檢測和操作多個擴展卡的集成pc卡主控制器的制作方法

專利名稱：檢測和操作多個擴展卡的集成pc卡主控制器的制作方法
技術領域：
本發明涉及的是用于檢測和操作一個或多個擴展卡的集成控制器。具體來說，本發明涉及的是用于檢測和控制PC卡(16位PCMCIA卡和32位CardBus卡)和智能卡的集成控制器。盡管文中也考慮了其它的應用，但本發明的特定應用是提供一種可攜帶的計算裝置的集成控制器，例如，膝上型計算機。
隨著識別的電子形式代替面對面和基于紙件的形式，對安全和加強保密的需要日益增加。全球Internet的出現，包括來自防火墻之外客戶和供應商訪問的企業通信網的擴展，加速了對基于公開密鑰技術的解決方法的需要。幾種公開密鑰啟動服務的幾個例子是在公共網絡上安全通道的通訊，保證圖象完整性和保密性的數字簽名，服務器對用戶的識別(和用戶對服務器的識別)。
智能卡是公開密鑰基礎結構的關鍵部件，因為智能卡增強了諸如用戶識別、登錄和安全e-mail之類的僅軟件解決方法，將微軟結合到Windows平臺。由于智能卡提供保護私人密鑰和個人信息其它形式的抗干擾存儲；包括識別、數字簽名、來自不“需要知道”系統其它部分的密鑰交換的獨立安全重要技術；在單位、家里、路上計算機之間使可靠便攜和其它私人信息成為可能；因而智能卡實質上成為公共密鑰認證和相關密鑰的聚焦點。
估計智能卡將成為Windows平臺的組成部分，因為當智能卡首次與個人計算機(PC)結合時，它們將使與鼠標和CD-ROM相同方式的新型應用成為可能。應用軟件、卡、和閱讀器之間的不可兼容性是歐洲以外較緩采用智能卡的主要原因。不同廠家產品之間的互用性必須要求使廣大客戶能夠接受智能卡，為公司配置智能卡在企業內使用。ISO 7816，EMV，和GSM為了促進智能卡和閱讀器之間的互用性，國際標準組織(ISO)為具有觸點的集成電路開發了ISO7816標準。這些規約目的在于在物理、電、數據-鏈協議等級方面具有互用性。在1996年，Europay，MasterCard，和VISA(EMV)定義了工業特殊智能卡規約，該規約采用ISO7816標準，并定義了一些附加數據類型和財政服務工業使用的編碼規則。歐洲電信工業也為他們的移動通訊(GSM)智能卡規約的全球系統采用了ISO7816標準，以使移動電話用戶的識別和鑒別成為可能。
所有這些規約(ISO7816，EMV，和GSM)邁出了正確的一步，每個規約既是低級的也是應用的特殊化，以獲得廣泛的工業支持。諸如裝置獨立的APIs、開發者工具和資源共享之類的應用互用性的發表不是由這些規約中的任何一個提議的。PC/SC工作組PC/SC(個人計算機/智能卡)工作組在1996年5月與主要PC和智能卡公司Group Bull，Hewlett-Packard，Microsoft，Schlumberger和Siemens Nixdorf.合作而組成。工作組的主要目的是開發解決前面提到的互用性問題的規約。PC/SC規約基于ISO7816標準，并與EMV和GSM工業特殊規約兼容。由于PC/SC工作組包括的這些公司，對規約有廣大的工業支持，有強烈的愿望在未來為這些規約開辟一塊獨立標準的地域。
由于規約的發現和原始發表，其他的成員已經加入了PC/SC工作組。新成員包括Gempuls，IBM，Sun Microsystems，Toshiba，和Verifone。Microsoft的解決方法Microsoft的解決方法包括下列·用于智能卡閱讀器與PCs接口的標準模塊·使智能卡能夠知道應用軟件的裝置獨立的APIs軟件開發慣用工具·與Windows和Windows NT平臺結合。
具有閱讀器和卡如何與PC接口的標準模塊增強了來自不同制造商的卡和閱讀器之間的互用性。裝置獨立的APIs用于將應用開發者與當前和未來實施之間的差別隔離。通過避免由于在硬件改變下應用逐漸過時，裝置獨立性也保存了軟件開發的費用。
當前用于將智能卡與筆記本計算機接口最收歡迎的方法是使用PCMCIA Type 2智能卡閱讀器/寫入器(

圖1)。當前PCMCIA智能卡閱讀器可以從諸如Gemplus，SCM Microsystems和TritheimTechnologies之類的指定的幾個公司買到。這些智能卡閱讀器的終端用戶費用典型地大約是150美元。閱讀器的費用是安全解決方法整個費用的主要部分。圖1中適配器卡104表示傳統智能卡閱讀器的主要功能塊。智能卡閱讀器的PCIC主接口塊提供與PC卡連接器(106，該連接器依次與PC卡控制器102連接)的電連接。提供其他的邏輯以控制智能卡和軟件應用之間的相互作用。然而，如上所述，該解決方法使每個單元具有非常高的費用，因此，不是大規模移向智能卡兼容性的吸引人的選擇。
因此，需要提供一種集成主控制器，該控制器提供PC卡，智能卡，和無源智能卡適配器可操作性。另外，需要提供一種集成控制器，該控制器能夠替換現有底板安裝PC卡主控制器，而不需要重組或重新設計底板。
因此，本發明的目的是提供一種適合于替代傳統的PC卡控制器以結合到當前PC底板技術中的集成PC卡和智能卡控制器。
另一個目的是提供一種控制器，如上所述，該控制器完全同時與PC卡規約兼容。
另一個目的是提供一種智能卡控制器，如上所述，該控制器具有與現有的PC卡控制器相同的插腳引出線布置，因此允許控制器直接結合到PC底板，而沒有重新設計和/或重組的費用。
本發明的另一個目的是提供利用現有的PC卡特殊信號檢測智能卡或無源智能卡適配器存在的邏輯和技術。
一方面，本發明提供一種在初始卡檢測時序期間檢測使用傳統PC卡規約信號線擴展卡存在的方法。該方法包括下列步驟確定第一和第二卡檢測信號線的信號狀態；確定第一和第二電壓選擇信號線的信號狀態；確定所說第一和/或第二卡檢測信號線，或所說第一和/或第二電壓選擇信號線是否包括由PC卡信號規約預定的信號狀態；確定相對于所說預定信號狀態的預定沒有使用的PC卡信號線的信號狀態。在卡檢測時序期間，狀態改變信號(STSCHG)用于檢測智能卡或智能卡適配器。檢測時序完成之后，基于信號定義的PC卡規約STSCHG信號有了初始的使用。另外，在優選實施例中，通過確定所說第一卡檢測信號和所說第二電壓選擇信號是否連接在一起，該過程確定智能卡或無源智能卡適配器的存在。
在邏輯形式上，本發明提供了一種使用傳統PC卡規約信號線檢測擴展卡的存在的裝置，該裝置包括狀態機，該狀態機包括查詢表和多個邏輯集合，每個所說邏輯集合可操作與某個預定擴展卡類型接口，所說狀態機接受作為輸入信號的多個預定卡檢測和電壓選擇信號，附加信號，和基于所說輸入信號和所說查詢表之間的一致，將所說正確邏輯集合之一連接到正確的所說擴展卡之一。
另一方面，本發明提供一種檢測和操作多個擴展卡的集成電路，包括檢測和操作多個擴展卡類型的第一邏輯集合，所說第一邏輯集合具有由PC卡規約定義的預定信號線和管腳引線布置，檢測和操作智能卡的第二邏輯集合，其中所說第一和第二邏輯組合到一個控制器中，而不需要另外的管腳引線。在優選實施例中，第二邏輯集合適用于重新指定所說預定信號線的某一些，以檢測和操作所說智能卡，以便不需要附加的針。
本領域的技術人員將意識到，盡管下列的詳細描述將參考優選實施例和使用方法進行，但本發明并不限于這些優選實施例和使用的方法。相反，本發明具有較寬的范圍，并僅限于所附權利要求所提出的范圍。
隨著下列參考附圖詳細描述的進行，本發明的其它特征和優點將更加清楚明了，附圖中相同的數字表示相同的部分，其中圖1表示傳統的結合PC應用智能卡可操作性方法的方框圖；圖2是本發明組合智能卡閱讀器的系統等級方框圖；圖3是本發明組合智能卡閱讀器的詳細方框圖；圖4是本發明組合智能卡狀態機方框圖；圖5是傳統PC卡檢測和電壓檢測針布置表，和本發明控制器采用的智能卡檢測針布置使用的一個例子；圖6是本發明示意性智能卡和無源智能卡適配器檢測規則流程圖；圖7A和7B分別描述了表示智能卡接口和檢測分配功能針的傳統PCMCIA和它們的使用。
圖2表示無源智能卡適配器和智能卡與主控制器如何接口的系統等級方框圖。控制器10結合到PC平臺中，例如，膝上型PC。作為一個例子，如圖所示，PC可以與操作檢測和控制一個或更多個插入到插座A12和/或插座B14中的擴展裝置卡的控制器10一同構成。顯然，本發明的控制器10適用于適當的邏輯以驅動PC卡和智能卡。PC系統典型地包括處理器26和數據總線20。“North Bridge”邏輯24提供處理器26和總線20之間的通訊。本發明的控制器10也同樣適合于與總線20通訊。在該例子中，總線20是PCI總線，然而，任何總線技術都可以結合到控制器邏輯中。為了完成圖象，給外部總線通訊提供了“South Bridge”，例如，傳統裝置(ISA總線結構)等。South bridge和North Bridge邏輯是本領域公知的。電源IC芯片給PC卡連接器針提供合適的電壓(如卡的類型所確定的插入到插座A或B中)。一旦檢測卡的類型(根據圖5PC卡定義的表，下面將討論)，芯片28提供該類型卡的適當電壓。在一個實施例中，本發明提供無源智能卡適配器18，該適配器構成得既可以插入插座A12，也可以插入插座B14，反過來這些插孔也構成如PC卡類型Ⅰ/Ⅱ/Ⅲ這樣類型插孔接口。該實施例的無源適配器18包括適當的連接器84和無源電路86。插入到無源智能卡適配器18中的智能卡16也包括與適配器物理連接器84進行接口的物理觸點88。由智能卡規約規定適配器和智能卡的插腳引線布置84和88，例如PC/SC適應智能卡規約，滿足IS07816電規約和T=0，T=1協議。在該實施例中，適配器18的使用使智能卡具有可讀性和可操作性，而不需要重組PC殼體來包括特殊的智能卡插座。另外，PC能夠包括智能卡插槽14’，如圖2所示。在該實施例中，當然在插座14內內部地提供邏輯86和連接器84。
現在參考圖3，圖3更詳細地描述了集成控制器10的方框圖，圖3表示指向智能卡檢測和可操作性的那些邏輯部分。在該實施例中，控制器10包括智能卡檢測邏輯30A和30B，智能卡多路復用器(MUX)邏輯32A和32B，智能卡閱讀器邏輯34A和34B，和接口邏輯36A和36B。
首先一定注意到圖3僅描述了與智能卡和無源智能卡適配器檢測和可操作性有關的邏輯，應當理解，控制器10包括附加邏輯(沒有表示)，以允許傳統PC卡的檢測和操作。傳統PC卡控制器使用一套卡檢測針CD1和CD2，和一套電壓檢測針VS1和VS2，檢測插在插槽中卡的類型。這些針之間的連接組合(參考地)表示一種類型的卡已經插入到插座中的正確邏輯。例如，如圖5中的表所示，CD1，CD2，VS1和VS2的連接組合確定插入的PC卡是否是16位的PCMCIA卡或是32位CardBus卡。另外，如表中所示，該組合也確定特定卡類型的驅動電壓。例如，3.3V，5V，X.XV和Y.YV。在圖5表的最后兩行中，注明的是所列CD1，CD2，VS1和VS2的組合在PC卡規約中是預定的。本發明利用CD1，CD2，VS1和VS2這些組合中之一，另外使用狀態改變信號STSCHG以表示智能卡是否已經插入槽中(既可以直接，也可以通過適配器)。最好在本發明中使用這些狀態改變信號，因為在傳統PC卡的卡檢測過程期間沒有使用該信號，僅使用一次卡類型是已知的。
因此，在一次檢測中，圖3所示的智能卡檢測邏輯30A可以被看成確定插入插座中卡類型的狀態機。為此，參考圖4，圖4表示了圖3的卡檢測邏輯30A表示的狀態機。如圖所示，卡檢測邏輯30A接受作為輸入的CD1，CD2，VS1，VS2和狀態改變(標號分別為40，42，44，46和48)。根據圖5所示CD1，CD2，VS1和VS2的預定設置，和狀態改變信號的增加，狀態機30A確定與給定卡類型進行通訊的正確邏輯32A。例如，CD1，CD2，VS1和VS2某種組合(如圖5所示)將表示插入插座中的卡是16位PC卡或是32位CardBus卡。由此，狀態機30A將為給定卡類型啟動正確的邏輯50或52。也應當注意到，使用這四個針的組合也確定所插入卡的特定電壓。為了擴大傳統PC卡控制器的能力，本發明也監視STSCHG以確定智能卡或無源智能卡是否已插入到插座中，類似地，啟動正確的邏輯54以與智能卡通訊，例如，如圖3所示的邏輯32A。為了確定CD1，CD2，VS1，VS2和STSCHG的狀態，卡檢測邏輯30A能夠在選擇的這些插腳引線上產生，例如，脈沖串信號，并通過監視一個或多個其他針上的信號(相對于地)，然后它能夠確定插入插座中卡的類型。
智能卡檢測邏輯30A根據圖5中的表操作檢測智能卡或無源智能卡適配器和PC卡。圖5所示的針布置由PC卡規約指定，并是這些信號線傳統的針布置。由列1-4，即CD1，CD2，VS1和VS2的電壓值確定卡的識別。通過利用這些針的預定組合，加上使用一個附加針，例如，STCSCHG信號線，智能卡和無源智能卡適配器檢測操作。圖7B表歸納了概念。該表表示了用于檢測PC卡、智能卡和無源智能卡適配器卡的針。智能卡或無源智能卡適配器檢測信號列包括如圖5最后兩行所示的CD1，CD2，VS1和VS2預定區域之一。應當注意到，盡管圖中表示了使用信號線STSCHG(這是由傳統的PC卡規約提供的)，但是，通常情況下，本發明能夠使用PC卡規約中在卡檢測時序期間沒有使用的任何針。換句話說，由計時觀點來看，PC卡規約中的某信號線在卡檢測過程期間保持不用。本發明利用這些信號線之一(或多個)，與CD1，CD2，VS1和VS2預定組合協力，來完成智能卡或無源智能卡適配器檢測。因此，這些圖僅表示使用能夠用于智能卡檢測的附加信號針的許多例子之一。
圖6表示了卡類型檢測過程的流程圖。為了清楚起見，省略了檢測和操作PC卡，智能卡和無源智能卡適配器卡(如圖2和3所示)相應邏輯的參考符號。首先，檢測邏輯尋找CD1，CD2，VS1，VS2和STSCHG62的存在。如果不存在，或另外不可使用，假定沒有卡插入插座中，因此卡檢測信號(CD1和CD2)被中斷64。一旦插入一個卡，檢測邏輯監視CD1或CD2的下降沿66。這由用于確定卡存在的PC卡規約表示。一旦插入一個卡，本發明觸發器CD1，CD2，VS1，VS2和STSCHG62的檢測邏輯確定所插入卡的類型68。如上面所引證的那樣，觸發可以是脈沖串信號形式，或是其他觸發信號形式。通過查詢CD1，CD2，VS1，VS2和STSCHG62以下列形式進行檢測邏輯。首先，該邏輯確定VS1和CD2是否連接到地70。如果沒有，就知道所插入的是16位PCMCIA卡或是32位CardBus卡72，如圖5表所示。如果連接到地，該連接確定VS2和CD1是否連接在一起74。如果沒有連接在一起，就知道所插入的是16位卡或是32位CadBus卡76，如圖5表所示。如果確定CD1和STSCHG連接在一起78，則確定出現的是智能卡或是無源智能卡適配器。無源智能卡適配器可以插入到插座中，智能卡也可以直接插入插座中。
本發明的另一個特征是提供一種集成控制器電路10，該電路可以直接與當前的PC卡控制器邏輯組合。傳統的PC卡控制器邏輯是直接安裝在母板上的IC插件，具有208個針，由PC卡規約分配每一個針。另一個特征是提供一種控制器10，該控制器能夠直接替代傳統的控制器，不需要重組針的布置，增加另外的針結構，改變母板，或改變需要的加工。因此，參考圖7A的表，本發明的控制器10包括傳統的傳統接口卡信號和智能卡信號。如該表所示，與傳統16和32位卡接口所使用的相同的針(最左行)同樣用于與智能卡接口。因此，不需要增加另外的針。再參考圖3，如果檢測到智能卡插入插座中，邏輯30A或30B與邏輯34A或34B通訊，并啟動邏輯34A或34B，以使智能卡能夠可讀。邏輯34A或34B啟動插座MUX邏輯32A或32B，以便插座(A或B)能夠與CardBus/PCI控制器邏輯36A或36B通訊，該邏輯(經過PCI接口38)與PCI總線20通訊。應當理解到，使用傳統的PC卡通訊協議，本發明的智能卡邏輯30A，30B，34A和34B直接與MUX邏輯32A和32B接口，并與總線接口控制器36A和36B通訊。如果一個傳統的卡插入插座中(插座A或B)，那么使用傳統的PC卡通訊協議，結合到控制器10中的傳統邏輯(沒有表示)啟動MUX32A和32B，并與總線控制器36A和36B通訊。
為了便于直接與傳統的PC卡邏輯集合結合，本發明控制預先指定針的預定數，以完成智能卡通訊。例如，如圖7A所示，本發明利用如由PC卡標準規定的針17，51，58，47，32，GND，18，16，和40，來操作智能卡和PC卡。因此，控制器10不需要另外的針來完成智能卡的可操作性。在操作中，一旦檢測到智能卡(如上參考圖3-6所描述的那樣)，邏輯34A或34B重新指定圖7A中所標注的PC卡針的操作性，以完成智能卡的可讀性。在圖7A智能卡信號行下面提出的信號分配是讀取智能卡需要的信號。
圖7A的表被概括成本發明控制器10中的查詢表，以操作PC卡。同樣，圖5和圖7B的表被概括成控制器10中的查詢表，用于檢測PC卡和智能卡。因此，將邏輯集合30A和30B看成的狀態機(如圖4所示)，狀態機將輸入信號與圖5和圖7B中的查詢表相比較，以將正確的邏輯連接到卡。
本領域的技術人員將意識到，CD1，CD2，VS1，VS2分別包括卡檢測和電壓選擇信號，如傳統PC卡信號規約所規定的那樣。在圖5，7A和7B的表中和圖6的流程中，用于這些信號線的名稱包括，例如，CD1#，CD2#，VS1#，VS2#等，這些名稱是傳統信號線的正式名稱。然而，顯然，使用CD1，CD2，VS1和VS2是這些正式名稱的簡寫式，可以交替使用。
因此，顯然，提供一種集成智能卡控制器和智能卡檢測過程，他們滿足文中所述的目標和目的。對本領域的技術人員來說顯然可以作出修改。例如，盡管已經參考智能卡的檢測和操作描述了本發明，然而，本發明同樣適用于檢測和操作除傳統PC卡之外的任何類型的擴展卡。其他的修改也是可行的。例如，可以根據文中所示的智能卡邏輯的操作性希望包括軟件連鎖。因此，圖3所示的邏輯能夠包括一個啟動位，這有選擇地使智能卡檢測性和操作性接通和斷開。因此，參考圖6，智能卡檢測過程可以另外包括確定啟動位是否被啟動的步驟，和CD1和STSCHG是否連接在一起84，如果沒有連接在一起，智能卡邏輯將不檢測智能卡的存在。本發明的特征允許，例如，制造商提供智能卡的兼容性作為升級的選擇，而仍然與控制器10的核心邏輯結合。本領域的技術人員將意識到，另外的修改和所有這樣的修改都在所附權利要求限定的本發明的范圍內。
權利要求
1.一種使用傳統PC卡規約信號線檢測擴展卡存在的方法，所說方法包括下列步驟確定第一和第二卡檢測信號線的信號狀態；確定第一和第二電壓選擇信號線的信號狀態；確定所說第一和/或第二卡檢測信號線，或所說第一和/或第二電壓選擇信號線是否包括由PC卡信號規約預定的信號狀態；和確定相對于所說預定信號狀態預定沒有使用的PC卡信號線的信號狀態。
2.一種如權利要求1所述的方法，進一步包括下列步驟通過確定所說第一卡檢測信號和所說第二電壓選擇信號是否連接在一起，確定智能卡的存在。
3.一種如權利要求1所述的方法，其中所說確定所說信號線信號狀態的步驟包括查詢具有預定輸入信號的所說信號線，并檢測輸出信號。
4.一種使用傳統PC卡規約信號線檢測擴展卡存在的裝置，包括狀態機，該狀態機包括查詢表和多個邏輯集合，每個所說邏輯集合可操作與某預定擴展卡類型接口，所說狀態機接受作為輸入信號的多個預定卡檢測和電壓選擇信號，和附加信號，基于所說輸入信號和所說查詢表之間的一致，將所說正確的邏輯集合之一連接到所說適當的擴展卡之一。
5.一種如權利要求4所述的裝置，其中所說邏輯集合包括操作16位擴展卡的第一邏輯集合，操作32位擴展卡的第二邏輯集合，操作智能卡的第三邏輯集合。
6.一種如權利要求4所述的裝置，其中智能卡閱讀器邏輯經過內部PC卡接口結合在裝置4中。
7.一種如權利要求4所述的裝置，其中所說查詢表包括多個為所說輸入信號所指定的信號狀態的定義，所說信號狀態的定義包括多個擴展卡的接口類型和可操作的電壓。
8.一種如權利要求4所述的裝置，其中所說附加信號包括PC卡規約沒有指定在卡檢測計時期間使用的信號。
9.一種如權利要求8所述的裝置，其中所說附加信號是狀態改變(STSCHG)信號。
10.一種多個擴展卡檢測和操作的集成電路，包括，檢測和操作多個擴展卡的第一邏輯集合，所說第一邏輯集合具有由PC卡規約定義的預定信號線和插腳引出線布置，檢測和操作智能卡的第二邏輯集合，其中所說第一和第二邏輯組合到一個控制器中，其中所說第二邏輯集合適用于重新指定所說預定信號線的某一些，以檢測和操作所說智能卡，而不需要附加的插腳引出線。
全文摘要
一種檢測和操作PC卡,智能卡和無源智能卡適配器卡的集成控制器。一方面,本發明通過利用由PC卡規約定義的預定檢測和電壓選擇信號區域檢測標準擴展卡或無源智能卡的存在。另一方面,本發明提供一種集成控制器10,該控制器包括邏輯,以通過重新指定某種PC卡信號線以操作標準擴展卡或無源智能卡適配器,來操作標準擴展卡或無源智能卡適配器,因此,消除了除PC卡規約定義的那些針之外還提供針的需要。
文檔編號G06K17/00GK1283818SQ00121208
公開日2001年2月14日 申請日期2000年8月4日 優先權日1999年8月5日
發明者海恩·屈恩·歐, 伊肖·馬克斯·黃, 理查德·布雷恩 申請人:02麥克諾國際有限公司