基于QT的Mifare IC卡讀卡器上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

徐敬

摘要：隨著物聯(lián)網(wǎng)不斷發(fā)展，RFID技術(shù)越來(lái)越重要，該文設(shè)計(jì)了一個(gè)基于跨平臺(tái)QT的Mifare IC卡讀卡器上位機(jī)軟件，使用讀卡器的動(dòng)態(tài)庫(kù)，快速驗(yàn)證mifare ic卡的工作原理。首先分析了Mifare IC卡的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和讀卡器的通信過(guò)程，然后使用QT Creator的圖形界面控件快速實(shí)現(xiàn)上位機(jī)軟件界面，通過(guò)調(diào)用讀卡器的動(dòng)態(tài)庫(kù)很好完成卡片的讀寫(xiě)功能。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，該上位機(jī)軟件滿足設(shè)計(jì)的要求。

關(guān)鍵詞：RFID;QT;讀卡器;上位機(jī)軟件

中圖分類(lèi)號(hào)：TP368? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2021）33-0124-03

開(kāi)放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

Design and Implementation of Upper Monitor for Mifare IC Card Reader Based on QT

XU Jing

（Modern educational technology center， China Jiliang University， Hangzhou 310018， China）

Abstract：With the development of the Internet of Things， RFID technology is becoming more and more important. This paper designs a software for the upper monitor of mifare ic card reader based on the cross-platform QT， and uses the dynamic library of the card reader to quickly verify the working principle of Mifare IC card. Firstly， the internal structure of Mifare IC card and the communication process of card reader are analyzed. Then， the GUI of upper monitor is quickly realized by using the graphical interface control of QT Creator， and the reading and writing function of card is well completed by calling the dynamic library of card reader. After experimental verification， the upper monitor meets the design requirements.

Key words： RFID; QT; card reader; upper monitor

RFID射頻識(shí)別，它通過(guò)射頻信號(hào)自動(dòng)識(shí)別目標(biāo)，獲取相關(guān)數(shù)據(jù)。RFID可以識(shí)別高速運(yùn)動(dòng)的物體，可以同時(shí)識(shí)別多個(gè)目標(biāo)，不需要光源和使用壽命長(zhǎng)。RFID卡包括ID卡、IC卡和NFC卡以及電子標(biāo)簽。MIFARE卡常用于智能樓宇[1]、住宅小區(qū)和企業(yè)公司、校園智能化“一卡通”管理[2-4]等。隨著物聯(lián)網(wǎng)不斷發(fā)展，RFID技術(shù)越來(lái)越重要，可以通過(guò)讀卡器上位機(jī)軟件開(kāi)發(fā)，掌握RFID相關(guān)知識(shí)。

1 讀卡器工作原理

Mifare 1 非接觸式IC卡是荷蘭NXP半導(dǎo)體公司發(fā)明。Mifare 1卡的RF非接觸式接口符合IS0/IEC 14443 TYPE A標(biāo)準(zhǔn)[5]。Mifare 1卡具有使用廣泛、技術(shù)成熟、性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。它制卡成本低，使用簡(jiǎn)單，抗干擾能力強(qiáng)，安全性好，適合于一卡多用。

M1卡包含一個(gè)高速RF射頻接口電路和數(shù)字電路。防碰撞電路，處理多張卡片訪問(wèn)沖突問(wèn)題，一次只能訪問(wèn)一張卡。認(rèn)證控制電路，驗(yàn)證某個(gè)扇區(qū)的讀寫(xiě)密碼。M1卡數(shù)據(jù)保存在EEPROM存儲(chǔ)單元，EEPROM存儲(chǔ)單元可以擦除數(shù)據(jù)后再次寫(xiě)入，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)修改?？刂婆c算術(shù)單元是卡片的控制中心，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算，遞增遞減，CRC運(yùn)算，加密處理等。M1卡的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示。

卡呼叫，讀卡器發(fā)送一個(gè)請(qǐng)求信號(hào)，卡片收到請(qǐng)求信號(hào)后回復(fù)應(yīng)答信號(hào)，應(yīng)答包含卡片的類(lèi)型。讀卡器防沖突機(jī)制從多張卡片選擇一個(gè)卡進(jìn)行操作，未選中的卡不參加這次讀寫(xiě)。讀卡器選定卡片后，使用被訪問(wèn)扇區(qū)的密碼進(jìn)行卡認(rèn)證。每個(gè)扇區(qū)只有通過(guò)密碼認(rèn)證才可以讀寫(xiě)卡的對(duì)應(yīng)扇區(qū)數(shù)據(jù)[6]。M1卡認(rèn)證過(guò)程，需要使用扇區(qū)密碼，對(duì)讀卡器和卡片通信數(shù)據(jù)進(jìn)行加密，無(wú)線信號(hào)很容易被截獲。讀寫(xiě)器的通信流程如圖2所示。

2 讀卡器上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)

2.1 讀卡器的動(dòng)態(tài)庫(kù)

讀卡器提供了開(kāi)發(fā)功能的動(dòng)態(tài)庫(kù)，可以使用動(dòng)態(tài)庫(kù)進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)。動(dòng)態(tài)庫(kù)支持Mifare IC卡所有功能操作，例如選卡、卡認(rèn)證、讀寫(xiě)卡、修改密碼、休眠卡等。讀卡器的動(dòng)態(tài)庫(kù)導(dǎo)出的函數(shù)如表1。

2.2 界面設(shè)計(jì)

Qt是一個(gè)跨平臺(tái)C++應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)工具，可以快速開(kāi)發(fā)GUI程序和非GUI程序。Qt有可視化圖形界面編輯器Qt Designer，拖拽Qt控件快速設(shè)計(jì)應(yīng)用程序界面，使用信號(hào)和槽處理應(yīng)用程序事件。Qt常用控件包括按鈕，單選框，復(fù)選框，分組框，樹(shù)視圖，表格視圖，文本等。Qt應(yīng)用程序移植非常方便，可以根據(jù)不同操作系統(tǒng)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

讀卡器上位機(jī)軟件使用windows qt開(kāi)發(fā)，使用圖形界面按鈕控件，label控件，textedit控件，textBrowser控件，tableview控件。讀卡器上位機(jī)軟件通過(guò)textedit控件輸入扇區(qū)號(hào)，塊號(hào)和密碼A。textBrowser控件用于顯示命令的執(zhí)行結(jié)果，例如讀取卡類(lèi)型命令的返回結(jié)果。tableview控件用于顯示某扇區(qū)的數(shù)據(jù)，和寫(xiě)入某扇區(qū)的數(shù)據(jù)。上位機(jī)軟件界面如圖3所示。

2.3 軟件功能實(shí)現(xiàn)

讀卡類(lèi)型，打開(kāi)讀卡器動(dòng)態(tài)庫(kù)，查找pcdgetdevicenumber函數(shù)的調(diào)用地址，通過(guò)pcdgetdevicenumber函數(shù)指針調(diào)用，獲得卡片的設(shè)備id號(hào)，判斷卡的類(lèi)型。讀扇區(qū)數(shù)據(jù)，從軟件界面輸入框獲取扇區(qū)號(hào)和扇區(qū)密碼，打開(kāi)讀卡器動(dòng)態(tài)庫(kù)，查找piccreadex函數(shù)的調(diào)用地址，設(shè)置扇區(qū)的控制字，調(diào)用piccreadex函數(shù)，獲得卡片的序列號(hào)和扇區(qū)數(shù)據(jù)，在軟件的卡數(shù)據(jù)區(qū)表格顯示扇區(qū)0-2塊的數(shù)據(jù)。寫(xiě)入扇區(qū)數(shù)據(jù)，修改軟件的卡數(shù)據(jù)表格里面的數(shù)據(jù)，程序讀取卡數(shù)據(jù)區(qū)表格里面數(shù)據(jù)，并讀取扇區(qū)的密碼A和扇區(qū)號(hào)，調(diào)用piccwriteex函數(shù)，把數(shù)據(jù)寫(xiě)入卡片。寫(xiě)入扇區(qū)數(shù)據(jù)如圖4所示。

修改扇區(qū)密碼，從軟件輸入框讀取扇區(qū)號(hào)，原扇區(qū)密碼和新扇區(qū)密碼，設(shè)置扇區(qū)訪問(wèn)控制字，調(diào)用piccchangesinglekey函數(shù)修改對(duì)應(yīng)扇區(qū)的密碼，檢查piccchangesinglekey函數(shù)返回值，返回值是0，顯示扇區(qū)密碼修改成功，否則顯示扇區(qū)密碼修改失敗原因。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

讀卡器上位機(jī)軟件啟動(dòng)后，點(diǎn)擊讀卡類(lèi)型按鈕，信息返回文本框顯示卡片的設(shè)備id。上位機(jī)軟件填寫(xiě)扇區(qū)號(hào)，塊號(hào)和密碼A（6字節(jié)），點(diǎn)擊讀扇區(qū)數(shù)據(jù)按鈕，卡數(shù)據(jù)區(qū)文本框顯示卡片的對(duì)應(yīng)扇區(qū)數(shù)據(jù)內(nèi)容，扇區(qū)的數(shù)據(jù)是48字節(jié)，不包含扇區(qū)的第3塊中密碼和控制字。修改卡數(shù)據(jù)區(qū)的扇區(qū)數(shù)據(jù)數(shù)值，點(diǎn)擊寫(xiě)入扇區(qū)數(shù)據(jù)按鈕，修改后的數(shù)據(jù)寫(xiě)回到對(duì)應(yīng)扇區(qū)。讀卡器上位機(jī)軟件，密碼框填寫(xiě)對(duì)應(yīng)扇區(qū)密碼A，新密碼框填寫(xiě)新扇區(qū)密碼A，點(diǎn)擊修改扇區(qū)密碼A按鈕，可以修改卡的對(duì)應(yīng)扇區(qū)密碼A。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖5所示。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)windows QT開(kāi)發(fā)工具，使用gui控件，設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)了一個(gè)簡(jiǎn)明的讀卡器上位機(jī)軟件。該上位機(jī)軟件可以讀取Mifare IC卡的序列號(hào)，并且通過(guò)密碼A讀取和寫(xiě)入卡片的扇區(qū)數(shù)據(jù)。文中詳細(xì)描述了Mifare IC卡的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，IC卡與讀卡器的通信過(guò)程，對(duì)讀卡器讀寫(xiě)過(guò)程進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明。該讀卡器上位機(jī)軟件很好驗(yàn)證了Mifare IC卡讀卡器的工作原理，上位機(jī)軟件功能待后續(xù)進(jìn)一步增強(qiáng)。

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