基于ARM的IC卡机房管理终端设计

成都理工大学硕士学位论文基于ARM的IC卡机房管理终端设计姓名：李佳南申请学位级别：硕士专业：测试计量技术与仪器指导教师：方方;周建斌20090501摘要I基于基于基于基于ARM的的的的IC卡机房管理终端设计卡机房管理终端设计卡机房管理终端设计卡机房管理终端设计作者简介：李佳南，男，1985年11月生于河南省，2006年师从方方教授，于2009年6月毕业于成都理工大学核技术与自动化工程学院测试计量技术与仪器专业。摘摘摘摘要要要要目前，许多高校在机房管理上使用了IC卡，其中少数机房是使用接触式IC卡，众所周知，接触式IC卡在可靠性、易用性、安全性、高抗干扰性和工作距离方面不及非接触式IC卡，因此很多接触式IC卡基本已被非接触式IC卡取代。经过调研发现，使用IC卡的机房管理系统的基本工作方式是每个机房中配置了1个IC卡读写终端和1台监控机。IC卡读卡终端只是一个普通的读卡器，只负责读取卡内信息，并通过串口等通信方式将IC卡信息传输给监控机，读卡终端本身没有信息存储功能，实际的计费管理完全是通过监控计算机控制，监控计算机向中心服务器端定时或实时传输刷卡信息。由于整个系统要占用一台微机，而且中间的信息传递、计费环节都要由它来完成，不仅浪费资源，而且也增加了安全隐患。在这种工作模式下，会出现一些问题和漏洞：1)可靠性不高由于读卡设备与监控计算机之间的信息传输只是暂时保存在监控计算机中，如果监控计算机遭到病毒袭击或者出现硬件故障，将出现无法挽回的后果。而且由于学生信息都保存在监控计算机中，因此存在着人为伪造、篡改和徇私舞弊行为的极大可能。2)IC卡的特点未完全体现IC卡除了能标识身份外，还有电子钱包功能，能对其进行充值和扣款，但是上述方法基本上IC卡只用做标识身份，实际的每次扣款，都是由监控计算机和中心服务器来完成，基本与读卡设备无关。3)不方便学生上机和收费管理学生每次上机刷卡，都要由监控计算机连接中心服务器端，由中心服务器端读出学生信息，进行核对，而且对学生的扣款需要额外的计算机软件来进行计时和计费处理，显得比较繁琐。鉴于以上问题，为提高机房管理效率，降低工作强度，并及时处理机房发生的故障，采用机房计费管理系统势在必行。如果能在读卡终端设备中完成计费的大部分功能，并且增加存储功能，这样就可以减少监控计算机的负担，甚成都理工大学硕士学位论文II至读卡终端设备可以直接与中心服务器通信，不仅能增加系统的可靠性和安全性而且还充分利用了IC卡的功能，还降低了财务统计和计算带来的麻烦。目前已经应用于机房管理的解决方案主要有3种方式，即:软硬件结合控制方式、帐号方式和门禁方式。鉴于设计要求，并且考虑到安全、可靠、简单等因素，如果在软硬件结合控制方式中，把更多的任务交由读卡终端，比如由读卡终端来存储数据、计费管理，同时如果读卡终端能实现TCP/IP通信，那么监控计算机的任务就大大降低，甚至可以由读卡终端直接与中心服务器通信。就减少了一些不必要的麻烦和安全风险。本论文的设计就是基于这一点来进行的。本系统要求数据传输稳定可靠，实时性要好，另外考虑到性价比等因素，综合考虑选择将μC/OS-II操作系统移植到ARM7上作为开发平台。在此平台基础上，考虑到TCP/IP协议栈的实现与要采用的硬件的性能以及实现的成本有关。从解决这一技术问题出发，结合本论文研究的应用对象，决定使用嵌入式操作系统，此种方案可以描述为嵌入式TCP/IP协议栈＋嵌入式操作系统＋微控制器。本文介绍了一种基于ARM7的IC卡机房管理终端的设计方案。该系统在ARM7的基础上实现了μC/OS-Ⅱ操作系统的移植和TCP/IP协议栈的嵌入，能够正确读写IC卡信息，增加了SD卡存储功能，完成计费操作，实现液晶显示功能，能够通过以太网或串口直接与服务器通信。本文详细介绍了整个机房管理系统终端的硬软件设计，给出了嵌入式操作系统μC/OS-Ⅱ在ARM7处理器上的详细移植过程，介绍了一种TCP/IP协议栈和基于套接字的编程方法，同时也提供了一种多卡操作的防冲突机制。同目前大多数机房管理系统相比，该系统有如下特点：1)由于使用了嵌入式操作系统μC/OS-Ⅱ，提高了系统的实时性和反应时间，任务管理和调度更加方便有效。2)由读卡终端来进行计费操作，降低了服务器端的工作压力，同时降低了安全风险。3)增加了数据存储功能，提高了系统的可靠性，有利于数据的查询和故障的恢复。4)增加了对无效卡、注销卡和欠费卡的判断与处理，对恶意操作或者有意或者无意的逃费操作采取了积极有效的措施。5)以太网通信克服了以往串口通信的传输距离短、传输速率慢等缺点，使得通信更加方便、高效，并且可以进行远距离传输和控制。关键词：机房IC卡终端μC/OS-ⅡTCP/IPAbstractIIIThemanagementterminaldesignoftheICcardbasedonARMinthecomputerroomIntroductionoftheauthor:LiJiaNan,male,wasborninNov.1985,inHeNanprovince.UndertheguidanceofProf.FangFang.TheauthorwasgraduatefromCollegeofNuclearTechnologyandAutomationEngineeringatChengDuUniversityofTechnology.AbstractNowadays,manyCollegesusetheICcardinthemanagementofthecomputerrooms,infewofwhichthecontactICcardisused.Asweknow,thecontactICcardisnotbetterthanthecontactlessoneintermsofreliability,manipulation,security,highanti-jammingandworkingdistance,soalotofcontactICcardshavebeenreplacedbythecontactlessone.Throughtheinvestigation,wefindthatthebasicworkpatterninthecomputerroommanagementsystemoftheICcardisthatanICcardreaderterminalandamonitoringmachineareequippedineverycomputerroom.TheICcardreaderterminal,whichisonlyanordinaryreader,isresponsibleforreadingtheinformationinthecardandtransferringtheinformationintheICcardthroughthecommunicationwayssuchastheserialporttothemonitoringcomputer.Thereisnoinformationstoragefunctioninthecardreaderterminalitself,Theactualchargingmanagementisentirelycontrolledbythemonitoringcomputer,whichtransmitsthecreditcardinformationtothecentralserverinsettimeorreal-time.Sincethewholesystemneedtooccupyonecomputerwhichfinishestheprocessofinformationtransmissionandcharging,itdoesnotonlywastetheresourcesbutalsoincreasessecurityrisks.Inthismode,therewillbesomeproblemsandloopholes:1)UnreliabilitySincethecardreaderequipmentandmonitoringofinformationtransmissionbetweencomputersisonlyatemporarystoredinthecomputermonitor,ifmonitoringbyvirusattackorcomputerhardwarefailuresoccur,therewillbeirreparableconsequences.Andasaresultofstudentinformationstoredinthecomputermonitor,sothereisaman-madeforgery,tamperingandactsofcorruptionrisk.2)ICcardcharacteristichasnotembodiedcompletely成都理工大学硕士学位论文IVInadditiontoICcardlogoidentity,therearealsoelectronicpursefunction,andcanrechargetheirdebit,butthismethodisbasicallyusedforICidentification,Everytimetheactualchargeismonitoredbythecentralservercomputerandtocompletethebasicequipmenthasnothingtodowiththecardreader.3)InconvenientforstudentsandthemanagementfeesEverytimethemachinemustbeconnectedbythemonitoringcentercomputerserver-side,server-sidebytheCenterforstudentstoreadoutinformation,check,andchargedtostudentstheneedforadditionalcomputersoftwaretohandletimeandbilling,areobviouslymorecumbersome.Inlightoftheaboveissues,inordertoimprovethemanagementefficiencyofthecomputerroomtoreducetheintensityofworkandthecomputerroomintimetodealwithfailures,theuseofroombillingmanagementsystemisimperative.Ifthecardreaderintheterminalequipmenttocompletethemajorityofbillingfunctions,andincreasethestoragecapabilities,sothatcouldreducetheburdenonthecomputermonitor,oreventerminalequipmentreadercancommunicationdirectlywiththecentralserver.ThiswillnotonlycanincreasethesystemreliabilityandsecuritybutalsomakefulluseoftheICcardfunction,andreducesthecalculationofthefinancialstatisticsandbringtrouble.Atpresentalreadyappliedinthecomputerroommanagementsolutionmainlyhas3ways:Softwareandhardwareunioncon