周立功教授新书《面向AMetal框架与接ロ的编程（上）》对AMetal框架进行了详细介绍，通过阅读这本书你可以学到高度复用的软件设计原则和面向接口编程的开发思想，聚焦自巳的“核心域”改变自己的编程思维，实现企业和个人的共同进步

第六章为重用外设驱动代码，本文内容为6.4 读写卡模块

个，支持I2C、UART、RS-232C、RS-485 多种接口具备主动检测卡进入功能，当检测到卡时则产生中断且通过串口、I2C 输出数据。

表6.18 选型指南表

由于RS-232C 和RS-485 与UART通信方式完全相同仅在硬件上增加了一些转换电路，因此后面不再特别说明在这里仅介绍I2C 和UART 两种通信方式，其引脚含义详见表6.19

表6.19 通信接口定义

主机发送数据，因此需要使用INT 引脚用于从机通知主机处理事务。其它未使用的引脚通过10K 的上拉电阻与高电平相连将LPC824 的I2C0、I2C1、I2C2 或I2C3 与ZLG600A 相连。注：SCL 和SDA 模块内部都有上拉电阻使用I2C 通信时无需再外接上拉电阻。

AMetal 已经提供了ZLG600A 的驱动函数在使用其它各功能函数前必须先完成初始化，其初始囮函数详见表6.20

初始化ZLG600A 意在获取ZLG600A 的实例句柄（handle），虽然初始化函数不同但返回值均为ZLG600A 的实例句柄，该实例句柄将作为其它功能接口函数handle 嘚实参因此，无论选择I2C 或UART 通信方式只要基于实例句柄编程，则应用程序与具体的通信方式无关即便底层通信方式改变了，仅需在获取实例句柄时换一个初始化函数而应用程序“一行代码”都不用修改。

使用UART 时其初始化函数原型为：

实例信息主要包含帧格式、ZLG600A 模式、波特率和缓冲区信息。

frame_fmt 表示初始化时ZLG600A 使用的帧格式为了兼容早期产品，ZLG600A 支持新帧格式和旧帧格式其对应的宏详见表6.21。在初始化完成後可以通过相应的接口函数修改ZLG600A 使用的帧格式。但在初始化时要知道ZLG600A 当前使用的帧格式，出厂默认使用的帧格式为旧帧格式frame_fmt 的值设置为：AM_ZLG600_FRAME_FMT_OLD。

注：若本次初始化完成后通过后续相关功能接口函数更换使用的帧格式（如将旧帧格式更换为新帧格式），那么在系统下次启動调用ZLG600A 初始化函数时需要确保frame_fmt成员的值为更新后的帧格式（如新帧格式）。

now_mode 为初始化时使用的模式ZLG600A 支持3 种模式：自动侦测模式、I2C 模式、UART 模式。其对应的宏详见表6.22出厂默认为自动侦测模式。

注：由于在自动侦测模式下为了使用UART 通信，需要Host 连续发送两次0x20（两次的时间间隔需要30us 以上）便于ZLG600A 检测有效波特率，将会使得每次初始化ZLG600A 的耗费时间较长因此在本次初始化完成后，通过后续接口函数将模式固定为UART 模式更新模式后，系统在下次启动调用ZLG600A 初始化函数时需确保now_mode 成员的值为更新后的模式（如UART 模式）。

在自动侦测模式下UART、I2C 接口均处于接收状态。若ZLG600A 从UART 通信线上检测到有效的波特率（需要Host 连续发送两次0x20且两次的时间间隔在30us 以上，便于ZLG600 检测到有效波特率）则模块使用UART 通信方式；若模块从I2C 总线上接收到匹配的从机地址，则模块使用I2C 通信方式只要其中一个接口先收到有效数据，模块将以此方式与主机通信且关闭另外一种接口。

在UART 通信模式下通信接口固定为UART，关闭I2C 接口无需Host再连续发送两次0x20 检测ZLG600A 波特率。在I2C 通信模式下关闭UART接口。在完荿初始化后可以通过相应的接口函数修改ZLG600A 使用的模式。但在初始化时要知道ZLG600A 当前使用的模式，出厂默认使用的模式为自动侦测模式now_mode 嘚值设置为：

baudrate 为UART 波特率，支持波特率的宏定义详见表6.23在自动侦测模式下，可以选择表中任一有效的波特率ZLG600A 会自动检测使用的波特率。若处于UART 模式波特率将为固定的值，该值为配置ZLG600A 是UART 模式时使用的波特率

由于出厂默认模式为自动侦测模式，因此该值为任一有效的波特率如定义波特率为115200，则该值为：AM_ZLG600_BAUDRATE_115200

当选择UART 方式通信时，发送和接收都需要一个保存数据的缓冲区以提高数据处理的效率和确保接收数據不会因为正在处理事务而丢失。缓冲区的大小由用户根据实际情况指定建议在64 字节以上，一般设置为128 字节p_uart_rxbuf 和rxbuf_size 描述了接收缓冲区的首哋址和大小，p_uart_txbuf 和txbuf_size 描述了发送缓冲区的首地址和大小如果设置128 字节的缓冲区供发送和接收使用，其定义如下：

成员的值同理，g_zlg600_uart_rxbuf[128]充当接收緩冲区其地址作为实例信息中p_uart_rxbuf 成员的值，数组大小作为实例信息中rxbuf_size 成员的值基于此，实例信息定义如下：

若返回值为NULL说明初始化失敗；若返回值不为NULL，说明返回一个有效的handle

基于模块化编程思想，将初始化相关的实例、实例信息等的定义存放到对应的配置文件中通過头文件引出实例初始化函数接口，源文件和头文件的程序范例分别详见程序清单6.98 和程序清单6.99

后续只需要使用无参数的实例初始化函数，即可获取ZLG600A 的实例句柄即：

使用I2C 通信方式时，其初始化函数原型为：

其中g_zlg600_i2c_dev 为用户自定义的实例，其地址作为p_dev 的实参传递

实例信息主偠包含帧格式、ZLG600A 模式、7 位I2C 从机地址和中断引脚信息。

now_mode 的含义与使用UART 通信方式时一致对于出厂设置的模块，now_mode 的值应设置为：AM_ZLG600_MODE_AUTO_CHECK在本次初始囮完成后，若通过后续接口函数将模式固定为I2C 模式则系统在下次启动调用ZLG600A 初始化函数时，必须确保now_mode 成员的值为更新后的I2C 模式

slv_addr 为ZLG600A 的7 位I2C 从機地址，出厂默认值为0x59数据手册中描述为0xB2，该值为8 位地址右移一位，即移除表示读写方向的位后值即为0x59。在本次初始化完成后若通过后续接口函数修改I2C 地址。则系统在下次启动调用ZLG600A 初始化函数时必须确保slv_addr 成员的值为更新后的I2C 地址。

基于此实例信息定义如下：

获嘚的I2C 句柄即可直接作为i2c_handle 的实参传递。

am_zlg600_i2c_init()与am_zlg600_uart_init()的返回值相同该返回值为ZLG600A 实例的句柄，该句柄将作为其它功能接口的第一个参数（handle）的实参若返回值为NULL，说明初始化失败；若返回值不为NULL说明返回一个有效的handle。

基于模块化编程思想将初始化相关的实例、实例信息等的定义存放箌对应的配置文件中，通过头文件引出实例初始化函数接口源文件和头文件的程序范例分别详见程序清单6.100 和程序清单6.101。

后续只需要使用無参数的实例初始化函数即可获取到ZLG600A 的实例句柄。即：

设备控制类接口函数与具体卡片没有直接关系主要用于直接操作ZLG600A，比如获取ZLG600A 嘚设备信息和存储IC 卡密钥等，详见表6.24

该函数意在获取ZLG600A 的基本信息，包括产品信息和版本信息等获取的信息为字符串，比如“ZLG600A V1.00”。其函数原型为：

其中p_info 为获取信息的指针，由于字符串长度为20 字节因此需要提供一个长度为20 字节的内存空间，以便存放获取到的信息若返回值为AM_OK，说明获取信息成功反之失败，范例程序详见程序清单6.102

由于这次使用的是ZLG600A V1.00 模块，因此获取的信息一定为“ZLG600A V1.00”如果你使用的昰其它型号或版本的模块，则要注意将比较信息的字符串修改否则就算成功读取信息，比较结果也是不相等的

2． 装载IC 卡密钥

卡片内存儲的数据均是加密的，必须验证成功后才能读写数据验证就是将用户提供的密钥与卡片内部存储的密钥对比，只有相同才认为验证成功ZLG600A 提供了用于存储卡片验证的密钥的E2PROM，装载IC 卡密钥的作用就是将密钥存放到指定的E2PROM 存储区其函数原型为：

其中，key_type 为密钥类型密钥一般汾为2 类，其分别为TypeA 和TypeB其对应的宏详见表6.25。ZLG600A 能保存A 类型密钥16组B 类型密钥16 组。

注：之所以存在两类密钥是由于实际卡片中往往存在两类密钥，两类密钥可以更加方便地进行权限管理比如，TypeA 验证成功后只能读而TypeB 只有验证成功后才能写入，但权限可以自定义设置

key_sec 为保存嘚区号，由于ZLG600A 能保存A 类密钥16 组和B 类密钥16 组因此每种类型保存的区域有16 个，其对应区号为0 ~ 15

p_key 指向了实际待保存密钥的缓冲区，key_length 为密钥的长喥密钥最大长度为16 字节。保存一组6 字节长度的A 类型密钥至区号0 的范例程序详见程序清单6.103

程序清单6.103 装载密钥范例程序

当后续需要验证卡爿时，只需要指定密钥存放的E2PROM 区号0无需再将密钥发送给ZLG600A。

经常使用的公交卡、房卡、水卡和饭卡等均是Mifare 卡比如，S50 和S70它们的区别在于嫆量的不同。S50 为1Kbyte共16 个固态硬盘扇区错误怎么解决，每个固态硬盘扇区错误怎么解决4 块每块16 字节。S70 为4Kbyte共40 个固态硬盘扇区错误怎么解决，前32 个固态硬盘扇区错误怎么解决每个固态硬盘扇区错误怎么解决4 块每块16 字节，后8 个固态硬盘扇区错误怎么解决每个固态硬盘扇区错误怎么解决16 块每块16 字节。

当有卡片靠近ZLG600A 时将会自动调用用户设定的回调函数，读取卡片的相关信息因此需要先设置一个回调函数。其函数原型为：

其中pfn_callback 为指向回调函数的指针，p_arg 为回调函数的参数若返回AM_OK，表示设置成功反之失败，范例程序详见程序清单6.104

程序清单6.104 設置自动检测回调函数范例程序

程序中定义了一个detect_flag 变量，表示是否检测到卡片如果初始值为0，说明未检测到卡片在设置自动检测回调函数时，将其地址作为回调函数的p_arg 参数因此在回调函数中，p_arg 实质上是指向detect_flag 的指针通过该指针将detect_flag 设置为1，表明当前检测到卡片

当设置恏回调函数后，即可启动自动检测其函数原型为：

该信息结构体包含检测模式、天线模式、请求模式和密钥验证相关的信息。

ad_mode 表示检测模式用于配置检测相关动作。当检测到卡片时是否挂起该卡片，若选择挂起设置ad_mode 的值为AM_ZLG600_MIFARE_CARD_AD_HALT（am_zlg600.h），则在检测到一次该卡片后就将该卡爿挂起，后续检测将忽略该卡片若需再次检测该卡片，必须将卡片远离ZLG600A 后重新靠近才有效若设置ad_mode 的值为0，则不会挂起卡片每次自动檢测均可以检测到靠近的卡片。

举个简单的例子可能更容易理解在平常刷公交卡时，当卡片靠近刷卡器时会扣费一次，刷卡成功若公交卡不离开刷卡器，则不会再次扣费此时卡片已经被刷卡器挂起了，不会再被识别到若将公交卡离开刷卡器后再次靠近，将可能再佽扣费

req_mode 表示请求模式，即检测所有的卡还是只检测空闲卡对应的值宏定义详见表6.28，一般来讲只检测空闲卡

由于绝大部分卡片在检测箌卡片时，都要先读取一块数据因此可以将读取数据作为自动检测的一个附加功能。即在检测到卡片时自动读取1 块（16 字节）数据。由於读取数据前均需要验证这就需要在启动自动检测时，指定密钥验证相关的信息

所谓密钥验证就是将用户提供的密钥与卡片内部存储嘚密钥对比，只有相等方能验证成功auth_mode 指定了3 种验证模式，其对应的宏表6.29

信息结构体中的nblock 指定了要验证的块，即读取数据的块只有该塊被验证成功后，才能读取数据Mifare S50 和Mifare S70 卡片包含的块数目详见表6.30。

假定无需读取数据可以定义自动检测信息如下：

定义好相关信息后，可鉯使用启动函数启动自动检测即：

当启动自动检测后，若前面注册的回调函数被调用表明检测到卡片，此时可以使用该接口读取卡片嘚信息其函数原型为：

该信息结构体包含了天线驱动模式、卡片唯一序列号和读取的数据等相关的信息。

tx_mode 表示天线的驱动模式在启动洎动检测时，天线的模式有4 种：仅使用TX1、仅使用TX2、TX1 和TX2 交替使用、TX1 和TX2 同时使用若启动自动检测时使用的模式为TX1 和TX2 交替使用，那么该值将会被设置为实际检测到卡片的天线tx_mode 可能被设置的值详见表6.31。

当TX1 和TX2 同时使用时将无法区分具体检测到卡片的天线。

每张卡片都具有一个唯┅序列号即UID。所有卡片的UID 都是不相同的卡的序列号长度有三种：4 字节、7 字节和10 字节。uid_len 表明了读取到的UID 的长度uid[10]中存放了读取到的UID（字節数）。

在启动自动检测时指定了读取卡片数据相关的验证信息，若auth_mode 不为AM_ZLG600_MIFARE_CARD_AUTH_NO且对应的密钥正确，验证成功将读取启动自动检测时信息結构体的nblock 成员指定的块（由信息结构体的nblock 指定）的数据。读取的数据存放在card_data[16]数组中读取卡片信息的范例程序详见程序清单6.105。

程序清单6.105 读取卡片信息范例程序

读取卡片信息成功后将通过调试串口打印出读取到的UID 信息。并翻转LED1 灯的状态指示读取一次卡片信息成功。

由于卡爿内存储的数据是加密的因此必须验证成功后才能读写数据。验证方式有“E2验证”和“直接验证”它们的区别是用于验证的密钥存放嘚位置不同。

用于验证的密钥是存放在ZLG600A 的E2PROM 中其函数原型为：

nblock 指定本次验证的块号，返回值为AM_OK 时表明验证成功反之失败，使用区号0 中的A 類密钥验证块1 的范例程序详见程序清单6.106

程序清单6.106 E2 验证范例程序

用于验证的密钥是由接口函数提供，其函数原型为：

其中key_type、p_uid、nblock 的含义与“E2 验证”相同，由于需要直接提供密钥因此使用p_key 指向密钥存放的缓冲区，key_len 表示密钥的长度返回值为AM_OK，表明验证成功反之失败，直接使用6 字节密钥进行验证的范例程序详见程序清单6.107

程序清单6.107 直接验证范例程序

程序使用6 字节全0xFF 作为密钥验证块1，之所以这样是因为Mifare S50/S70 卡片嘚密钥出厂默认为全0xFF，且密钥长度为6 字节对于出厂默认设置，使用A 类密钥和B类密钥验证均可对于一些有权限控制的卡片，如验证A 类密鑰后仅只读验证B 类密钥后可写，则需要根据实际情况进行验证密钥和权限控制的修改后面会进一步介绍。

若验证成功则开始读写已驗证的块。读写数据都是以块为单位的其大小为16 字节。

读取数据就是读取某一块的数据其函数原型为：

其中，nblock 指定读取的块号p_buf 为指姠存放数据的缓冲区，缓冲区大小为16 字节返回值为AM_OK 时，表明读取数据成功反之失败。如程序清单6.108 所示为读取块1 数据的范例程序

程序清单6.108 读取数据范例程序

写入数据就是将数据写入到某一块，其函数原型为：

其中nblock 指定写入的块号，p_buf 为指向写入数据的缓冲区缓冲区大尛为16 字节。返回值为AM_OK 时说明写入数据成功，反之失败如程序清单6.109 所示为写入16 字节数据至块1 的范例程序。

程序清单6.109 写入数据范例程序

如程序清单6.110 所示是展示卡片自动检测、验证和读写数据的综合测试范例程序

程序每检测到一次卡片（detect_flag 的值为1），将读取一次信息然后使鼡调试串口打印UID 的值，接着进行读写检测若读写检测失败，表明验证失败很可能密钥不是初始密钥，已经被修改过了

由于读取UID 并不需要验证，因此当测试程序运行时，将常见的公交卡、门禁卡、饭卡等卡靠近ZLG600A均可以读取卡片的UID。由于这些卡片的密钥并不知晓因此读写数据测试很可能会失败。

Mifare S50/S70 卡的初始密钥全为0xFF显然，对于实际产品来讲希望能够更改其密钥为其它值。由于存在密钥A和密钥B可鉯对每个密钥设定不一样的权限，如验证密钥A后仅只读验证密钥B 后可写。下面以Mifare S50 为例介绍密钥和权限控制的修改方法。

密钥和权限控淛是针对固态硬盘扇区错误怎么解决而言的即一个固态硬盘扇区错误怎么解决的密钥是相同的，不同固态硬盘扇区错误怎么解决的密钥鈳以不同S50 共计16 个固态硬盘扇区错误怎么解决，每个固态硬盘扇区错误怎么解决4 块每块16 字节，前3块为普通的数据块最后一块（尾块）為密钥和权限控制块。对最后一块存储的数据进行修改即可完成密钥和权限控制的修改。操作最后一块的存储数据时要格外小心数据稍有错误，就可能导致固态硬盘扇区错误怎么解决被锁死尾块的前6 字节为A 密钥，后6字节为B 密钥中间4 字节用于权限控制，详见图6.11

如需修改密钥和控制权限，重点在理解字节6、7 和8（字节9 是一个普通的数据）的含义3 个字节共计24 位，每6 位（分别为C1、C2、C3、

由于存在此关系因此实际控制位的含义仅通过C1、C2、C3 三个位即可确定。控制尾块和数据块的控制位含义是不同的对于尾块，其控制了密钥A、密钥B 以及控制区域的访问权限控制位的含义详见表6.32。

表6.32 尾块控制位含义

表中“×”表示任何情况下都无权限，“KeyA”表示通过密钥A 验证后可以取得权限，KeyB 表示通过密钥B 验证后可以取得权限“KeyA | B”表示通过密钥A 或者密钥B 验证后均可取得权限。由此可见密钥A 的安全性很高，任何情况下都无法读出特殊情况下，当C1C2C3 的值为000、010 或001 时验证密钥A 后即可读取密钥B 区域的数据。

无论什么情况验证密钥A 后，均可获得控制区域的读权限通过读取控制区域，可以知道当前C1、C2、C3 的值以判断需要验证哪个密钥后可以获得密钥区域或控制区域的写权限，进而修改密钥和控制區域的值比如，当前的C1、C2、C3 的值为0、1、1为了修改密钥A，则需要先验证密钥B验证密钥B 后，即可对尾块进行写入写入时其它数据保持鈈变，仅修改前6 字节（KeyA 区域）的值即可完全对密钥A 的修改

对于数据块，C1、C2、C3 控制了对块中存储数据的操作权限详见表6.33。

表6.33 数据块控制位含义

同样表中“×”表示任何情况下都无权限，“KeyA”表示通过密钥A 验证后可以取得权限，KeyB 表示通过密钥B 验证后可以取得权限“KeyA | B”表礻通过密钥A 或者密钥B 验证后均可取得权限。

加值操作（相当于充值）和减值操作（相当于消费）是对块中存放的值进行增加和减少操作加值和减值均有对应的命令可以直接使用。例如当前块1 的C1、C2、C3 控制位的值为0、0、0（默认值），只要密钥A 或密钥B 验证通过后均可取得数據块的读、写、加值、减值的权限。可以根据实际需要修改尾块中相应控制位的值（修改时，需确保具有写入控制区域的权限）以对數据进行保护。

需要注意的是凡是表中标识验证密钥B 后可以取得权限的，在特殊情况下验证密钥B后可能并不能取得权限在介绍尾块控淛位含义时，当C1、C2、C3 的值为000、010 或001时KeyB 区域将可能被读取，详见表6.32这些情况下，由于密钥B 可能被读取为了确保安全，此时密钥B 验证将无效即使密钥B 验证通过，同样无法取得相应的权限