基于FRAM的公交收費(fèi)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

摘要：FRAM是美國(guó)RAMTRON公司推出的一種集擦寫次數(shù)多，讀寫速度快，可靠性高的一種新型存儲(chǔ)器。本文介紹了一種采用FRAM，藍(lán)牙模塊實(shí)現(xiàn)的公交車刷卡，數(shù)據(jù)采集的實(shí)現(xiàn)方法。

關(guān)鍵詞：FRAM；藍(lán)牙模塊；

引言：自從20世紀(jì)70年代IC卡誕生以來(lái)，在飛速發(fā)展的微電子技術(shù)的帶動(dòng)下，IC卡已經(jīng)深入到社會(huì)生活的各個(gè)角落，各種各樣的卡大大方便了人們的生活：銀行的食堂卡、信用卡，公交車使用的交通卡，就餐使用的食堂卡，出入管理使用的考勤卡，打電話使用的付費(fèi)電話卡，手機(jī)中使用的SIM卡等等。
一 開(kāi)發(fā)背景
公共交通是我國(guó)居民出行的主要方式，但由于我國(guó)人口眾多，公共汽車常常擁擠不堪，售票員工作量較大，工作環(huán)境惡劣，公交收費(fèi)、找零、財(cái)務(wù)管理及對(duì)售票員的監(jiān)督難度較大。如果乘客人手一張智能卡，上車時(shí)只需將卡輕輕一晃，票款就自動(dòng)記錄下來(lái)，公交管理的問(wèn)題將應(yīng)刃而解。

二 系統(tǒng)概述
該系統(tǒng)運(yùn)用先進(jìn)的非接觸式IC技術(shù)，F(xiàn)RAM存儲(chǔ)和高效的籃牙網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)，為公交支付提供了安全可靠，低成本，方便高效的支付方式和完整的業(yè)務(wù)處理系統(tǒng)，為提高公交行業(yè)的服務(wù)質(zhì)量，樹(shù)立公交行業(yè)優(yōu)質(zhì)高效服務(wù)的新形象，奠定了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。同時(shí)，也為銀行更進(jìn)一步地發(fā)展持卡消費(fèi)，創(chuàng)造了良好的條件。此外，非接觸式IC卡多應(yīng)用技術(shù)的實(shí)施，使得同一張IC卡能夠提供更多的社會(huì)服務(wù)（如輪渡、地鐵及公園門票的非接觸式收費(fèi)），真正做到一卡多用，從而產(chǎn)生積極的社會(huì)效益和可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

RAMTRON公司的FRAM芯片跟傳統(tǒng)的EEPROM，F(xiàn)LASH相比有著幾乎無(wú)限次擦寫次數(shù)，數(shù)據(jù)安全性高等優(yōu)點(diǎn)，它的應(yīng)用，使得公交支付服務(wù)具備了以下優(yōu)點(diǎn)：

（1） 使用方便。公交車每次到達(dá)車站時(shí)，本次（一個(gè)來(lái)回）的刷卡記錄可以在到站時(shí)通過(guò)籃牙網(wǎng)關(guān)實(shí)時(shí)的傳到站內(nèi)的PC機(jī)中，所有操作均無(wú)需接觸，全部由系統(tǒng)自動(dòng)完成，不需人員干涉，降低人工成本。

（2） 簡(jiǎn)化讀卡器的結(jié)構(gòu)。傳統(tǒng)方案的數(shù)據(jù)至少需要保存一周左右，采用籃牙網(wǎng)關(guān)以后數(shù)據(jù)只用保存公交車出行一個(gè)來(lái)回的時(shí)間，數(shù)據(jù)就可以傳到站內(nèi)PC機(jī)，讀卡器內(nèi)的數(shù)據(jù)就可以清除，因?yàn)椴捎肍RAM（如：FM1808等并口系列芯片），數(shù)據(jù)不需要冗余雙備份，從體積，成本等方面來(lái)考慮都有所減少。

（3） 降低數(shù)據(jù)丟失的概率。數(shù)據(jù)在讀卡器里滯留的時(shí)間越長(zhǎng)，發(fā)生出錯(cuò)的概率越高，再加上采用FRAM來(lái)存儲(chǔ)交易記錄,更能保證數(shù)據(jù)不會(huì)出錯(cuò)。

（4） 良好的系統(tǒng)開(kāi)放性和通用性。通過(guò)采用良好的籃牙通用網(wǎng)關(guān)設(shè)備，使得系統(tǒng)可靈活增減符合籃牙協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議的公交讀卡器節(jié)點(diǎn)。為靈活組網(wǎng)提供了硬件基礎(chǔ)。 （5） 結(jié)算方便簡(jiǎn)捷。通過(guò)高效的金融網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可方便高效地進(jìn)行資金結(jié)算，大大加快了資金流動(dòng)，減少了資金周轉(zhuǎn)時(shí)間，為公交支付服務(wù)的進(jìn)一步發(fā)展提供了保證。

三 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
3.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖
3.2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)說(shuō)明：

（1） 銀行帳務(wù)主機(jī)：管理卡及帳戶檔案，以及所有卡及卡帳戶的帳務(wù)處理，IC卡業(yè)務(wù)的收發(fā)包處理，IC卡黑名單管理等，可通過(guò)X.25或TCP/IP協(xié)議與公交公司帳務(wù)主機(jī)通訊。

（2） 銀行網(wǎng)點(diǎn)加值系統(tǒng)：完成公交IC卡的開(kāi)卡，存款以及日常結(jié)算工作，通過(guò)銀行內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)與銀行帳務(wù)主機(jī)相聯(lián)。‘

（3） 公交主機(jī)系統(tǒng)：負(fù)責(zé)與銀行主機(jī)的數(shù)據(jù)通訊及交易的管理，以及通訊，日志，統(tǒng)計(jì)管理等。

（4） 公交分公司系統(tǒng)：負(fù)責(zé)與公交主機(jī)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通訊及交易的管理，包括對(duì)下級(jí)車載機(jī)系統(tǒng)管理，駕駛員管理，通訊管理，統(tǒng)計(jì)管理，日志管理等。

（5） 車載機(jī)收費(fèi)及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)：非接觸式收費(fèi)方式，均由非接觸式接收器和相應(yīng)通訊設(shè)施組成，完成公交IC卡的扣款，累計(jì)的交易統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)在車行駛過(guò)程中暫存到FRAM中，然后通過(guò)籃牙模塊在公交車進(jìn)站時(shí)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)系統(tǒng)中，再經(jīng)過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)焦恢鳈C(jī)。

四 硬件組成
4.1 計(jì)算機(jī)
主機(jī)：486以上機(jī)型即可，內(nèi)存8M以上，硬盤空間110兆以上，標(biāo)準(zhǔn)VGA彩顯，分辯率640480，鼠標(biāo)。

4.2 網(wǎng)絡(luò)
銀行主機(jī)、公交總公司主機(jī)與各分公司主機(jī)可通過(guò)X.25或TCP/IP協(xié)議聯(lián)網(wǎng)，車載收費(fèi)器與公交站之間的數(shù)據(jù)通訊采用標(biāo)準(zhǔn)的籃牙協(xié)議。

4.3 讀寫設(shè)備
讀寫器采用硬件加密的3DES（TRIPLE DES）。

4.4 智能卡選型
采用普通邏輯加密卡即可，例如SLE4428；

五 軟件組成
5.1公交系統(tǒng)功能說(shuō)明
系統(tǒng)軟件主要有以下部分組成：公交系統(tǒng)由車載系統(tǒng)，紅外線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，以及公交公司信息數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)等部分組成。

1． 車載系統(tǒng)

車載系統(tǒng)安裝于公共汽車上，使用公共汽車電源。它具有以下功能。

（1） 車載機(jī)開(kāi)機(jī)

車載機(jī)開(kāi)機(jī)，駕駛員卡啟動(dòng)完成。開(kāi)機(jī)后，可設(shè)置車票票額及路線。

（2） 車載機(jī)驗(yàn)票扣款

顧客上車后，使用IC卡，在10cm范圍內(nèi)，驗(yàn)票扣款?？ㄆ煞旁阱X包內(nèi)，不必取出。交易時(shí)間少于0.1秒。

（3） 語(yǔ)音及指示燈功能

正常交易及異常情況均有不同的鈴聲提示及指示燈顯示。

（4） 余額顯示

在每次驗(yàn)票扣款后，均有卡余額顯示。 （5） 防碰撞功能（自動(dòng)分辨功能）

當(dāng)多張卡同時(shí)進(jìn)入操作區(qū)時(shí)，車載機(jī)會(huì)提示只能一張卡進(jìn)入，當(dāng)一張卡完成操作未離開(kāi)操作區(qū)而有另一張卡進(jìn)入時(shí)，則這張卡不會(huì)對(duì)之前的卡片有影響。讀寫機(jī)也不會(huì)與后來(lái)的卡片交易，直至第一張卡離開(kāi)讀寫區(qū)為卡。

（6） 駕駛員卡結(jié)算

駕駛員每天換班時(shí)，用其駕駛員卡結(jié)算本機(jī)的收入總數(shù)，人次總數(shù)，月票人次數(shù)，以及結(jié)算時(shí)間，機(jī)號(hào)，駕駛員號(hào)等信息。

2． 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

（1） 黑名單下載

公交信息系統(tǒng)下載來(lái)自銀行的黑名單數(shù)據(jù)，傳輸方式采用籃牙協(xié)議傳輸。 （2） 黑名單安裝

在公交車發(fā)車時(shí)，對(duì)車載機(jī)黑名單通過(guò)籃牙模塊與公交車站內(nèi)的PC機(jī)進(jìn)行更新。

（3） 車載機(jī)籃牙數(shù)據(jù)采集

對(duì)車載機(jī)交易明細(xì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集。

（4） 交易數(shù)據(jù)傳輸

車載機(jī)內(nèi)FRAM的數(shù)據(jù)通過(guò)籃牙模塊送至公交站內(nèi)的PC系統(tǒng)中，再經(jīng)由公交公司信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)上送公交主機(jī)及銀行后臺(tái)主機(jī)。

3． 公交公司信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

該系統(tǒng)由分公司系統(tǒng)及總公司系統(tǒng)組成。通過(guò)高速M(fèi)ODEM進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

5.2 發(fā)卡系統(tǒng)及設(shè)計(jì)
在非接觸IC卡應(yīng)用系統(tǒng)中，發(fā)卡系統(tǒng)的安全及其管理機(jī)制，影響著整個(gè)系統(tǒng)的安全。銀行在指定范圍內(nèi)發(fā)行IC卡，如何安全地控制和管理發(fā)卡應(yīng)用系統(tǒng)，便成為IC卡應(yīng)用系統(tǒng)安全的關(guān)鍵。

本IC卡發(fā)卡系統(tǒng)，采用集中管理的方式，對(duì)于主密鑰的安全存儲(chǔ)采用硬件加密存儲(chǔ)。發(fā)卡系統(tǒng)核心密鑰的傳輸也采用3DES的方式實(shí)現(xiàn)。從而確保了整個(gè)發(fā)卡系統(tǒng)密鑰的安全性。

1． 發(fā)卡系統(tǒng)說(shuō)明

（1） 發(fā)卡系統(tǒng)結(jié)構(gòu)說(shuō)明

（2） 主密鑰生成

由多人輸入發(fā)卡主密鑰。主密鑰經(jīng)由工廠密鑰（Manufacture Key）經(jīng)3DES加密后，傳輸至非接觸式讀卡機(jī)，并在讀卡機(jī)內(nèi)部經(jīng)3DES解密，存放于加密存儲(chǔ)器芯片中。主密鑰包含以下密鑰： ① ISSUER KEY：發(fā)行者密鑰，用于系統(tǒng)控制。

② UPDATE KEY：個(gè)人信息修改密鑰，用于修改個(gè)人信息控制。

③ DEBIT KEY：錢包扣款密鑰，用于驗(yàn)票扣款。

④ CREDIT KEY：錢包存款密鑰，用于錢包存款。

（3） 發(fā)卡過(guò)程說(shuō)明

① 采用發(fā)卡管理卡啟動(dòng)發(fā)卡系統(tǒng)。

②輸入卡號(hào)等發(fā)卡信息。

③ 讀卡機(jī)讀取卡片序列號(hào)（Card Serial Number）

④ 在讀卡機(jī)內(nèi)，根據(jù)卡片序列號(hào)對(duì)各主密鑰進(jìn)行處理。

⑤ 將密鑰處理結(jié)果及數(shù)據(jù)寫入卡片中。

⑥ 卡片初始狀態(tài)為非啟用狀態(tài)。

5.3系統(tǒng)安全說(shuō)明
本系統(tǒng)IC卡脫機(jī)消費(fèi)的特性，使得其安全性控制顯得尤為重要，在本系統(tǒng)的安全性能設(shè)計(jì)中，主要考慮了銀行后臺(tái)安全控制，交易認(rèn)證等一系列措施。

1． 銀行后臺(tái)安全控制機(jī)制

為了確保系統(tǒng)的安全性，非接觸式IC卡的錢包存款采用聯(lián)機(jī)交易的方式，并且將存款密鑰存放于銀行后臺(tái)的安全芯片中，每次存款交易由銀行主機(jī)進(jìn)行校驗(yàn)，有效地防止了偽造存款現(xiàn)象的發(fā)生。

2． 交易認(rèn)證

本系統(tǒng)中，車載機(jī)在進(jìn)行驗(yàn)票扣款時(shí)，采用3次密碼的雙向認(rèn)證（符合ISO DIS9789-2要求）。所有數(shù)據(jù)均有16BIT的CRC校驗(yàn)。

3． 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)信息安全 在該IC卡網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的信息安全控制上，采用的是MAC（Message Authentication Code）校驗(yàn)的技術(shù)，確保交易信息的完整性和一致性。

4． 黑名單管理

黑名單管理是指IC卡處理時(shí)對(duì)黑名單卡信息的處理，由于IC卡在公交系統(tǒng)的大量脫機(jī)消費(fèi)交易，使得黑名單的管理顯得尤為重要，車載機(jī)上必須保存最新的黑名單信息，如上所述，黑名單管理采用了聯(lián)機(jī)下傳的方式。