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ENCICLOPEDIA DELLA RADIOELETTRONICA ED ELETTRICA Touch Memory - identificatore elettronico. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica
Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / Progettista radioamatore Introduzione Nei sistemi per l'identificazione automatica di personale, prodotti tecnici, merci, i più popolari sono identificatori tradizionali come un codice a barre e una banda magnetica. Tuttavia, nonostante la loro semplicità e basso costo, questi identificatori presentano una serie di limitazioni significative. I loro svantaggi includono la scarsa capacità di informazione, l'impossibilità di modificare tempestivamente i dati registrati, una maggiore dipendenza dalle condizioni operative e la necessità di utilizzare appositi dispositivi di lettura che convertono segnali ottici o magnetici in un codice digitale. La diffusa introduzione dei sistemi informativi nella produzione, nella gestione, nel settore finanziario, nel commercio e nella sfera sociale ha richiesto la creazione di mezzi più avanzati di identificazione automatica. Questi strumenti possono essere giustamente attribuiti a un tipo fondamentalmente nuovo di identificatori elettronici della società americana "Dallas Semiconductor". La famiglia DS199X, denominata Touch Memory, ha una serie di caratteristiche uniche. Touch Memory è una memoria non volatile alloggiata in una custodia di metallo con un pin di segnale e un pin di terra. La custodia, che sembra una batteria a bottone in miniatura, si attacca facilmente al prodotto o a un supporto (carta, portachiavi). Le informazioni vengono scritte e lette dalla memoria dello strumento semplicemente toccando il lettore sull'alloggiamento della Touch Memory. Organizzazione della memoria La famiglia Touch Memory comprende 5 dispositivi identici nel design del case, ma differiscono per funzionalità, dimensioni della memoria e metodo di accesso (Tabella 1).
Ci sono quattro blocchi principali nella struttura di Touch Memory: memoria di sola lettura, memoria del blocco note, memoria ad accesso casuale, orologio in tempo reale (per DS1994) e una batteria: una batteria al litio in miniatura incorporata (Fig. 1).
Memoria di sola lettura Ogni strumento Touch Memory contiene una memoria di sola lettura (ROM) che memorizza un codice a 64 bit costituito da un codice del tipo di strumento a 8 bit, un numero di serie univoco a 48 bit e un checksum a 8 bit (Figura 2).
I dati inseriti nella ROM sono una combinazione di codice univoca che viene scritta nel dispositivo utilizzando un'installazione laser durante la sua fabbricazione e non può essere modificata durante l'intera vita del dispositivo. Durante il processo di registrazione e collaudo in fabbrica, è garantito che non verranno prodotte due unità con lo stesso codice articolo. Poiché durante la lettura di dati dalla ROM in qualsiasi momento, il contatto elettrico del lettore con la custodia del dispositivo potrebbe essere disturbato, è necessario controllare l'integrità dei dati letti. A tale scopo Touch Memory utilizza il Cyclic Redundancy Check (CRC). Nel byte alto viene memorizzato il checksum precalcolato dei 7 byte inferiori del contenuto della ROM. Durante la lettura dei dati dalla ROM nel lettore (personal computer, controller a microprocessore), viene calcolato un checksum, che viene confrontato con il codice di controllo registrato nel byte alto. Nel caso in cui i codici corrispondessero, il numero di serie è stato letto correttamente. In caso contrario, i dati vengono riletti dalla ROM. La tensione di alimentazione della ROM viene fornita tramite la linea del segnale dati, che consente, in primo luogo, di risparmiare l'energia della batteria al litio incorporata e, in secondo luogo, di leggere sempre la memoria indipendentemente dall'energia della batteria. Memoria ad accesso casuale Lo strumento più semplice della famiglia DS1990 contiene solo memoria di sola lettura. Tutti gli altri dispositivi includono anche RAM statica. Il numero di cicli di scrittura-lettura in questa memoria non è limitato. La memoria è alimentata da una batteria al litio in miniatura con una durata di 10 anni. Tutta la RAM è divisa in pagine separate di 32 byte. DS1992 ha 4 pagine che possono memorizzare 256 byte, DS1993 e DS1994 hanno 16 pagine che possono memorizzare 512 byte. DS1994 contiene un'ulteriore 17a pagina, che ha un volume di 30 byte ed è destinata al funzionamento dell'orologio in tempo reale (Fig. 3).
Poiché i dati vengono scritti nella memoria al momento del contatto con il lettore e il corpo del dispositivo, la violazione del contatto elettrico in questo momento può portare alla distruzione delle informazioni nella memoria. Per prevenire la distruzione delle informazioni, la struttura di Touch Memory prevede memoria buffer aggiuntiva, che svolge la funzione di area blocco note. Questa memoria protegge lo strumento dalla scrittura accidentale di nuovi dati su dati esistenti o dalla scrittura all'indirizzo errato. La quantità di memoria scratchpad è uguale alla dimensione di una pagina di RAM - 32 byte per DS1992-94. Considera il principio di funzionamento della memoria del blocco note. Tutti i dati immessi nello strumento vengono inizialmente scritti nella memoria dello scratchpad. Quindi vengono trasferiti da esso al lettore, dove vengono confrontati con i dati che dovevano essere scritti. Dopo la verifica, viene eseguita l'operazione di copia del contenuto della memoria del blocco note nella memoria principale. Poiché la copia viene eseguita all'interno della Touch Memory, l'integrità delle informazioni è garantita anche in caso di rottura del contatto esterno. Accedi alla RAM protetta I dispositivi DS 1992-94 hanno una RAM identica nella struttura, di cui ogni pagina è disponibile sia per la lettura (direttamente) che per la scrittura (tramite memoria scratchpad). Il DS 199.1 ha un'architettura RAM più complessa. Implementa a livello hardware la protezione della memoria contro l'accesso non autorizzato. Tutta la memoria non volatile è divisa in quattro pagine indipendenti di 64 byte ciascuna, una delle pagine è la memoria del blocco note. Ciascuna pagina della memoria principale è composta da 48 byte destinati alla memorizzazione dei dati e due campi di servizio di 8 byte ciascuno per la memorizzazione di un identificatore e di una password (Fig. 4).
Il meccanismo di accesso alla memoria è implementato utilizzando due chiavi: pubblica, memorizzata nel campo dell'identificatore, e privata, registrata nel campo della password. La chiave pubblica viene scritta e letta, la chiave privata è solo impostata e non può essere letta. La chiave privata fornisce l'accesso autorizzato alla memoria ed è protetta da modifiche accidentali dalla chiave pubblica. Durante la formattazione iniziale, i codici delle chiavi pubbliche e private di questa pagina vengono scritti nei campi di servizio di ogni pagina. Ogni volta che si accede alla memoria nel DS1991, viene prima trasmessa la chiave privata di quella pagina. Nel caso in cui corrisponda alla chiave precedentemente scritta nel campo password, la memoria sarà disponibile sia per la scrittura che per la lettura. Se i codici non corrispondono, i dati non vengono scritti nella memoria e in modalità di lettura viene letta una sequenza di numeri casuali dal DS1991. Per scrivere un nuovo valore di chiave privata in DS1991, è necessario passare il codice della chiave pubblica della pagina selezionata. Se questo codice corrisponde al codice precedentemente registrato nel campo identificatore, i nuovi valori di entrambe le chiavi vengono scritti nel campo di servizio di questa pagina e l'area dati viene cancellata. Se i codici non corrispondono, il valore della chiave privata non cambia. Il meccanismo di accesso alla memoria implementato in DS1991 fornisce una protezione affidabile della memoria da operazioni di scrittura e lettura non autorizzate, che è estremamente importante in numerose applicazioni. Orologio in tempo reale Il DS1994 ha un circuito di clock in tempo reale. L'oscillatore a cristallo miniaturizzato integrato, operando a una frequenza di 32,768 Hz, genera segnali di temporizzazione stabili - 256 impulsi al secondo. Il circuito contiene tre contatori: un contatore di impulsi temporali a 40 bit, un timer a intervalli di 40 bit che conta il tempo in cui la linea di segnale è attiva e un contatore di cicli a 32 bit che conta il numero di cicli di scambio dati con il dispositivo. I byte superiori del contatore di impulsi temporali e del timer di intervallo forniscono il conteggio del tempo con precisione al secondo. Oltre a questi contatori, il circuito dispone di tre registri con scopi simili. Se il valore corrente del contatore corrisponde ai dati precedentemente registrati nel registro, nel registro di stato viene impostato il flag corrispondente. Se nel registro di stato è impostato il bit di abilitazione dell'interrupt corrispondente, viene generato un interrupt che può essere letto tramite la linea di segnale. Interfaccia a filo singolo Una caratteristica distintiva di Touch Memory è il protocollo di scambio con il lettore sviluppato da Dallas Semiconductor. Per ricevere e trasmettere informazioni, viene utilizzata una linea di segnale bidirezionale (il secondo filo è un contatto di terra). Lo scambio su una linea avviene in modalità half-duplex (in ricezione o in trasmissione). L'interazione dei dispositivi tramite un'interfaccia unifilare è organizzata secondo il principio "master-slave" (master-slave). In questo caso il lettore è sempre il master e uno o più dispositivi Touch Memory sono gli slave. L'interazione di più dispositivi con il lettore su una linea bidirezionale è supportata dall'hardware Touch Memory. Il protocollo di scambio su un'interfaccia a filo singolo è a due livelli. Al primo livello logico, i comandi di scambio con ROM e RAM vengono utilizzati per interagire con i dispositivi (Tabella 2).
Il gruppo di comandi di scambio ROM è composto da quattro comandi: lettura ROM, salta, confronto e ricerca. Gli ultimi due comandi consentono l'interazione su una riga di più Touch Memory con il lettore. Il comando compare avvia uno scambio con il dispositivo di cui è specificato il numero di serie. Il comando di ricerca permette di determinare il numero seriale di uno dei dispositivi collegati ad una linea bidirezionale. I comandi di scambio con blocco note e memoria principale vengono elaborati da Touch Memory solo dopo l'esecuzione di uno dei comandi di scambio con ROM. Pertanto, quando più dispositivi collegati alla stessa linea interagiscono, il lettore invia sulla linea un comando di confronto, in base al quale viene selezionato un solo dispositivo, che successivamente riceve comandi per lo scambio con la memoria. Tutti i comandi di scambio hanno una dimensione fissa: un byte, i dati sono rappresentati da numeri interi a 8 bit. Il master avvia sempre uno scambio inviando comandi allo slave. Il protocollo del livello fisico viene utilizzato per trasferire comandi e dati su un'interfaccia a filo singolo. I comandi ei dati vengono trasmessi in codice seriale. Per garantire l'integrità delle informazioni trasmesse, il protocollo di scambio a livello fisico regola rigorosamente i parametri temporali dei segnali sulla linea. Il protocollo di scambio dati si compone di tre cicli principali: inizializzazione, scrittura e lettura. Il ciclo di inizializzazione è il ciclo iniziale di qualsiasi scambio di informazioni con la Touch Memory. In questo ciclo il dispositivo master effettua il polling della linea, determinando su di essa la presenza di Touch Memory. Il ciclo di inizializzazione è sincronizzato da un impulso di reset negativo generato dal master. Dopo aver inviato il segnale, il dispositivo master rilascia la linea ed entra in modalità di ricezione. Nel caso in cui un dispositivo Touch Memory sia collegato alla linea, rileva il segnale di clock del master e, dopo una pausa temporanea, gli invia un segnale di identificazione (Fig. 5). Questo segnale di risposta informa l'host che c'è un contatto elettrico con la Touch Memory e che lo scambio può iniziare.
I dati vengono trasmessi su una linea bidirezionale a filo singolo in intervalli di tempo discreti chiamati segmenti temporali (in genere circa 60 µs). Durante la trasmissione dei dati, viene utilizzato un metodo di codifica a larghezza di impulso, che ricorda il codice Morse: durante un segmento di tempo, gli stati lunghi o brevi di uno zero logico sulla linea determinano il valore del bit trasmesso. Fornisce velocità di trasferimento dati fino a 16,6 kbps. La sincronizzazione del segmento temporale durante la registrazione viene effettuata dal fronte negativo del segnale che forma il dispositivo master. Per trasferire un'unità logica alla Touch Memory il dispositivo master rilascia la linea dopo aver inviato un segnale di clock, per scrivere uno zero logico il dispositivo master mantiene uno stato basso della linea durante l'intero segmento temporale (Fig. 6a). Il ciclo di scrittura descritto viene ripetuto per ogni bit di comando trasmesso.
All'inizio del ciclo di lettura, il dispositivo host invia anche un segnale di clock di basso livello alla linea, dopodiché rilascia la linea ed entra in modalità di ricezione. Inoltre, durante l'intero segmento temporale, lo stato della linea unifilare è determinato dal dispositivo slave - Touch Memory. In questo caso, un'unità logica viene trasmessa da un livello alto e uno zero logico viene trasmesso da un livello basso di una linea unifilare durante l'intero segmento di tempo. Il momento migliore per il data gating da parte del dispositivo master è 8 µs dopo l'inizio del segmento temporale (Fig. 6b). Il ciclo di lettura di un bit viene ripetuto finché tutti i dati non sono stati letti.
Al termine di ogni segmento temporale, il dispositivo master prevede una pausa nello scambio (momento di recupero) tenendo alta la linea. È possibile sospendere una sessione di comunicazione per un qualsiasi momento tra segmenti orari, mantenendo uno stato alto sulla linea. In tutte le sessioni di comunicazione, viene trasmesso per primo il bit di dati meno significativo. Caratteristiche di progettazione di Touch Memory Una serie di caratteristiche uniche della Touch Memory sono fornite grazie all'insolita custodia del dispositivo. Il cristallo di memoria e la batteria al litio in miniatura sono alloggiati in una cassa sigillata in acciaio inossidabile con un diametro di 16 mm e uno spessore di 5,8 mm (cassa F5) o 3,2 mm (cassa F3). La custodia in acciaio viene utilizzata per creare contatti elettrici. La custodia del dispositivo è simile nel design alla custodia di una batteria a bottone. È costituito da un bordo con un fondo e una copertura isolata elettricamente. A differenza dei microcircuiti convenzionali, l'accesso al contenuto della memoria del dispositivo avviene solo attraverso due linee: terra e segnale bidirezionale. Il bordo e il fondo sono il contatto di massa e il cappuccio funge da contatto di segnale (Fig. 7a). Il case può resistere a oltre 1 milione di connessioni meccaniche senza evidenti segni di usura.
Per leggere i dati dai dispositivi Touch Memory viene utilizzato il dispositivo di contatto Touch Probe (sonda), che è un assieme meccanico costituito da due parti metalliche stampate separate da un dielettrico. La punta della sonda è sagomata per adattarsi esattamente al corpo rotondo dello strumento. In questo caso, la regione centrale approfondita funge da contatto di segnale e il suo bordo funge da contatto di terra (Fig. 7b).
Le dimensioni ridotte del Touch Probe ne consentono l'integrazione diretta in un controller palmare a microprocessore, il collegamento a qualsiasi superficie o l'utilizzo come dispositivo palmare autonomo. L'interazione con il dispositivo è fornita da un tocco momentaneo della sonda e del corpo Touch Memory in modo tale che la parte inferiore del dispositivo entri in contatto con l'area centrale profonda della sonda e il bordo entri in contatto con la superficie laterale della sonda. L'uso di un semplice design dell'interfaccia elettrica garantisce l'elevata resistenza meccanica della Touch Memory, poiché non ha pin o contatti che possono essere danneggiati. Affidabilità Uno dei principali vantaggi della Touch Memory rispetto ad altri tipi di identificatori è la loro elevata affidabilità. I dispositivi Touch Memory resistono a uno shock meccanico di 500 g, una caduta da un'altezza di 1,5 metri su un pavimento di cemento, un carico sul corpo di 11 kg, non sono influenzati da campi magnetici e statici, atmosfera industriale e funzionano nell'intervallo di temperatura da -40 a +85'C per DS 1990 e da -20'C a +85'C per tutti gli altri dispositivi della famiglia. conclusione Il design unico della custodia e la semplice interfaccia elettrica della Touch Memory possono ampliare notevolmente la portata dell'identificatore elettronico rispetto ai mezzi tradizionali, e in alcuni sistemi addirittura sostituirli. L'introduzione della tecnologia Touch Memory nella CSI differisce notevolmente dall'introduzione di sistemi con identificatori convenzionali. Se i sistemi con schede magnetiche, codici a barre e quelli più moderni con schede a microprocessore vengono acquistati interamente all'estero, tutte le apparecchiature e il software per i sistemi con Touch Memory vengono sviluppati e prodotti da imprese nazionali. Questo percorso è molto più economico e promettente, poiché, da un lato, consente di sfruttare l'alto potenziale degli sviluppatori domestici e di adattare facilmente i sistemi ai requisiti di applicazioni specifiche e, dall'altro, consente di realizzare un salto, introducendo in breve tempo la tecnologia più avanzata. I dispositivi Touch Memory sono più ampiamente utilizzati nei sistemi di controllo per l'accesso fisico a locali, edifici e l'accesso a risorse informative, apparecchiature, nei sistemi di pagamenti elettronici non in contanti, identificazione automatica di prodotti, oggetti. Autore: E. Zlotnik; Pubblicazione: N. Bolshakov, rf.atnn.ru
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