專利名稱：采用閃速存儲器作內(nèi)存的智能卡集成電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種采用閃速存儲器Flash作內(nèi)存的智能卡集成電路，確切地說，涉及一種在遵循國際標(biāo)準(zhǔn)的前提下，采用新穎的設(shè)計理念和新型半導(dǎo)體工藝技術(shù)，使各種智能卡芯片的微指令程序代碼存儲在新架構(gòu)里的智能卡集成電路，屬于半導(dǎo)體集成電路技術(shù)領(lǐng)域。
智能卡(又稱CPU卡)是一種裝有電腦或微處理器CPU、具有數(shù)據(jù)信息處理能力的卡片，智能卡的核心是其中一個具有8位(或更高位數(shù))的中央處理器集成電路芯片，該芯片還包括有由隨機存儲器RAM、只讀存儲器ROM、可擦寫的只讀存儲器EEPROM和幾十個字節(jié)的PROM構(gòu)成的內(nèi)存，以及其他部件組成一個完整的計算機系統(tǒng)。通過其片內(nèi)的操作系統(tǒng)COS(ChipOperation System)組成的監(jiān)控程序?qū)⑺械臄?shù)據(jù)有機結(jié)合，形成文件系統(tǒng)，可以完成各種特定功能。在國際上，智能卡已經(jīng)形成相當(dāng)規(guī)模的產(chǎn)業(yè)，其應(yīng)用已廣泛滲入到通信、金融、商業(yè)、軍事、保險、門禁等各種領(lǐng)域。
智能卡的最典型應(yīng)用是在“全球移動通信系統(tǒng)”GSM網(wǎng)絡(luò)中的移動終端設(shè)備即手提電話中的用戶數(shù)據(jù)—用戶識別卡，又稱SIM卡(SIM-SubscriberIdentity Module)。這種SIM卡表明了用戶與移動臺設(shè)備之間的一種可以變化的約定關(guān)系。通常，SIM卡存儲了用戶使用移動通信時，在無線接口的用戶一側(cè)上所有與用戶有關(guān)的信息，包括有由SIM卡生產(chǎn)廠商存入的系統(tǒng)原始數(shù)據(jù)，由GSM網(wǎng)絡(luò)運營部門發(fā)行時寫入的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)和用戶數(shù)據(jù)，由用戶自己存入的數(shù)據(jù)和用戶在用卡過程中自動存入和更新的網(wǎng)絡(luò)接續(xù)和用戶信息類數(shù)據(jù)。而在GSM系統(tǒng)中，SIM卡主要具有用戶身份鑒別、通信信息加密、網(wǎng)絡(luò)和用戶的數(shù)據(jù)存儲(例如短消息、快速撥號、語音郵件等)作用。用戶只要隨身攜帶自己的SIM卡，在需要時，把SIM卡插入任何一個GSM移動終端，即移動電話機，就可以在世界上的許多地方獲得預(yù)先注冊登記的各種通信服務(wù)，并且相應(yīng)的費用也會計入該用戶的帳號中。這將成為未來“個人通信”的基礎(chǔ)，可以實現(xiàn)真正意義上的人與人之間的直接通信。現(xiàn)在，SIM卡已經(jīng)成為智能卡領(lǐng)域中的最大一個分支，幾乎占據(jù)全部智能卡75％的市場份額。
誕生于二十世紀(jì)七十年代的智能卡，其內(nèi)部的基本結(jié)構(gòu)多年來始終是由CPU+ROM+RAM+EEPROM等部件組成的一個完整的計算機系統(tǒng)，其中只讀存儲器ROM用作片內(nèi)操作系統(tǒng)COS程序代碼的載體。這種傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)存在著許多不利之處。首先是COS代碼必須交給芯片生產(chǎn)廠家做掩膜，由廠家把代碼寫進ROM里。智能卡的應(yīng)用領(lǐng)域比較廣泛，但幾乎所有的應(yīng)用領(lǐng)域或者與人的身份認(rèn)證相關(guān)，或者是與金錢相關(guān)，所以安全保密成為智能卡設(shè)計的第一重要的最關(guān)鍵技術(shù)。COS作為智能卡的控制中樞，除了肩負(fù)著整個卡片的數(shù)據(jù)存取、處理、運算等運行操作，更肩負(fù)著智能卡的安全、防攻擊、防復(fù)制等警戒功能。通常的作法是在COS中嵌入一個高等級的加密算法，如DES，RSA，A3A8等。但是，從數(shù)學(xué)原理上說，所有的加密算法，原則上都是可以被攻破的。首要問題是如何有效保存加密算法而不被截獲。這種安全防護問題是非常敏感的，也是用戶最在意之處。而把COS代碼交給生產(chǎn)廠家，實際上就等于把智能卡上的全部程序和算法開放給了廠家，這一點對智能卡的安全是極為不利的。尤其是我國目前智能卡芯片幾乎完全依賴于國外進口，雖然我們可以自己開發(fā)COS，但在生產(chǎn)時卻要公開給國外的芯片制造廠。盡管用戶與芯片制造商之間可以簽著保密協(xié)議之類的合同文件進行約束，但這也只是具有事后的法律效力，而且一旦國家之間發(fā)生政治或軍事沖突，這種協(xié)議就很難得到保障了，嚴(yán)重的時候甚至?xí){到國家信息網(wǎng)或金融系統(tǒng)的安全。這種“窘?jīng)r”大大限制了智能卡在我國一些安全機要部門中的應(yīng)用和普及。其次，COS使用ROM方式存儲，一旦作完掩膜后，就不能再更改。因為ROM存儲是依靠芯片物理連線存儲的，如果開發(fā)商或用戶想修改COS，就必須要重新制作掩膜，不僅使費用大大增加，更延長了開發(fā)周期；并且，會使智能卡的安全性受到嚴(yán)重威脅。并且，由于ROM是依靠物理連線存儲數(shù)據(jù)的，現(xiàn)在使用普通的半導(dǎo)體逆向分析工程，就可以輕松獲取原來存儲的代碼，使智能卡的秘密不難被攻破。此外，由于使用ROM方式存儲COS，其高昂的投資使得許多小型客戶希望擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的COS算法或設(shè)計成為不能實現(xiàn)的泡影。最后，因為ROM存儲是不可修改的，而在某些特殊應(yīng)用場合，用戶希望卡片售出后仍然可以對加密算法或其他程序?qū)嵤┥?，即在線升級或在線可編程，使用ROM則是不可能實現(xiàn)的。
本發(fā)明的目的是提供一種結(jié)構(gòu)新穎、采用閃速存儲器Flash作內(nèi)存的智能卡集成電路，該集成電路可以較好地解決上述使用只讀存儲器ROM作COS載體的各個缺陷，使智能卡的應(yīng)用更安全、更開放、更靈活。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的包括有中央處理器CPU，讀寫存儲器RAM、可擦寫的只讀存儲器EEPROM，以及系統(tǒng)總線、I/O串行接口、升壓電路和時鐘、復(fù)位、電源、接地管腳，其特征在于還包括有作為內(nèi)部存儲器的閃速存儲器Flash。
其中閃速存儲器Flash分為兩個存儲區(qū)，一個監(jiān)控區(qū)用于存放系統(tǒng)程序，另一個則作為用戶區(qū)，用于存放用戶自己開發(fā)的加密算法或其他用戶程序代碼，并可由用戶自己獨立寫入該存儲區(qū)內(nèi)。
該集成電路的外型結(jié)構(gòu)、管腳定義和布局應(yīng)符合ISO/IEC 7816標(biāo)準(zhǔn)的IC卡模塊式封裝要求。
本發(fā)明采用閃速存儲器Flash作為其內(nèi)部存儲器，將在技術(shù)、經(jīng)濟、社會效益乃至國家安全等許多方面帶來很大的好處。首先是使智能卡的安全得到了有效保證，由于Flash的數(shù)據(jù)存儲機理是依靠電荷存儲信息的，與依靠物理連線存儲數(shù)據(jù)的ROM有本質(zhì)區(qū)別；而且，電荷是不可見的離子，根本無法通過逆向分析獲取其中存儲的程序信息代碼。其次，由用戶自己將COS寫入Flash，這樣就保證了COS以及加密算法只被用戶自己掌握，不必將COS程序信息交給芯片制造廠商，使加密算法不對外公開，保持其隱密性。這種由用戶獨立開發(fā)COS并自己寫入內(nèi)存的機制更加保證了智能卡的安全。再者，用戶可以通過自身的努力獨立設(shè)計加密算法，在知識經(jīng)濟高度發(fā)展的現(xiàn)在和未來，知識產(chǎn)權(quán)是越來越重要，擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的軟件及硬件產(chǎn)品是每一個客戶的企望，本發(fā)明采用Flash作為內(nèi)存，可以使一個小型客戶也能夠?qū)⑸鲜銎笸優(yōu)楝F(xiàn)實。另外，由于Flash的可以反復(fù)寫入特性，使在線升級和在線編程成為可能；也使得智能卡應(yīng)用系統(tǒng)在開發(fā)過程中可以非常容易地進行程序修改，這就大大縮短了系統(tǒng)的開發(fā)周期，并顯著減少了開發(fā)費用。總之，利用本發(fā)明采用閃速存儲器Flash作內(nèi)存的集成電路制成的智能卡，其設(shè)計思想新穎先進，安全防范措施完備，技術(shù)性能優(yōu)越，應(yīng)用領(lǐng)域可以拓展到國民經(jīng)濟許多領(lǐng)域，使一個芯片具有多種用途成為現(xiàn)實。
下面結(jié)合附圖和實施例進一步詳細(xì)說明本發(fā)明的組成結(jié)構(gòu)、特征及功效

圖1是本發(fā)明的一個實施例的電路功能結(jié)構(gòu)組成示意圖。
圖2是本發(fā)明的一個實施例的管腳定義和布局的示意圖。
參見圖1和圖2，本發(fā)明是一種使用閃速存儲器Flash作為其內(nèi)部存儲器的智能卡集成電路，其電路結(jié)構(gòu)組成主要包括有作為控制中心的8位中央處理器CPU，其內(nèi)部存儲器由三個部分組成讀寫存儲器RAM，可擦寫的只讀存儲器EEPROM和閃速存儲器Flash；通過系統(tǒng)總線將中央處理器和各個存儲器及外設(shè)有機相連，構(gòu)成一個典型的計算機系統(tǒng)。整個系統(tǒng)與外界依靠串行總線通信交換信息。其中閃速存儲器Flash分為兩個存儲區(qū)，一個監(jiān)控區(qū)存放系統(tǒng)程序，另一個用戶區(qū)則存放用戶程序代碼，使得用戶可以自己開發(fā)加密算法并自行獨立寫入該芯片內(nèi)。該用戶區(qū)的開辟也是本發(fā)明的主要技術(shù)特征。雖然COS程序和加密算法都是放在Flash存儲器里，但是在Flash里兩者是分區(qū)存儲的，即把程序和算法放在不同的Flash分區(qū)中，這樣就更加保證了程序和算法的安全。本發(fā)明拋開了傳統(tǒng)的沿用ROM作內(nèi)存的設(shè)計思路，利用九十年代出現(xiàn)并成熟的Flash工藝技術(shù)，制作成編程速度快、擦寫時間短、面積小的閃速存儲器，并設(shè)計其相應(yīng)的控制、接口和防攻擊電路，從而使本發(fā)明開拓性地成為世界上首例可供用戶自己寫入COS程序和加密算法的智能卡集成電路。
圖1也是申請人研制開發(fā)成功的世界上首例使用Flash作內(nèi)存的智能卡集成電路芯片實施例的電路模塊邏輯框圖。其中硬件配置是8位嵌入式INTEL體系的中央處理器CPU；8K字節(jié)快速嵌入式EEPROM，這是給用戶能夠訪問的存儲區(qū)，用于存儲該智能卡的各種信息、密碼以及應(yīng)用文件等；256字節(jié)嵌入式SRAM，其是用于給CPU暫時存放計算數(shù)據(jù)；16K字節(jié)分區(qū)型Flash存儲器，其中系統(tǒng)COS代碼占12K字節(jié)，用戶可編程代碼占4K字節(jié)。本發(fā)明還包括有可編程內(nèi)嵌芯片操作系統(tǒng)COS，鑒權(quán)加密算法，加密邏輯協(xié)處理器和抗攻擊電路等軟硬件電路模塊。
圖2是本發(fā)明中的圖1實施例的管腳定義和布局圖，該智能卡集成電路實施例是按照ISO/IEC 7816標(biāo)準(zhǔn)IC卡模塊進行封裝的，其管腳定義和布局如圖2所示。其中C1VCC提供工作電壓，C2RST復(fù)位信號，C3CLK時鐘輸入端，C5GND參考地電壓，C7I/O雙向數(shù)據(jù)端口，C4，C6，C8該芯片的測試用端口。
實際上，所有的智能卡如果拋開EEPROM存儲容量以外，其他基本架構(gòu)是相同的；只是針對不同的應(yīng)用，COS會有較大的區(qū)別。那么如果將COS放在可以編程控制的NVM(非揮發(fā)存儲器)中，使得用戶可以將算法自行寫入卡內(nèi)，而不必將算法交給智能卡供應(yīng)商，不僅使用戶的安全利益得到有效保障。同時由于同一種芯片內(nèi)可以根據(jù)不同應(yīng)用領(lǐng)域而寫入不同的COS和算法，就可以解決同一種型號的芯片具有多種不同的用途。本發(fā)明的采用Flash作內(nèi)存的智能卡集成電路實施例，雖然是作為電信專用卡(SIM卡)研制開發(fā)的；但是，只需對其中COS進行修改設(shè)計，就可以將該SIM卡芯片應(yīng)用于金融、社會保險、安全控制、軍事、國防，以及支持一卡多用的其他應(yīng)用領(lǐng)域，能夠?qū)@些行業(yè)和領(lǐng)域的發(fā)展起到積極的推動作用。
總之，對于用戶而言，本發(fā)明的智能卡集成電路使用性能更安全，更開放，更靈活；其價格也要比從國外進口的SIM成卡低廉得多，可以為國家節(jié)省大量外匯。尤其重要的是，本發(fā)明的智能卡集成電路可以真正維護國家有關(guān)通信、金融、商貿(mào)、經(jīng)濟、乃至軍事等許多領(lǐng)域和部門的安全運轉(zhuǎn)，使我們在國際競爭中處于主動地位，由此帶來的巨大社會效益更是無法用金錢來估量的。
權(quán)利要求
1.一種采用閃速存儲器作內(nèi)存的智能卡集成電路，包括有中央處理器CPU，讀寫存儲器RAM、可擦寫的只讀存儲器EEPROM，以及系統(tǒng)總線、I/O串行接口、升壓電路和時鐘、復(fù)位、電源、接地管腳，其特征在于還包括有作為內(nèi)部存儲器的閃速存儲器。
2.如權(quán)利要求1所述的采用閃速存儲器作內(nèi)存的智能卡集成電路，其特征在于其中閃速存儲器分為兩個存儲區(qū)，一個監(jiān)控區(qū)用于存放系統(tǒng)程序，另一個則作為用戶區(qū)，用于存放用戶自己開發(fā)的加密算法或其他用戶程序代碼，并可由用戶自己獨立寫入該存儲區(qū)內(nèi)。
3.如權(quán)利要求1所述的采用閃速存儲器作內(nèi)存的智能卡集成電路，其特征在于該集成電路的外型結(jié)構(gòu)、管腳定義和布局應(yīng)符合ISO/IEC 7816標(biāo)準(zhǔn)的IC卡模塊式封裝要求。
全文摘要
一種采用閃速存儲器作內(nèi)存的智能卡集成電路,包括有中央處理器CPU,讀寫存儲器RAM、可擦寫的只讀存儲器EEPROM,以及系統(tǒng)總線、I/O串行接口、升壓電路,其特征在于:采用閃速存儲器Flash作為其內(nèi)部存儲器。該集成電路可以較好地解決以前使用只讀存儲器ROM作片內(nèi)操作系統(tǒng)COS載體的各個缺陷,使智能卡的應(yīng)用更安全、更開放、更靈活;將在技術(shù)、經(jīng)濟、社會效益乃至國家安全等許多方面帶來很大的好處。
文檔編號G06K19/07GK1254148SQ9912376
公開日2000年5月24日 申請日期1999年11月19日 優(yōu)先權(quán)日1999年11月19日
發(fā)明者魏少軍, 楊延輝 申請人:大唐電信科技股份有限公司微電子分公司