SIM卡与ME的协议交互过程.docx

SIM 卡与 ME 的协议交互过程责任人：设计开发部 文小明报告提交日期：2005-4-301 前言 32 缩写和符号的说明 33 物理层上与项目相关的一些规范 43.1 SIM 卡的两种规格 43.2 SIM 卡的触点分配 43.3 SIM 卡触点的电气特性 43.3.1电源电压Vcc 4.3.3.2 复位RST 5.3.3.3编程电压Vpp 5.3.3.4 时钟CLK 5.3.3.5输入/输出I/O 6.4 数据链路层上 SIM 卡与 ME 的通信 64.1 SIM卡的连接和激活 64.2 SIM 卡的复位 64.2.1 SIM卡的冷复位 7.4.2.2 SIM卡的热复位 7.4.2.3 字符帧传输 7..4.2.4 ATR 过程 8.4.2.5 ATR过程的一个实例 1.4.2.6 PTS 过程 114.2.7 PTS过程的一个实例 124.3 SIM卡与ME之间命令-响应过程 124.4 SIM卡与ME之间命令-响应过程的一个实例（SELECT） 134.5 SIM卡的释放 145 SIM卡的文件系统简介 145.1文件的三种类型 145.2 文件标识 155.3 基本文件的三种结构 155.4 文件访问控制 155.5 SIM卡的文件系统示意图 166 SIM卡的命令系统简介 186.1 SELECT （命令+命令数据） 196.2 STATUS （命令+响应数据） 216.3 READ BINARY （命令+响应数据） 216.4 UPDATE BINARY （命令+命令数据） 216.5 GET RESPONSE （命令+响应数据） 226.6 RUN GSM ALGORITHM （命令+命令数据） 227 登陆 GSM 网络时 SIM 卡要执行的过程 221 前言本报告完成的是“Elvis智能拨测设备”项目中的一个任务，目的是探讨怎样用单片机 来模拟 SIM 卡的部分功能（使设备能登陆到 GSM 网络即可）。

报告主要参考了 GSM 11.11 version 5.5.0 和 GSM 11.12 version 5.0.0规范，并同时参考了 IS07816-l,2,3 规范中的 相关内容2 缩写和符号的说明ACCAD APDUATR BCCHCBMIDAccess Control Class 接入控制类别Administrative Data 管理数据Application Protocol Data Unit 应用协议数据单元 Answer to Reset 复位应答Broadcast Control Channel 广播控制信道Cell Broadcas t Message Iden ti fier for Data Download用于下载 的小区广播信息标识CHVDFEFetuFPLMNGSMHPLMNICCIDIMSIKcKiLOCILPMEMFPLMNPTSSIMSSTSRES‘XX'Card Holder Verification information 卡支持器检验信息 Dedicated File 专用文件Elementary File 基本文件Elementary Time Unit 基本时间单元Forbidden PLMN 禁止登陆的 PLMNGlobal System for Mobile Communications 全球移动通信系统Home PLMN 归属 PLMNIntegrated Circuits Card Identifier 智能卡标识 International Mobile Subscriber Identity 国际移动用户识别码 Ciphering key 密码本用户鉴权码Location Information 位置信息Language Preference 语言选择Mobile Equipment移动设备，包括各种的GSM模块Master File 主文件Public Land Mobile Network 公众陆地移动网Protocol Type Selection 协议类型选择 Subscriber Identity Module 用户识别模块 SIM Service Table SIM 卡服务表Signed RESponse 符号响应，鉴权的计算结果 用单引号表示十六进制数，如'90'表示十六进制数 Ox90VOH最大输出电压，其他类似符号可类推tR tF 脉冲的上升时间和下降时间RF3 物理层上与项目相关的一些规范SIM卡是智能卡的一种，除非在GSM应用中有特殊规定，否则应该符合智能卡的一般规 范，即ISO7816-1,2,3。

本节介绍了 SIM卡的规格以及SIM卡上触点的功能分配和电气特性3.1 SIM 卡的两种规格早期使用的SIM属于ID-1型号，如卡片般大小近期使用的SIM 一般属于Plug-in型 号，尺寸是25mmX15mmPlug-in型号的SIM可以由ID-1 SIM切去多余的塑料片后得到3.2 SIM 卡的触点分配各触点在SIM上的位置可以参考ISO7816-2，下表是各个触点的编号以及功能分配触点编号分配触点编号分配C1电源电压VccC5接地GNDC2复位RSTC6编程电压VppC3时钟CLKC7输入/输出I/OC4保留C8保留表3.2.1 SIM卡的触点分配3.3 SIM 卡触点的电气特性3.3.1 电源电压 Vcc据GSM 11.11规定，SIM卡应该工作在如下表所示的电压范围内符号最小值最大值单位Vcc4,55,5VIcc10mA注：Icc是Vcc上的电流，下面相关定义与此同表3.3.1.1 +5V供电下Vcc的电气特性另外，据GSM 11.12补充规定，GSM Phase 2的SIM卡应该同时支持+5V和+3V供电电 压在+3V供电时SIM卡的工作范围如下：符号最小值最大值单位Vcc2.73.3VIcc6mA表 3.3.1.2 +3V 供电下 Vcc 的电气特性支持+3V和+5V供电技术的ME会先用+5V给SIM卡供电。

如果SIM卡在相关的信息位上 置1表明支持+3V供电技术（详见SELECT命令的编码规定），ME就可以切换到+3V供电但 是如果ME只支持+3V供电，它会拒绝只支持+5V供电的SIM卡（详见GSM 11.12的规定）下面各个触点的电气参数均是在+3V供电时给出的，+5V供电的情况请参考GSM 11.113.3.2 复位 RSTME会用如下参数范围内的RST信号去复位SIM卡符号条件最小值最大值单位VOHIOHmax = + 20 皿0.8 x VccVccVVOLIOLmax = -200 UA00.2 x VccVtR tFCin = Cout = 30 PF400表 3.3.2.1 RST 的电气特性SIM卡详细的复位和复位应答过程（ATR）见4.2.3节3.3.3 编程电压 VppSIM卡不使用Vpp3.3.4 时钟 CLKSIM卡应该使用在CLK上提供的1到5MHz的外部时钟，不应使用自己的内部时钟CLK 信号的电气特性如下符号条件最小值最大值单位VOHIOHmax = + 20 皿0.7 x VccVccVVOLIOLmax = - 20 皿00.2 x VccVtR tFCin = Cout = 30 PF50ns表3.3.4.1 CLK的电气特性另外如果SIM卡在鉴权或执行ENVELOPE命令的过程中需要使用13/4MHz的时钟，应该 在相关的信息位上置1来表示（详见SELECT命令的编码规定）。

GSM Phase 2的SIM卡应该支持“时钟停止模式”并在相关的信息位上置1来表示（详 见 SELECT 命令的编码规定）在此模式下 ME 会在启动时钟后经过最少 744 个时钟周期才会 发出第一条命令，并在接收最后一位应答字符后经过最少1860 个时钟周期才会关闭时钟3.3.5 输入/输出 I/O这个触点是SIM卡与ME之间通信的唯一通道它支持半双工串行通信，有发送和接收 两种状态，并且应该在不传输数据时置为接收状态它的电气特性如下符号条件最小值最大值单位VIHIIHmax = 士 20 M0.7 x VccVcc+0.3VVIL1口 = + 1 mA-0.30.2 x VccVVOHIOHmax = + 20 皿0.7 x VccVccVVOL［小 =-1mAOLmax00.4VtR tFC. = C , = 30 pFin out1表 3.3.5.1 I/O 的电气特性4 数据链路层上 SIM 卡与 ME 的通信ME和SIM卡之间的对话应按如下顺序操作：♦ SIM卡的连接和激活♦ SIM卡的复位♦ SIM卡与ME之间命令-响应过程♦ SIM卡的释放4.1 SIM 卡的连接和激活正确连接ME和SIM卡后（请参阅ME的说明），ME按如下顺序激活SIM卡：♦ 置 RST 为低电平♦ 给 Vcc 供电♦ ME和SIM卡的I/O 口均置为接收状态♦ CLK 上有稳定的时钟信号4.2 SIM 卡的复位在激活SIM卡后，ME会冷复位或热复位SIM卡。

随后，SIM卡应该复位内部数据并且 发起ATR过程而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 率这些过程正常结束后，ME和SIM卡就可以开始各种命令-响应过程4.2.1 SIM 卡的冷复位正确连接和激活SIM卡后，ME就会立刻对SIM卡进行冷复位，复位信号的时序如下图 示：注：SIM卡应当在RST被拉高后400到40000个时钟周期内（tl）发起ATR过程T0 与 T1 之间间隔 40000 个时钟周期图4.2.1.1 SIM卡的冷复位4.2.2 SIM 卡的热复位ME可在SIM卡被激活后的任何时间里随时对SIM卡进行复位，这称为热复位热复位 时，RST会先被拉低40000个时钟周期，然后再被拉高SIM卡的应答则跟冷复位相同热 复位过程如下图示：注：SIM卡应当在RST被拉高后400到40000个时钟周期内（tl）发起ATR过程T0 与 Tl 之间间隔 40000 个时钟周期图4.2.2.1 SIM卡的热复位4.2.3 字符帧传输SIM卡与ME之间使用I/O进行半双工串行通信（一般是异步的）I/O 口上的信息被打 包为字符帧来传输，这种字符帧是SIM卡与ME之间通信的基础，在随后的ATR过程，PTS 过程和命令-响应过程中同样要使用。

4.2.3.1 字符帧的结构字符帧一共有10 位，它的结构如下图示S1 1 'Bi1 1 1 1CPS1 1一帧 k注: S 是开始位，低电平Bi是第i字。