一种片上系统单芯片及其工作方法
【专利摘要】本发明公开了一种片上系统单芯片，包括微控制器、智能卡传输接口、大容量独立式存储器串行传输接口、存储单元和选择单元；智能卡传输接口、大容量独立式存储器串行传输接口和存储单元分别通过系统总线连接在微控制器上；选择单元根据选择的工作模式选通智能卡传输接口或大容量独立式存储器传输接口，同时微控制器加载相应的操作系统数据实现大容量智能卡或大容量独立式存储器。经过配置，可以将片上系统单芯片应用于大容量独立式串行接口存储器，或应用于大容量智能卡，且两种应用配置可以灵活互换。本发明还公开了一种片上系统单芯片的工作方法。
【专利说明】一种片上系统单芯片及其工作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种片上系统单芯片，尤其涉及一种即能用作大容量独立式存储器又能作为大容量智能卡使用的片上系统单芯片及其工作方法。
【背景技术】
[0002]对于传统的智能卡芯片来说，一般采用接触式接口(比如7816接口)，和其它非接触式接口(如蓝牙接口，射频接口等等)，如图1所示。整个芯片中至少有一个微控制器(MCU)，或一个蓝牙接口(BT)，或一个射频接口(RF)，一个只读存储器(R0M)，一个静态随机存储器(SRAM)，一个电可擦可编程只读存储器(EEPROM)，或一个7816接口和安全模块。其中只读存储器用作引导区，里面存放的有芯片操作系统及引导程序，静态随机存储器用作数据区，存放临时数据，电可擦可编程只读存储器用来存储个人机密信息，但容量不会太大。存储在电可擦可编程只读存储器中的信息一般采用3DES，AES或者RSA等的加密方式加密后与外通信，这样可以防止存储的信息被盗取，提高了信息的安全性。这种智能卡芯片大多采用180nm、130nm和90nm的工艺，然而随着用户个人信息越来越多，电可擦可编程只读存储器为了实现存储更多的信息，只能把容量不断做大。但是在180nm、130nm和90nm的工艺下电可擦可编程只读存储器尺寸相对于先进工艺下实现的等容量非易失性存储器较大，如果把其容量增大，这样整个芯片面积会大大增加，成本随之也增高。为了实现存储更多的数据信息，现在用的最多的是一种高密度存储智能卡，设计结构一般是两颗芯片堆叠而成，如图2所示。上面一颗芯片即如图1描述的传统低容量智能卡芯片，下面的一颗芯片是在先进工艺上实现的独立式大容量存储器，接口大多为串行方式(SPI或SQI)，用来存储个人信息比如指纹，账户，密码等等。
[0003]接口为串行传输方式(SPI或SQI)的大容量独立式存储器是一种可重复擦写操作的存储器，其机构如图3所示。接口为SQI或SPI，微控制器通过地址和数据总线访问程序存储器，静态随机存储器和寄存器组，寄存器组经过高压控制逻辑访问存储器阵列。数据信息都被存储在存储器阵列中，存储器阵列不仅可以被重复擦写而且容量也很大。
[0004]这样的一个智能卡，对于用户来说虽然可以存储更多的用户信息，但是存在安全隐患。别人可以通过解剖芯片，测试大容量存储器的接口，就可以得到存储器里面的个人信息，造成信息流失。
[0005]高密度存储智能卡因为采用的是上下两颗芯片堆叠而成的方式，所以封装后的智能卡是比较厚的。然而对于当前的数字化信息时代来说，消费类电子产品只有具有多功能，体积薄而小才具有竞争性，比如智能手机，3D电视机，做的越来越薄。显而易见，厚的智能卡也需要改进设计，往多功能且薄的方向发展，才能满足用户需求。
[0006]上下两颗芯片堆叠而成的智能卡增加了成本。因为此智能卡是两颗芯片堆叠而成，每颗芯片在封装前都会做产品验证，测试，然后再对两颗芯片堆叠后的产品做测试。这比正常的单颗芯片，多了 2次验证，测试过程，不仅花费了更多的时间和人力，而且同时还增加了成本。封装时，先把上下两颗芯片之间的引脚封装到一起，然后再把对外输入和输出引脚单独拉出来。这样的封装相对于单芯片封装来说多了一道封装工艺，使封装的成本也加大了。
[0007]本发明提出了一种即能用作大容量独立式存储器又能作为大容量智能卡使用的片上系统单芯片及其工作方法，该设计可以解决上述所有的问题。
【发明内容】
[0008]本发明的目的是为了使智能卡不仅能存储更多的信息数据，而且存储的信息数据不易被盗取，同时使智能卡做薄，提出了一种即能用作大容量独立式存储器又能作为大容量智能卡使用的片上系统单芯片及其工作方法。
[0009]本发明提出了一种片上系统单芯片，包括微控制器，其用于处理系统数据；智能卡传输接口，其与所述微控制器连接，用来传输智能卡数据；大容量独立式存储器串行传输接口，其与所述微控制器连接，用来传输存储器数据；存储单元，其与所述微控制器连接，用来存储用户数据、大容量智能卡芯片应用的操作系统数据和大容量独立式存储器应用的操作系统数据；选择单元，其控制所述智能卡传输接口和所述大容量独立式存储器串行传输接口的工作状态。
[0010]其中，所述智能卡传输接口、所述大容量独立式存储器串行传输接口和所述存储单元分别通过系统总线连接在所述微控制器上；所述选择单元根据选择的工作模式选通所述智能卡传输接口或所述大容量独立式存储器传输接口，同时所述微控制器加载相应的操作系统数据实现大容量智能卡或大容量独立式存储器。
[0011]其中，所述选择单元选择管脚配置方式或寄存器配置方式，所述管脚配置方式与所述寄存器配置方式中的配置信号分别传输至所述选通所述大容量独立式存储器串行传输接口或所述智能卡传输接口，根据所述配置信号选通所述大容量独立式存储器串行传输接口或所述智能卡传输接口。
[0012]其中，所述管脚配置方式中，所述选择单元通过其功能选择管脚与所述片上系统单芯片的芯片电源管脚或者芯片地管脚短接封装或者所述功能选择管脚悬空生成配置信号。
[0013]其中，所述寄存器配置方式中，所述选择单元为一位寄存器，所述一位寄存器的输出传输所述配置信号至在所述智能卡传输接口及所述大容量独立式存储器串行传输接口上，根据所述配置信号选通所述大容量独立式存储器串行传输接口或所述智能卡传输接□。
[0014]其中，所述智能卡传输接口包括:7816接口、蓝牙接口或射频接口，所述7816接口、所述蓝牙接口或所述射频接口通过系统总线连接在所述微控制器上。
[0015]其中，所述7816接口和所述大容量独立式存储器串行传输接口在输入输出信号复用后，封装成一体，所述复用的输入输出信号包括:电源信号、地信号、芯片复位信号、芯片时钟信号和数据输入输出信号。
[0016]其中，所述存储单元包括:程序存储器、静态随机存储器、寄存器组和存储器阵列，所述程序存储器、所述静态随机存储器和所述寄存器组通过系统总线连接在所述微控制器上，所述寄存器组的输出用来控制读写访问所述存储器阵列。
[0017]本发明提出了一种片上系统单芯片，所述片上系统单芯片进一步包括安全模块，其通过系统总线与所述微控制器连接实现对传输的用户数据进行加密。
[0018]本发明提出了一种片上系统单芯片，所述大容量存储器可以是闪存存储器、相变存储器、磁介质存储器、铁电存储器或者可变电阻式存储器。
[0019]本发明提出了一种片上系统单芯片的工作方法，包括以下步骤:
[0020]步骤一:所述片上系统单芯片上电，微控制器读取并执行引导程序，选择片上系统单芯片的工作模式；
[0021]步骤二:所述选择单元根据所述工作模式生成配置信号；
[0022]步骤三:如果工作模式为大容量独立式存储器工作模式，所述微控制器读取所述存储单元中的大容量独立式存储器应用的操作系统数据，所述选择单元根据所述配置信号选通所述独立式存储器串行传输接口，得到大容量独立式存储器；如果工作模式为智能卡工作模式，所述微控制器读取所述存储单元中的大容量智能卡芯片应用的操作系统数据，所述选择单元根据所述配置信号选通所述智能卡传输接口，得到大容量智能卡。
[0023]本发明提出了一种片上系统单芯片及其工作方法，所述片上系统单芯片在大容量智能卡配置应用下，不仅能存储更多的信息数据，而且存储的信息数据更加安全，同时使大容量智能卡更薄；当所述片上系统单芯片在大容量独立式存储器配置应用下，增加了更高的安全性；两种配置灵活互换很好地解决了所述单芯片的货存压力。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]图1为传统的智能卡芯片结构图。
[0025]图2为高密度存储智能卡示意图。
[0026]图3为独立式存储器结构图。
[0027]图4为本发明提到的即能用作大容量独立式存储器又能作为大容量智能卡使用的片上系统单芯片的结构示意图。
[0028]图5为本发明中的片上系统单芯片应用配置管脚方法结构示意图。
[0029]图6为内部带下拉的片上系统单芯片功能选择管脚的一种封装方法示意图。
[0030]图7为内部带上拉的片上系统单芯片功能选择管脚的一种封装方法示意图。
[0031]图8为内部不带上拉和下拉的片上系统单芯片功能选择管脚的封装方法示意图。
[0032]图9为本发明中的片上系统单芯片应用配置寄存器方法结构示意图。
[0033]图10为本发明中将片上系统单芯片配置应用于大容量智能卡后芯片操作系统的存储和操作示意图。
[0034]图11为本发明中将片上系统单芯片配置应用于大容量独立式存储器后芯片操作系统的存储和操作示意图。
[0035]图12为本发明中的片上系统单芯片上电后的工作流程示意图。
【具体实施方式】
[0036]结合以下具体实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明。实施本发明的过程、条件、实验方法等，除以下专门提及的内容之外，均为本领域的普遍知识和公知常识，本发明没有特别限制内容。
[0037]1-微控制器，2-智能卡传输接口，21-7816接口，22-蓝牙接口，23-射频接口，3-大容量独立式存储器串行传输接口，4-存储单元，41-程序存储器，42-静态随机存储器，43-寄存器组，44-存储器阵列，45-高压控制逻辑，5-选择单元，6-功能选择管脚，7-芯片电源管脚，8-芯片地管脚，9-安全模块。
[0038]如图4所示，片上系统单芯片的结构接口有串行传输接口(SPI或SQI)，智能卡传输接口 2设有接触式接口 7816接口 21，非接触式接口有蓝牙接口 22或者射频接口 23等。选择单元5与智能卡传输接口 2和大容量独立式存储器串行传输接口 3连接。选择单元5根据片上系统单芯片的工作模式通过管脚配置方式或寄存器配置方式生成配置信号，根据配置信号选通智能卡传输接口 2或大容量独立式存储器串行传输接口 3进行数据收发。微控制器I通过地址和数据总线访问程序存储器41，静态随机存储器42，和寄存器组43。寄存器组43的输出经过高压控制逻辑45控制读写访问高密度大容量的存储器阵列44，从存储器阵列44并行读出的数据交予微控制器I处理。微控制器I根据工作模式从程序存储器41或者存储器阵列44中相应的操作系统数据，并结合选通的智能卡传输接口 2或大容量独立式存储器串行传输接口 3得到大容量智能卡或者大容量独立式存储器。
[0039]片上系统单芯片还有安全模块9，在大容量智能卡应用时，用于加密数据信息，在大容量独立式串行接口存储器应用时，也可以增加存储内容的安全性，这是相对于传统独立式存储器来说的一大优点。本发明其实是把7816接触式或其他非接触式接口的大容量智能卡和具有串行传输(SQI或SPI)接口的高密度大容量独立式存储器相互溶合一起实现在先进的工艺上，用大容量独立式存储器的大容量可重复擦写的存储器阵列44取代传统智能卡的电可擦可编程 只读存储器的存储单元4，可以实现存储更多的信息数据。同时保留片上智能卡中的3DES，AES或者RSA等的加密模块，可以保持存储数据信息的安全性。因为具有SQI或SPI接口的大容量独立式存储器和传统的智能卡都用到了片上微控制器I和程序存储器41，静态随机存储器42，所以在本发明的设计中，微控制器I，程序存储器41，静态随机存储器42可以复用，这样做不仅减少了设计成本，而且大大缩短了设计时间。
[0040]在本发明中，有可能同时存在两个接口，一个是7816接口 21另一个是SQI或SPI接口。7816接口 21的各接口表信息如表1所示，SQI接口表的各接口信息如表2所示。
[0041]表1为7816接口信号表
【权利要求】
1.一种片上系统单芯片，其特征在于，包括: 微控制器(I)，其用于处理系统数据； 智能卡传输接口(2),其与所述微控制器(I)连接，用来传输智能卡数据； 大容量独立式存储器串行传输接口(3)，其与所述微控制器(I)连接，用来传输存储器数据； 存储单元(4)，其与所述微控制器(I)连接，用来存储用户数据、大容量智能卡芯片应用的操作系统数据和大容量独立式存储器应用的操作系统数据； 选择单元(5)，其控制所述智能卡传输接口(2)和所述大容量独立式存储器串行传输接口(3)的工作状态； 所述智能卡传输接口(2)、所述大容量独立式存储器串行传输接口(3)和所述存储单元(4)分别通过系统总线连接在所述微控制器(I)上；所述选择单元(5)根据选择的工作模式选通所述智能卡传输接口(2)或所述大容量独立式存储器传输接口(3)，同时所述微控制器加载相应的操作系统数据实现大容量智能卡或大容量独立式存储器。
2.如权利要求1所述的片上系统单芯片，其特征在于，所述选择单元(5)选择管脚配置方式或寄存器配置方式，所述管脚配置方式与所述寄存器配置方式中的配置信号分别传输至所述选通所述大容量独立式存储器串行传输接口(3)或所述智能卡传输接口(2)，根据所述配置信号选通所述大容量独立式存储器串行传输接口(3)或所述智能卡传输接口⑵。
3.如权利要求2所述的片上系统单芯片，其特征在于，所述管脚配置方式中，所述选择单元(5)通过其功能选择管脚(6)与所述片上系统单芯片的芯片电源管脚(7)或者芯片地管脚(8)短接封装或者所述 功能选择管脚(6)悬空生成配置信号。
4.如权利要求2所述的片上系统单芯片，其特征在于，所述寄存器配置方式中，所述选择单元(5)为一位寄存器，所述一位寄存器的输出传输所述配置信号至在所述智能卡传输接口(2)及所述大容量独立式存储器串行传输接口(3)上，根据所述配置信号选通所述大容量独立式存储器串行传输接口(3)或所述智能卡传输接口(2)。
5.如权利要求1所述的片上系统单芯片，其特征在于，所述智能卡传输接口(2)包括:7816接口(21)、蓝牙接口(22)或射频接口(23)，所述7816接口(21)、所述蓝牙接口(22)或所述射频接口(23)通过系统总线连接在所述微控制器(I)上。
6.如权利要求5所述的片上系统单芯片，其特征在于，所述7816接口(21)和所述大容量独立式存储器串行传输接口(3)在输入输出信号复用后，封装成一体，所述复用的输入输出信号包括:电源信号、地信号、芯片复位信号、芯片时钟信号和数据输入输出信号。
7.如权利要求1所述的片上系统单芯片，其特征在于，所述存储单元包括(4):程序存储器(41)、静态随机存储器(42)、寄存器组(43)和存储器阵列(44)，所述程序存储器(41)、所述静态随机存储器(42)和所述寄存器组(43)通过系统总线连接在所述微控制器(I)上，所述寄存器组(43)的输出用来控制读写访问所述存储器阵列(44)。
8.如权利要求1所述的片上系统单芯片，其特征在于，所述片上系统单芯片进一步包括安全模块(9)，其通过系统总线与所述微控制器(I)连接实现对传输的用户数据进行加LU O
9.如权利要求1所述的片上系统单芯片，其特征在于，所述大容量存储器可以是闪存存储器、相变存储器、磁介质存储器、铁电存储器或者可变电阻式存储器。
10.一种片上系统单芯片的工作方法，其特征在于，包括以下步骤: 步骤一:所述片上系统单芯片上电，微控制器读取并执行引导程序，选择片上系统单芯片的工作模式； 步骤二:所述选择单元(5)根据所述工作模式生成配置信号； 步骤三:如果工作模式为大容量独立式存储器工作模式，所述微控制器(I)读取所述存储单元(4)中的大容量独立式存储器应用的操作系统数据，所述选择单元(5)根据所述配置信号选通所述独立式存储器串行传输接口(3)，得到大容量独立式存储器；如果工作模式为智能卡工作模式，所述微控制器(I)读取所述存储单元(4)中的大容量智能卡芯片应用的操作系统数据，所述选择单元(5)根据所述配置信号选通所述智能卡传输接口(2)，得到大容量智能卡。
【文档编号】G06K19/07GK103473187SQ201310352465
【公开日】2013年12月25日 申请日期:2013年8月13日 优先权日:2013年8月13日
【发明者】景蔚亮, 陈邦明 申请人:上海新储集成电路有限公司