FM1004——4KCPU卡芯片

　　IC卡芯片是上海复旦微电子股份公司的一个主要发展方向，继去年成功推出8K存储卡芯片FM4428及1KCPU卡芯片FM1001后，公司又相继开发完成了2K、4K、8K、16KCPU卡芯片，可广泛应用于社保、交警、加油等领域。
　　FM1004芯片是复旦微电专为银行交易设计的高性能CPU卡芯片，完全符合中国金融集成电路(IC)卡规范和ISO7816规范，现已有多家国内主要COS系统商在该系列芯片平台上开发、移植COS。下面对该芯片做一简单介绍。

1、芯片简介
　　FM1004采用多种安全机制保证交易的安全性。同时使用高品质的新加坡特许半导体公司的EEPROM工艺，确保了足够长的存贮单元擦写时间和数据保存时间。使用高速的8位RISC处理器，在指令集上和Microchip公司的PIC16系列兼容，但速度比其快4倍。
　 （1）供单字节、4字节、8字节、16字节、4K字节全写等多种模式的页写功能。多种EEPROM写入方式增加了程序编写的灵活性，同时也提高了芯片的处理速度，减少了交易的等待时间；
　 （2）32位随机数发生器。随机数的硬件产生用于取消软件生成随机数可能引入的某种确定性，通过内部时钟和上电过程引起的不确定，再可以结合软件生成的随机数，产生出真正意义上的随机数。使得无论硬件、软件的设计者都无法重复产生相同的数字；
　 （3）高低频检测功能。输入过低和过高的时钟频率都能导致芯片复位，用以防止入侵者进行静态分析和恶意操作；
　 （4）具有掉电复位电路和宽电源电压的读电路。一方面，FM1004具有宽电源范围的读电路，用来防止电源变化导致EEPROM数据读错；另一方面，在电源波动很大的情况下，通过及时复位保证芯片中的数据安全；
　 （5）具有下载程序到EEPROM功能。EEPROM既可作为数据存储区，又可作为程序存储区，方便系统升级。

2、产品特点
　 ●8位高速CPU体系结构　　　
　 ●写入时间为2.3ms
　 ●8K用户ROM　　　　　　
　 ●页写功能
　 ●224BytesRAM　　　　　
　 ●掉电复位电路
　 ●4KBytesEEPROM　　　　
　 ●工作电压2.7～5.5V
　 ●新加坡特许半导体公司0.6um的EEPROM工艺
　 ●抗静电能力超过5000V
　 ●流程100，000次擦写
　 ●数据保持时间超过10年

3、结构基本图
　　1图是FM1004的结构框图。CPU部分采用改进的PIC16C65系列CPU，不仅速度快于标准的PIC16C65，而且增添了一些测试指令和执行EEPROM中的程序的功能。GuardingCircuit是芯片的安全保护电路，完成上电复位，低电压复位，防分析控制等功能。芯片接口电路(interface)有多重ESD保护设计及输入噪声去除电路。EEPROM接口电路包括地址译码、电荷泵、页写控制电路，CPU通过EEPROM接口电路完成对EEPROM的读写操作，页写功能通过对EEPROM页写控制字的不同赋值来实现。内建自测模块加上CPU专门为测试设计的指令，可极快地完成芯片的测试和初始化。

图1FM1004结构框图

4、地址总线分配
　　ROM、RAM都有专用地址和数据总线和CPU相连，其中ROM的地址空间可以很方便地扩展到64K。FM1004的RAM的寻址方式在PIC16的基础上作了改进，对BANK1的前32个字节进行间接寻址操作可以访问到RAM空间，所以能比PIC16多出32字节的RAM可供使用。EEPROM和随机数发生器共用一组地址和数据总线，使用PIC16CPU的PortB、PortC口作为地址总线，PortD口作为8位双向数据总线，地址空间总共为64K。
　　FM1004的程序空间共有64K，其中前56K程序空间规划为ROM空间，后8K程序空间为EEPROM空间(PC的最高三位为“111”)；由于FM1004的实际配置为ROM8K，EEPROM4K，所以能被使用的程序空间为8K＋2K。其中ROM的程序地址为0000H～1FFFH，EEPROM的程序地址为E000H到E7FFH。
　　FM1004中的程序以2K分段，跨过2K的程序调用要通过寄存器PCLATH来实现。应用EEPROM程序时，将PCLATH修改为11100xxx后，再执行CALL或者GOTO等跳转指令，就可以执行EEPROM中的程序。另外一种方法是在修改PCL时，PCLATH的内容也会赋值到PC的高八位，同样可实现跳转功能。

5、软件开发支持
　　复旦微电专门开发了一系列的仿真系统，包括PIC16的仿真器、FPGA仿真器以及仿真芯片等，以协助COS系统商在复旦微电的芯片平台上顺利开发、移植COS，并能在最终投片生产前完整地验证软硬件配合的正确性。