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无线电电子与电气工程百科全书 触摸内存 - 电子标识符。 无线电电子电气工程百科全书
介绍 在人员、技术产品、货物的自动识别系统中，最流行的是条形码和磁条等传统标识符。 然而，尽管它们简单且成本低，但这些标识符有许多明显的限制。 它们的缺点包括信息容量微不足道，无法及时更改记录数据，对操作条件的依赖性更大，以及需要使用将光或磁信号转换为数字代码的特殊读取设备。 在生产、管理、金融部门、贸易和社会领域广泛引入信息系统需要创建更先进的自动识别手段。 这些工具可以正确地归因于美国公司“达拉斯半导体”的一种全新类型的电子标识符。 DS199X 系列，称为触控存储器，具有许多独特的功能。 Touch Memory 是一种非易失性存储器，安装在金属外壳中，具有一个信号引脚和一个接地引脚。 外壳看起来像一个微型纽扣电池，可以很容易地连接到产品或载体（卡片、钥匙扣）上。 只需轻触 Touch Memory 外壳上的读卡器，即可在仪器的内存中写入和读取信息。 记忆组织 Touch Memory 系列包括 5 款外壳设计相同的器件，但在功能、存储器大小和访问方法方面有所不同（表 1）。
Touch Memory 的结构主要有四个模块：只读存储器、记事本存储器、随机存取存储器、实时时钟（适用于 DS1994）以及电池——内置微型锂电池（图 1） ）。
只读存储器 每个 Touch Memory 仪器都包含只读存储器 (ROM)，其中存储一个 64 位代码，该代码由一个 8 位仪器类型代码、一个 48 位唯一序列号和一个 8 位校验和组成（图 2）。
放置在 ROM 中的数据是唯一的代码组合，在设备制造过程中使用激光装置写入设备，并且在设备的整个使用寿命期间无法更改。 在工厂的记录和测试过程中，保证不会生产两个具有相同零件编号的单元。 由于在从ROM读取数据时，读取器与设备外壳的电接触随时可能断开，因此需要控制读取数据的完整性。 为此，触控存储器使用循环冗余校验 (CRC)。 ROM 内容的低 7 个字节的预先计算的校验和存储在高字节中。 当从阅读器（个人计算机、微处理器控制器）中的 ROM 读取数据时，会计算一个校验和，并与记录在高字节中的控制代码进行比较。 如果代码匹配，则序列号被正确读取。 否则，从 ROM 中重新读取数据。 ROM供电电压通过数据信号线提供，一来可以节省内置锂电池的能量，二来无论电池电量如何，都可以一直读取内存。 随机存取存储器 DS1990 系列中最简单的仪器只包含只读存储器。 所有其他设备还包括静态 RAM。 该存储器中的写-读周期数不受限制。 内存由微型锂电池供电，使用寿命为 10 年。 所有 RAM 都分为 32 字节的单独页面。 DS1992有4页可存储256字节，DS1993和DS1994有16页可存储512字节。 DS1994 包含一个额外的第 17 页，其容量为 30 字节，用于实时时钟的操作（图 3）。
由于数据在接触阅读器和设备主体的那一刻被写入内存，因此此时违反电接触会导致内存中的信息被破坏。 为了防止信息被破坏，Touch Memory 的结构提供了额外的缓冲存储器，它执行记事本区域的功能。 此内存可防止仪器意外在现有数据上写入新数据或写入错误地址。 暂存器存储器的大小等于 RAM 页的大小 - DS32-1992 为 94 字节。 考虑记事本内存的工作原理。 进入仪器的所有数据最初都写入暂存器存储器。 然后它们从它传输到阅读器，在那里它们与需要写入的数据进行比较。 验证后进行将记事本内存的内容复制到主存的操作。 由于复制是在 Touch Memory 内部进行的，因此即使外部接触中断，也可以保证信息的完整性。 访问受保护的 RAM DS 1992-94 设备具有结构相同的 RAM，其任何页面都可用于读取（直接）和写入（通过暂存器存储器）。 DS 199.1 具有更复杂的 RAM 架构。 它在硬件级别实施内存保护以防止未经授权的访问。 所有的非易失性存储器被分成四个独立的页面，每个页面 64 字节，其中一页是记事本存储器。 主存储器的每一页由 48 个字节组成，用于存储数据，以及两个 8 个字节的服务字段，每个字段用于存储标识符和密码（图 4）。
内存访问机制使用两个密钥来实现：公钥，存储在标识符字段中，私有密钥，记录在密码字段中。 公钥是读写的，私钥是只设置的，不可读取的。 私钥提供对内存的授权访问，并受到公钥的意外更改保护。 在初始格式化时，将本页面的公钥和私钥的代码写入到每个页面的服务字段中。 每当在 DS1991 中访问内存时，首先传输该页面的私钥。 如果它与密码字段中先前写入的密钥匹配，则该存储器将可用于写入和读取。 如果代码不匹配，则数据不会写入内存，在读取模式下，会从 DS1991 读取一系列随机数。 要将新的私钥值写入 DS1991，您必须传递所选页面的公钥代码。 如果此代码与之前记录在标识符字段中的代码匹配，则将两个键的新值写入此页的服务字段，并擦除数据区。 如果代码不匹配，则私钥的值不会改变。 DS1991 中实现的内存访问机制为内存提供了可靠的保护，防止未经授权的写入读取，这在许多应用中极为重要。 实时时钟 DS1994 有一个实时时钟电路。 内置微型晶体振荡器，工作频率为 32,768 Hz，可产生稳定的定时信号 - 每秒 256 个脉冲。 该电路包含三个计数器：一个 40 位时间脉冲计数器、一个 40 位间隔定时器，用于计算信号线处于活动状态的时间，以及一个 32 位周期计数器，用于计算与设备的数据交换周期数。 时间脉冲计数器和间隔定时器的高字节提供秒精度的时间计数。 除了这些计数器之外，该电路还有三个具有类似用途的寄存器。 如果当前计数器值与寄存器中先前记录的数据匹配，则在状态寄存器中设置相应的标志。 如果在状态寄存器中设置了相应的中断使能位，则会生成一个可以通过信号线读取的中断。 单线接口 Touch Memory 的一个显着特点是与 Dallas Semiconductor 开发的阅读器的交换协议。 为了接收和传输信息，使用一根双向信号线（第二根线是接地触点）。 一条线路上的交换以半双工模式（接收或发送）进行。 设备通过单线接口的交互是按照“主从”（master-slave）的原则来组织的。 在这种情况下，阅读器始终是主设备，而一个或多个 Touch Memory 设备是从设备。 Touch Memory 硬件支持多台设备与阅读器在一条双向线路上的交互。 单线接口上的交换协议是两级的。 在第一个逻辑级别，与 ROM 和 RAM 的交换命令用于与设备交互（表 2）。
ROM 交换命令组由四个命令组成：ROM 读取、跳过、比较和搜索。 最后两个命令提供与阅读器在一行中的多个 Touch Memory 上的交互。 compare 命令启动与指定序列号的设备的交换。 搜索命令允许您确定连接到双向线路的设备之一的序列号。 只有在执行了与 ROM 交换的命令之一后，Touch Memory 才会处理与记事本和主存交换的命令。 这样，当连接在同一条线路上的多个设备交互时，阅读器通过该线路发送比较命令，根据该比较命令，仅选择一个设备，随后接收与内存交换的命令。 所有交换命令都有一个固定的大小——一个字节，数据由 8 位整数表示。 主机总是通过向从机发送命令来启动交换。 物理层协议用于通过单线接口传输命令和数据。 命令和数据以串行代码传输。 为了保证传输信息的完整性，物理层的交换协议严格规定了线路上信号的时间参数。 数据交换协议由三个主要周期组成：初始化、写入和读取。 初始化周期是与触控存储器进行任何信息交换的初始周期。 在这个循环中，主机轮询线路，确定其上是否存在触控存储器。 初始化周期由主机产生的负复位脉冲同步。 发送信号后，主机释放线路，进入接收模式。 如果触摸存储设备连接到线路，它会检测到主时钟信号，并在暂时暂停后向他发送一个识别信号（图 5）。 该响应信号通知主机与触控存储器有电接触并且可以开始交换。
数据通过单线双向线路以离散的时间间隔传输，称为时间段（通常约为 60 µs）。 传输数据时，使用脉宽编码方法，让人想起摩尔斯电码：在一个时间段内，线路上逻辑零的长或短状态决定了传输位的值。 提供高达 16,6 kbps 的数据传输速率。 记录期间时间段的同步是由构成主设备的信号的下降沿执行的。 要将逻辑单元传输到 Touch Memory，主设备在发送时钟信号后释放线路；要写入逻辑零，主设备在整个时间段内保持线路的低状态（图 6a）。 对传输的每个命令位重复所描述的写周期。
在读取周期开始时，主机设备也会向线路发送一个低电平时钟信号，之后它会释放线路并进入接收模式。 进一步地，在整个时间段内，单线线路的状态由从设备——Touch Memory决定。 在这种情况下，在整个时间段内，单线线路的高电平传输一个逻辑单元，而单线线路的低电平传输一个逻辑零。 主机数据选通的最佳时间是时间段开始后的 8 µs（图 6b）。 重复一位的读取周期，直到已读取所有数据。
在每个时间段结束时，主设备通过将线路保持在高位来提供交换暂停（恢复时刻）。 可以在时间段之间的任何时间暂停通信会话，同时保持线路上的高状态。 在所有通信会话中，首先传输数据的最低有效位。 触控记忆的设计特点 由于设备的特殊情况，提供了触摸存储器的许多独特功能。 记忆水晶和微型锂电池装在一个密封的不锈钢外壳中，直径16毫米，厚度5,8毫米（F5外壳）或3,2毫米（F3外壳）。 钢壳用于制作电触点。 该设备的外壳在设计上类似于纽扣电池的外壳。 它由一个带底部的轮辋和一个电绝缘盖组成。 与传统的微电路不同，对设备内存内容的访问仅通过两条线进行：接地线和双向信号线。 边缘和底部是接地触点，盖子充当信号触点（图 7a）。 该表壳可承受超过 1 万次机械连接而不会出现明显磨损。
要从 Touch Memory 设备读取数据，需要使用 Touch Probe 接触设备（探针），它是一种机械组件，由两个由电介质隔开的冲压金属部件组成。 探头尖端的形状与仪器的圆形主体完全吻合。 在这种情况下，加深的中心区域用作信号触点，其边缘用作接地触点（图 7b）。
Touch Probe 的小尺寸使其可以直接内置到手持微处理器控制器中，连接到任何表面，或用作独立的手持设备。 与设备的交互是通过探针和 Touch Memory 主体的瞬时触摸来提供的，设备底部接触探针的深中心区域，边缘接触探针的侧面。 使用简单的电气接口设计确保了 Touch Memory 的高机械强度，因为它没有可能损坏的引脚或触点。 可靠性 与其他类型的标识符相比，Touch Memory 的主要优势之一是它们的高可靠性。 Touch Memory 设备可承受 500 克的机械冲击、从 1,5 米的高度跌落到水泥地板上、身体承受 11 公斤的负载，不受磁场和静电场、工业环境的影响，并且在温度范围内运行DS 40 为 -85 至 +1990'C，该系列的所有其他设备为 -20'C 至 +85'C。 结论 Touch Memory 独特的外壳设计和简单的电气接口，与传统方式相比，可以显着扩大电子标识符的范围，在某些系统中甚至可以取代它们。 在 CIS 中引入 Touch Memory 技术与引入具有传统标识符的系统有很大不同。 如果磁卡、条码以及更现代的微处理器卡系统全部在国外购买，那么所有带有触控记忆的系统的设备和软件都是由国内企业开发和生产的。 这条道路更便宜，更有希望，因为一方面，它允许利用国内开发人员的高潜力，并轻松地使系统适应特定应用程序的要求，另一方面，它可以使技术飞跃，在短时间内引进最先进的技术。 触摸存储设备最广泛地用于控制系统，用于物理访问场所、建筑物和访问信息资源、设备、非现金电子支付系统、产品、对象的自动识别。 作者：E. Zlotnik； 出版：N. Bolshakov, rf.atnn.ru
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