Новый обзор электронных ключей-идентификаторов iButton от фирмы Dallas Semiconductor

1. iButton с уникальным серийным номером

     Группа состоит из одного семейства — DS1990А. Это первое изделие Dallas Semiconductor, впервые поступившее в продажу в 1991 году. Имеются две разновидности по толщине корпуса. DS1990A-F5 — имеет толщину корпуса 5,89 мм, а DS1990A-F3 толщину 3,1 мм.
По схемотехнике DS1990A самая простая iButton и имеет только ПЗУ с уникальным 48-разрядным номером, кодом семейства и кодом контроля. Доступ к ПЗУ происходит через интерфейсную схему, поддерживающую протокол iButton Standart (блок-схема на Рис. 2). Питается микросхема DS1990A, как и все iButton, от «паразитного источника» (на рисунке не показан), состоящего из внутренних выпрямителя и конденсатора (см. первую часть обзора). Энергия в этот источник поступает через резистор 5 КОм открытого коллектора порта считывателя в момент времени, когда контактная часть считывателя и iButton прикоснулись друг к другу.
DS1990A не имеет никаких средств защиты области данных пользователя, так как области этой как таковой и нет. Уникальный номер, записанный в ПЗУ на заводе в Далласе, доступен для любого считывающего устройства-эонда, поддерживающего протокол iButton Standart.
Четыре КОМАНДЫ ПЗУ составляют систему команд iButton DS1990А: ЧТЕНИЕ ПЗУ, СОВПАДЕНИЕ ПЗУ, ПРОПУСК ПЗУ и ПОИСК ПЗУ. В режиме с одним узлом считывания достаточно команды СЧИТЫВАНИЕ ПЗУ. Остальные команды необходимы для работы в сетевом варианте применения для исключения конфликтов при одновременном касании многих iButton к разным считывающим контактам, подсоединенным к одной линии данных.
Порядок выдачи содержимого ПЗУ при исполнении команды ЧТЕНИЕ ПЗУ следующий: код семейства(01H для DS1990A ), 48 бит уникального номера и последним идет 8-битный код контроля. Передача идет побитно, младший значащий разряд идет первым. Прием считается завершенным, только если вычисленный мастером на основе уникального номера по стандартной формуле контрольный код, совпадает с принятым контрольным кодом из ПЗУ iButton. Полный цикл считывания ПЗУ длится около 5мс.

2. iButton с энергонезависимой статической памятью

     Группа этих iButton включает в себя четыре семейства: DS1992L, DS1993L, DS1995L и DS1996L. Буква L в наименовании означа- ет наличие трехвольтовой литиевой батарейки. Энергия батарейки использует- ся для питания микромощной статической памяти (SRAM) в течение всего срока службы этих iButton, который составляет не менее 10 лет.
Для коммуникационных процессов здесь, как и в других iButton, используется «паразитный» внутренний источник — выпрямитель+конденсатор. В случае разряда батарейки по какой-либо причине, имеется возможность доступа только к ПЗУ.
Как и у всех iButton, ПЗУ этих семейств имеет идентификационный номером, код семейства и код контроля (См. Рис. 3). Каждое семейство отличается от другого только размером статической энергонезависимой памяти.
Структурно эта память разбита на страницы по 32 байта и имеет систему адресации. DS1992 имеет всего четыре таких страницы, DS1993 — 16 страниц, DS1995 — 64 страницы, DS1996 — 256 страниц. Содержимое страниц может быть считано любым устройством считывания, поддерживающим iButton Standart.
Скорости записи данных и считывания одинаковы и составляют в обычном режиме 16,3 Кбит в секунду. Модели DS1995 и DS1996 поддерживают режим ускоренного обмена «overdrive», отличие которого от обычного в сокращенных примерно в 10 раз длительностях цикла инициализации и временных окон для данных. Так инициализация происходит за время от 48мкс, а достаточный временной интервал для данных 6мкс. Скорость полудуплексного обмена данными в режиме «overdrive» 142Кбит в секунду. Запись в энергонезависимую SRAM осуществляется диспетчером памяти через 32-байтную блокнотную память, которая выполняет функцию буфера. Блок данных записывается вместе с блоком адреса для этих данных. Данные и адрес верифицируются, то есть считываются обратно мастером из блокнотной памяти, и проверяются им на предмет идентичности с отправленными. Только после удачного исхода мастер командой «копировать блокнотную память» разрешает переносить данные из блокнотной памяти на выбранную страницу основной энергонезависимой SRAM. Формат записываемых данных может быть от 1 байта до 32 байт. Считываются данные минуя блокнотную память.
Восемь команд поддерживаются данным типом iButton: четыре КОМАНДЫ ROM, три команды ЗАПИСИ, СЧИТЫВАНИЯ и КОПИРОВАНИЯ БЛОКНОТНОЙ ПАМЯТИ и команда ЧТЕНИЕ ПАМЯТИ.

3. iButton с энергонезависимой однократнопрограммируемой EPROM-памятью.

     В отличие от семейств с энергонезависимой статической памятью, в этих приборах не используются литиевые батарейки, хотя и имеется память данных. . Память данных здесь однократнопрограммируемая EPROM. Напряжение программирования 11,5В +0,5В, ток 10мА.
Питание всей схемы осуществляется только от «паразитного» источника. Отсутствие литиевой батарейки позволяет Dallas Semiconductor выпускать эти модели, как в толстом F5, так и в тонком F3 корпусах. Группа включает семейства DS1981U,DS1982U, DS1982,DS1985 и DS1986. У всех семейств имеется стандартного вида ПЗУ, но разный объем памяти данных. Последняя адресуется и разбита на страницы по 32 байта. DS1981 имеет 2 страницы,DS1982 — 4 страницы, DS1985 -64 страницы и DS1986 — 256 страниц. Модели с маркировкой U отличаются от остальных моделей тем, что 12 бит из общего пространства уникального номера занимает прошивка 5E7H, остальные же 36 бит имеют уникальную прошивку.
Для повышения надежности занесения данных в однократнопрограммируемую память данных в электрическую схему введены дополнительные элементы: детектор напряжения, генератор контрольной суммы, регистр статуса и 8-битная блокнотная память (см. Рис. 4).
Чистая EPROM имеет записанными логические единицы. Однажды установленный в логический ноль бит памяти невозможно в дальнейшем изменить, однако оставшийся в единичном состоянии может быть изменен в логический ноль при повторном программировании. Каждая страница памяти данных может быть защищена от попытки повторной записи в нее данных, установкой соответствующего бита регистра статуса в состояние логического нуля. Регистр статуса программируется только однократно, поэтому обратно открыть для записи страницу уже будет нельзя. Кроме байта защиты памяти данных, регистр статуса имеет байты переадресации страниц. Запись в эти байты позволяет переписать содержимое страницы на другую открытую для записи страницу и дополнить ее содержимое модифицированными данными. Для приложений, требующих модификации данных, Dallas Semiconductor предлагает брать модели с заведомо большим количеством страниц.
Что касается механизма записи информации в память данных этого семейства, то он несколько усложнен. Адреса, коды команд и данные проверяются исключительно побайтно. Мастер считывает код, вычисленный генератором проверочного кода, и сравнивает со своими вычислениями. Только после этого разрешается продвижение на очередной байт в процедуре записи.
Протокол обмена с мастером поддерживает восемь команд: четыре ПЗУ КОМАНДЫ, команды с памятью данных ЧТЕНИЕ и ЗАПИСЬ, а также команды для регистра статуса ЧТЕНИЕ и ЗАПИСЬ. Модель DS1986 имеет возможность работать в скоростном режиме «overdrive».
В приложениях не требующих частого обновления данных эти iButton находят применение, вследствие своей дешевизны.

4. iButton с EEPROM памятью данных

     Группа пока представлена одним семейством DS1971. Это новое семейство выпускается с 1997 года. Поставляется DS1971 в двух корпусах F3 и F5. Кроме стандартного ПЗУ, эта модель содержит память данных типа EEPROM в виде одной 256 битной странички. Данные могут неоднократно перезаписываться только постранично.
Напряжение программирования +5В. Запись происходит через блокнотную память, объем которой также 256 бит (см. Рис. 5). После верификации данных, содержимое блокнотной памяти переносится в память данных одним блоком. Имеется регистр для занесения служебной информации — РЕГИСТР ОДНОКРАТНОЙ ЗАПИСИ. Данные в него заносятся через его блокнотную память и могут быть записаны только один раз. В дальнейшем этот регистр открыт только для считывания. Регистр однократной записи может использоваться производителем оборудования с использованием DS1971 для занесения служебной информации, например, дата выпуска, номер партии и т.п.. Событие о том, что запись в РЕГИСТР ОДНОКРАТНОЙ ЗАПИСИ произведена, отражается в состоянии регистра СТАТУС-ПАМЯТЬ. Два бита его устанавливаются при этом в логический ноль. Мастер может только считать состояние этого регистра.
Одиннадцать команд возможны в работе с DS1971: четыре КОМАНДЫ ПЗУ, три команды ЧТЕНИЕ, ЗАПИСЬ и КОПИРОВАНИЕ блокнотной памяти, три команды регистра однократной записи — ЧТЕНИЕ, ЗАПИСЬ и КОПИРОВАНИЕ С ЗАМКОМ и команда ЧТЕНИЕ СТАТУС-ПАМЯТИ.