無物理磨損、不存在因接觸而引起病菌交叉傳染等優點，所以特別適用于在醫院這種特殊場所進行信息儲存。RF卡的關鍵部分為鑲嵌在卡片內部的RF芯片，下面以AT-MEL公司的AT88SC6416CRF射頻卡芯片為例來討論其在門診電子病歷中的應用。

2芯片簡介

AT88SC6416CRF射頻卡芯片在出廠時已被做成封裝好的微型模塊，其體積僅為5．06×8．00×0．38mm3。內部帶有64kB的用戶EEPROM和2kB的系統EEPROM，遵循ISO14443B標準，使用13．56MHz頻段，內設防重疊系統，可支持多卡同時使用。該器件采用3組64位長、相互加密校驗的密鑰和密碼對，能重復寫100000次以上，數據可保持10年，并可抵抗各種惡劣的使用環境，溫度使用范圍為－40～＋85℃。AT88SC6416CRF采用開放式結構，具有良好的兼容性，允許用戶自行選擇讀卡設備同時與常用的PHILIPS公司的MC531兼容，而且價格低廉，每個芯片售價不到7元人民幣。

3內部結構

AT88SC6416CRF射頻卡芯片內部分為RF射頻接口電路和其它數字電路兩大部分，其功能組成框圖如圖1所示。

3．1系統配置區結構

AT88SC6416CRF內有大小為2．048bit的EEP-ROM單元，稱為系統配置區，專門用于存儲系統數據，如密碼、數據編碼方式和用戶內存中每個扇區的安全級別定義等。對配置區的操作可通過安全熔絲技術對卡的配置區等特定部分的編程寫入進行控制。該類操作只能由系統開發者以規定的控制時序邏輯來完成，普通的最終用戶如電子病歷卡的使用者無法改變其中的信息。

3．2用戶區內存結構

AT88SC6416CRF給用戶提供有8192個字節64kB的EEPROM存儲容量，整個用戶內存劃分為16個扇區，編號為扇區0～扇區15。每個扇區有16個頁（page），每個頁的長度為32個字節，這樣，一個扇區共有32Byte×16＝512Byte。用戶區內存具體的分配結構如表1所列。

表1用戶EEPROM具體分配結構

扇區0000001002003004005006007

共512個字節

1F81F91FA1FB1FC1FD1FE1FF

扇區1～扇區14000

……

1FF

扇區15000001002003004005006007

共512個字節

1F81F91FA1FB1FC1FD1FE1FF

3．3用戶區內存的存取

在讀卡器（即PCD）對RF卡進行配置時，將會加載安全認證協議，并對每一次讀／寫操作的當前密碼進行雙向校驗，同時用此安全認證機制來驗證數據的正確性。為了保證每個用戶扇區的數據安全，每個用戶扇區可以配置成自由讀／寫數據，或者設置操作密碼。各個不同的用戶扇區可以設置自己互不相同的密碼。AT88SC6416CRF芯片內部設有特殊計數器，同時可以限定嘗試密碼的次數，還可以有效地抵抗外界暴力破解密碼的攻擊。具體的安全認證過程如圖2所示。

在RF卡和識別系統建立起信任關系前，首先應將自己的卡號送給識別系統，以使識別系統計算出一個驗明身份的ChallengeA，并將它送給RF卡進行校驗。RF卡接著計算驗明身份的ChallengeB，同時將它送回給識別系統進行校驗。完成第一次雙向校驗后，識別系統開始讀取密碼，并由RF卡對讀取的該密碼進行檢查，檢查通過后，將發送檢驗用的Checksum和數據給識別系統，以便由識別系統對Checksum進行校驗。完成上面的第二步雙向校驗后，識別系統將寫密碼、數據和Checksum送給RF卡，再由RF卡對Checksum進行校驗。完成這第三步雙向校驗后，雙方即可建立起信任關系，同時識別系統即可對RF卡執行讀／寫操作。

在用戶卡與識別系統進行初始化系統配置區時，應當將不同類型的數據存儲在不同的區域(即存儲在多扇區的結構內)，而且只有在分別進行了安全認證后，才能進行存取操作；實際上，也可以給多個扇區選擇同樣的安全模式，以便把這些扇區當作一塊整體存儲區域來操作。這種特點為該卡的使用帶來了極大的靈活性。

4工作原理

筆者設計的這種射頻識別系統是由鑲嵌有AT88SC6416CRF以及天線的用戶卡片（PICC）和讀寫PICC的PCD系統共兩部分組成。其中PCD有兩種構成方法，第一種是用現成的ISO14443B讀寫OEM模塊，它帶有與PC機可以直接相連的接口，因而可以方便地實現對PICC的操作；第二種方法是只使用專用芯片RF531，它可與MCU（如AT89C52）一起構成PCD，該種方法比較復雜，但由于是從底層做起，靈活程度高，成本也較低。本文具體討論后者，其電路主要結構如圖3所示。

這種方法構成的整個射頻識別系統的基本原理是：根據ISO14443－2規定的要求，用PCD來產生通信的射頻場，其工作場頻為13．56MHz，該射頻場主要通過發射天線給作用范圍（10cm）內的PICC傳送功率。首先由PCD向PICC發一組固定頻率的電磁波，在電磁場的激勵下，RF芯片內的LC串聯諧振電路產生共振，從而使電容內有了電荷。在這個電容的另一端接有一個單向導通的電子泵，它可以將電荷送到另一個電容內并儲存，當所積累的電荷達到規定的電壓值時，此電容可作為電源對卡內其他部分的電路提供工作電壓，同時將RF芯片內的數據發射出去或接收PCD的數據。

PICC和PCD之間的雙向通信遵循ISO14443－2通信標準，主要的通信參數有位持續時間、二進制相移鍵控、調制系數、不歸零NRZ－L位編碼方式和副載波。雙方具體的識別和對話過程如下：PCD的射頻工作場激活→PICC靜待來自PCD的命令→PCD命令的傳送→PICC響應的傳送。

實現整個系統的設計程序代碼比較復雜，限于篇幅，本文將不一一列舉，有興趣者，可以參考其它有關文獻。

5典型應用

鑒于AT88SC6416CRF的特點和醫院信息化的需要，筆者已將該芯片組成的PICC（便攜式門診病人病歷卡）運用到日常的醫療活動中。由于該款RF芯片具有64kB容量的用戶EEPROM，因此，根據其自身特點可以將其全部作為一個大的存儲單元考慮到加密和校驗位的開銷，每個漢字用20bit，其容量足可存儲3276個漢字，可完全滿足記錄患者門診病歷的需要，從而方便用來存儲病人的姓名、性別、年齡、藥物過敏史、醫療保險ID號、每次就診記錄和輔助檢查結果等文本信息。有了該電子病歷，病人就診時只要在掛號處通過一定流程，（具體為：PCD讀卡→打印出處方單→在醫生處通過PCD調入以往病歷記錄→診療活動結束→）就可以將本次就診信息（包括輔助檢查結果）記入電子病歷以完成診視過程。醫院使用該系統時，只要在現有的醫院管理信息系統的基礎上，再在掛號處和門診部的每個工作站增加一個PCD，而不需要很多的資金投入，就可以輕松的實現門診病人病歷的無紙化，從而提升醫院微機應用檔次，更好地適應建設數字化醫院的時代要求。