基于UART的智能卡接口IP核设计

REG模块通过tx_wr_strobe把数据tx_data写到TX模块中，TX模块按照设定的波特率往txd串行发送数据，同时把发送寄存器和发送移位寄存器的状态通过tx_ready和tx_shift_empty传回REG模块。
RX模块根据设定的波特率对rxd进行采样接收，当接收到1字节有效数据时置rx_char_ready有效，REG模块通过rx_rd_strobe读取接收的数据。
REG模块中包含控制寄存器、状态寄存器、波特率寄存器、数据寄存器，还包含Avalon总线接口逻辑以及各种寄存器的操作逻辑。
2．2 智能卡接口IP核结构设计，
智能卡的引脚有电源、地、复位、时钟、数据，其中只有复位和数据线与操作有关，因此在IP核中只需要复位线和数据线。
智能卡操作过程中，接收的数据和发送的指令都需要哲存在IP核内，因此要在UART核上增加发送和接收缓冲。除此之外，还需要增加协议处理模块用于操作过程中的判断和交互，增加收发切换模块实现异步半双工的切换，增加发送控制模块用于发送不同的数据。基于UART核的智能卡接口IP核结构如图4所示。

图4中，保留UART的RX和TX模块不变，在REG模块中增加了RX_BUF、TX_BUF、缓冲区长度寄存器，还增加了清缓冲区等功能。
在UART核的基础上增加协议处理模块，它是操作智能卡的核心。协议处理模块从RX模块直接截取数据并处理，根据流程进行各种操作。协议处理模块可以清除接收缓冲区中的过程数据、清除无效的发送指令，协议处理模块还控制收发的切换、控制发送指令、控制IC卡复位。
发送控制根据协议处理中的状态和命令，发送不同的指令到智能卡中。
2．3 协议处理的实现
在图4中，协议处理模块是实现CPU与智能卡交互的关键，本文采用状态转换的方法来实现。根据复位操作(图1)和指令操作(图2)的流程，可将智能卡的操作总结为7种状态：空闲状态、复位状态、接收1字节状态、接收定长数据状态、收到0x61状态、收到0x6c状态、其他状态。状态转换的主要条件是接收到特定的数据或接收到特定个数的数据，辅助条件是当前的状态和其他参数。状态转换图如图5所示。

空闲状态：刚上电或无操作时处于空闲状态，IP核等待CPU的命令。
复位状态：在空闲状态下收到复位命令后，复位智能卡并进入复位状态，等待接收数据。根据前2字节的回复设置接收数据长度，然后进入接收定长数据状态。
接收定长数据状态：根据前一状态的设置，等待接收固定个数的数据，当接收到设定个数的数据时，向CPU发送中断请求并跳转到空闲状态。
接收1字节状态：在空闲状态下当有效指令操作下发时，发送5字节命令头，进入接收1字节状态。在该状态下，收到0x60则不进行任何处理；收到INS时需判断LC，若LC不为0则发送剩余指令，若LC为0则设置接收长度进入到接收定长数据状态；接收到0x61或0x6c则分别进入到相应状态；接收到其他回复则设置固定接收长度为2，并进入接收定长数据状态。
收到0x61状态；接收1字节数据为0x61时进入该状态，在该状态下等待接收1字节数据并将该数据加到00 C0 00 00后一起发送，同时回到接收1字节状态。
收到0x6c状态：与收到0x61过程基本一样，将接收到的数据加到CLA INS P1 P2后面发送。
设计时，在非空闲状态下设定超时计数器，计数器溢出后无条件返回到空闲状态，同时清除接收和发送缓冲，表示本次操作失败。另外，所有的过程字节在状态处理时都被清除。