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無線電子工学および電気工学の百科事典 タッチメモリ - 電子識別子。 無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典
無線電子工学と電気工学の百科事典 / アマチュア無線デザイナー 導入 人員、技術製品、商品の自動識別システムでは、バーコードや磁気ストリップなどの従来の識別子が最も人気があります。 ただし、その単純さと低コストにもかかわらず、これらの識別子にはいくつかの重要な制限があります。 それらの欠点には、情報容量が小さいこと、記録されたデータを迅速に変更できないこと、動作条件への依存度が高いこと、光信号または磁気信号をデジタルコードに変換する特別な読み取りデバイスを使用する必要があることが含まれます。 生産、管理、金融部門、貿易、および社会分野での情報システムの広範な導入により、自動識別のより高度な手段の作成が必要になりました。 これらのツールは、アメリカの会社「ダラス セミコンダクタ」の根本的に新しいタイプの電子識別子に当然帰することができます。 タッチ メモリと呼ばれる DS199X ファミリには、多くの独自の機能があります。 タッチ メモリは、XNUMX つの信号ピンと XNUMX つのグランド ピンを備えた金属ケースに収納された不揮発性メモリです。 小型のボタン電池のようなケースは、製品やキャリア（カード、キーホルダー）に簡単に取り付けられます。 タッチ メモリ ハウジングのリーダーに触れるだけで、情報が機器のメモリに書き込まれ、読み取られます。 メモリ構成 タッチ メモリ ファミリには 5 つのデバイスがあり、ケース デザインは同じですが、機能、メモリ サイズ、アクセス方法が異なります (表 1)。
タッチ メモリの構造には、読み取り専用メモリ、メモ帳メモリ、ランダム アクセス メモリ、リアルタイム クロック (DS1994 の場合)、およびバッテリ (内蔵小型リチウム電池) の 1 つの主要ブロックがあります (図 XNUMX)。 ）。
読み取り専用ストレージ 各タッチ メモリ計測器には、64 ビットの計測器タイプ コード、8 ビットの一意のシリアル番号、および 48 ビットのチェックサムで構成される 8 ビット コードを保存する読み取り専用メモリ (ROM) が含まれています (図 2)。
ROM に配置されたデータは、製造中にレーザー装置を使用してデバイスに書き込まれた一意のコードの組み合わせであり、デバイスの寿命全体にわたって変更することはできません。 工場でのレコーディングとテストの過程で、同じ部品番号で XNUMX つのユニットが製造されないことが保証されています。 ROM からデータを読み取るときはいつでも、リーダーとデバイス ケースとの電気的接触が妨げられる可能性があるため、読み取られるデータの完全性を制御する必要があります。 この目的のために、タッチ メモリは巡回冗長検査 (CRC) を使用します。 ROM の内容の下位 7 バイトの事前に計算されたチェックサムは、上位バイトに格納されます。 リーダ（パソコン、マイクロプロセッサコントローラ）内のROMからデータを読み取る際、チェックサムを計算し、上位バイトに記録されている制御コードと比較します。 コードが一致した場合、シリアル番号は正しく読み取られました。 それ以外の場合、データは ROM から再読み込みされます。 ROM電源電圧はデータ信号ラインを介して供給されます。これにより、第一に、内蔵リチウム電池のエネルギーを節約し、第二に、バッテリーのエネルギーに関係なく常にメモリを読み取ることができます。 ランダムアクセスメモリ DS1990 ファミリの最も単純な機器には、読み取り専用メモリのみが含まれています。 他のすべてのデバイスにもスタティック RAM が含まれています。 このメモリの読み書きサイクル数に制限はありません。 メモリは、寿命が 10 年の小型リチウム電池で駆動されます。 すべての RAM は、32 バイトの個別のページに分割されます。 DS1992 には 4 バイトを格納できる 256 つのページがあり、DS1993 と DS1994 には 16 バイトを格納できる 512 ページがあります。 DS1994 には追加の 17 ページが含まれており、これは 30 バイトのボリュームがあり、リアルタイム クロックの操作を目的としています (図 3)。
データはリーダーとデバイスの本体に触れた瞬間にメモリに書き込まれるため、この瞬間の電気的接触の違反は、メモリ内の情報を破壊する可能性があります。 情報の破壊を防ぐために、タッチ メモリの構造は、メモ帳領域の機能を実行する追加のバッファ メモリを提供します。 このメモリは、計器が誤って既存のデータに新しいデータを書き込んだり、間違ったアドレスに書き込んだりするのを防ぎます。 スクラッチパッド メモリの量は、RAM のページのサイズ (DS32-1992 の場合は 94 バイト) と同じです。 メモ帳メモリの動作原理を考えてみましょう。 機器に入力されるすべてのデータは、最初にスクラッチパッドメモリに書き込まれます。 次に、それらはそこからリーダーに転送され、そこで書き込まれる必要のあるデータと比較されます。 検証後、メモ帳メモリの内容をメインメモリにコピーする操作を行います。 コピーはタッチメモリ内で行われるため、外部接点が破損した場合でも情報の完全性が保証されます。 保護された RAM へのアクセス デバイス DS 1992-94 は構造が同一の RAM を備えており、そのどのページも読み取り (直接) と書き込み (スクラッチパッド メモリ経由) の両方に使用できます。 DS 199.1 の RAM アーキテクチャはより複雑です。 不正アクセスに対するハードウェア レベルのメモリ保護を実装します。 すべての不揮発性メモリは、それぞれ 64 バイトの 48 つの独立したページに分割され、ページの 8 つはメモ帳メモリです。 メインメモリの各ページは、データを格納するための 4 バイトと、識別子とパスワードを格納するためのそれぞれ XNUMX バイトの XNUMX つのサービス フィールドで構成されます (図 XNUMX)。
メモリ アクセス メカニズムは、識別子フィールドに格納される公開鍵と、パスワード フィールドに記録される秘密鍵の XNUMX つの鍵を使用して実装されます。 公開鍵は書き込みと読み取りが可能で、秘密鍵は設定のみで読み取りはできません。 秘密鍵は、メモリへの承認されたアクセスを提供し、公開鍵によって偶発的な変更から保護されます。 初期フォーマット時に、このページの公開鍵と秘密鍵のコードが各ページのサービスフィールドに書き込まれます。 DS1991でメモリにアクセスするたびに、そのページの秘密鍵が最初に送信されます。 以前にパスワードフィールドに書き込まれたキーと一致する場合、メモリは書き込みと読み取りの両方に使用できます。 コードが一致しない場合、データはメモリに書き込まれず、読み取りモードでは、DS1991から一連の乱数が読み取られます。 DS1991に新しい秘密鍵の値を書き込むには、選択したページの公開鍵コードを渡す必要があります。 このコードが以前に識別子フィールドに記録されたコードと一致する場合、両方のキーの新しい値がこのページのサービスフィールドに書き込まれ、データ領域が消去されます。 コードが一致しない場合、秘密鍵の値は変更されません。 DS1991 に実装されているメモリ アクセス メカニズムは、多くのアプリケーションで非常に重要な不正な読み書きからメモリを確実に保護します。 リアルタイムクロック DS1994 はリアルタイムクロック回路を備えています。 32,768 Hz の周波数で動作する内蔵の小型水晶発振器は、毎秒 256 パルスの安定したタイミング信号を生成します。 この回路には、40 ビットの時間パルス カウンター、信号線がアクティブな時間をカウントする 40 ビットのインターバル タイマー、およびデバイスとのデータ交換サイクル数をカウントする 32 ビットのサイクル カウンターの XNUMX つのカウンターが含まれています。 タイム パルス カウンタとインターバル タイマの上位バイトは、秒精度で時間をカウントします。 これらのカウンタに加えて、回路には同様の目的の XNUMX つのレジスタがあります。 カウンタの現在の値がレジスタに以前に記録されたデータと一致する場合、対応するフラグがステータス レジスタに設定されます。 同時に、対応する割り込みイネーブル ビットがステータス レジスタに設定されている場合、割り込みが生成され、信号ラインを介して読み取ることができます。 単線インターフェース タッチメモリの特徴は、ダラスセミコンダクタが開発したリーダーとの交換プロトコルです。 情報の送受信には、XNUMX本の双方向信号線が使用されます（XNUMX本目の線はアース接点です）。 XNUMX つの回線での交換は、半二重モード (受信または送信) で実行されます。 単線インターフェースを介したデバイスの相互作用は、「マスター-スレーブ」(マスター-スレーブ) の原則に従って編成されます。 この場合、リーダーは常にマスターであり、XNUMX つまたは複数のタッチ メモリ デバイスがスレーブです。 XNUMX つの双方向ライン上での複数のデバイスとリーダーとの相互作用は、タッチ メモリ ハードウェアによってサポートされています。 単線インターフェース上の交換プロトコルは 2 レベルです。 最初の論理レベルでは、デバイスと対話するために ROM および RAM との交換コマンドが使用されます (表 XNUMX)。
ROM交換コマンドのグループは、ROM読み取り、スキップ、比較、および検索のXNUMXつのコマンドで構成されています。 最後のXNUMXつのコマンドは、複数のタッチメモリのXNUMX行でリーダーとの対話を提供します。 compareコマンドは、シリアル番号が指定されているデバイスとの交換を開始します。 検索コマンドを使用すると、双方向回線に接続されているデバイスのXNUMXつのシリアル番号を判別できます。 メモ帳とメイン メモリとの交換コマンドは、ROM との交換コマンドのいずれかが実行された後にのみ、タッチ メモリによって処理されます。 したがって、同じ回線に接続された複数のデバイスが対話する場合、リーダーは回線を介して比較コマンドを送信し、それに応じてXNUMXつのデバイスのみが選択され、その後メモリと交換するためのコマンドを受信します。 すべての交換コマンドは固定サイズ (8 バイト) で、データは XNUMX ビット整数で表されます。 マスターは常にコマンドをスレーブに送信することで交換を開始します。 物理層プロトコルは、単線インターフェイスを介してコマンドとデータを転送するために使用されます。 コマンドとデータはシリアルコードで送信されます。 送信される情報の完全性を確保するために、物理層の交換プロトコルは、回線上の信号の時間パラメーターを厳密に規制します。 データ交換プロトコルは、初期化、書き込み、読み取りの XNUMX つの主要なサイクルで構成されます。 初期化サイクルは、タッチ メモリとの情報交換の最初のサイクルです。 このサイクルでは、マスターが回線をポーリングして、回線上にタッチ メモリが存在するかどうかを判断します。 初期化サイクルは、マスターによって生成される負のリセット パルスによって同期されます。 信号を送信した後、マスターはラインを解放し、受信モードに入ります。 タッチ メモリ デバイスが回線に接続されている場合、マスターのクロック信号を検出し、一時停止した後、マスターに識別信号を送信します (図 5)。 この応答信号は、タッチ メモリとの電気的接触があり、交換を開始できることをホストに通知します。
データは、タイム セグメントと呼ばれる個別の時間間隔 (通常は約 60 μs) で、単線の双方向ラインを介して送信されます。 データを送信するときは、モールス信号を連想させるパルス幅コーディング方式が使用されます。16,6 つの時間セグメントの間、回線上の論理ゼロの長い状態または短い状態によって、送信されるビットの値が決まります。 最大 XNUMX kbps のデータ転送速度を提供します。 録音中のタイムセグメントの同期は、マスターデバイスを形成する信号のネガティブエッジによって実行されます。 論理ユニットをタッチ メモリに転送するために、マスター デバイスはクロック信号を送信した後にラインを解放します; 論理ゼロを書き込むために、マスター デバイスはタイム セグメント全体でラインの Low 状態を維持します (図 6a)。 前述の書き込みサイクルは、送信されるコマンド ビットごとに繰り返されます。
リード サイクルの開始時に、ホスト デバイスもロー レベルのクロック信号をラインに送信します。その後、ホスト デバイスはラインを解放し、受信モードに入ります。 さらに、時間セグメント全体で、単線ラインの状態はスレーブ デバイス (タッチ メモリ) によって決定されます。 この場合、論理ユニットは高レベルによって送信され、論理ゼロは全時間セグメント中に単線ラインの低レベルによって送信されます。 マスター デバイスによるデータ ゲーティングの最適な時間は、時間セグメントの開始後 8 μs です (図 6b)。 すべてのデータが読み出されるまで、XNUMX ビットの読み取りサイクルが繰り返されます。
各タイムセグメントの終わりに、マスターデバイスはラインをハイに保持することによって交換の一時停止（回復の瞬間）を提供します。 回線のハイ状態を維持しながら、タイムセグメント間の任意の時間に通信セッションを一時停止することができます。 すべての通信セッションで、データの最下位ビットが最初に送信されます。 タッチメモリーの設計上の特徴 デバイスの珍しいケースのおかげで、Touch Memory の多くのユニークな機能が提供されます。 メモリークリスタルと小型リチウム電池は、直径16mm、厚さ5,8mm（F5ケース）または3,2mm（F3ケース）の密閉型ステンレススチールケースに収納されています。 スチールケースは電気接点を作るために使用されます。 デバイスのケースは、ボタン電池の場合とデザインが似ています。 底部のあるリムと電気的に絶縁されたカバーで構成されています。 従来のマイクロ回路とは異なり、デバイスのメモリの内容へのアクセスは、グランド信号と双方向信号の7つのラインを介してのみ実行されます。 リムとボトムは接地接点であり、キャップは信号接点として機能します（図1a）。 ケースは、目立った摩耗や破損なしに、XNUMX万を超える機械的接続に耐えることができます。
タッチ メモリ デバイスからデータを読み取るには、タッチ プローブ接触デバイス (プローブ) が使用されます。これは、誘電体によって分離された 7 つのプレス加工された金属部品で構成される機械的アセンブリです。 プローブの先端は、装置の丸い本体に正確にフィットする形状になっています。 この場合、深くなっている中央領域は信号接点として機能し、その縁は接地接点として機能します (図 XNUMXb)。
Touch Probe はサイズが小さいため、ハンドヘルド マイクロプロセッサ コントローラに直接組み込んだり、任意の表面に取り付けたり、スタンドアロンのハンドヘルド デバイスとして使用したりできます。 デバイスとの相互作用は、デバイスの底部がプローブの深部中央領域に接触し、リムがプローブの側面に接触するように、プローブとタッチメモリ本体の瞬間的な接触によって提供されます。 シンプルな電気インターフェース設計を使用することで、損傷する可能性のあるピンや接点がないため、タッチ メモリの高い機械的強度が保証されます。 信頼性 他のタイプの識別子に対するタッチメモリの主な利点の500つは、信頼性が高いことです。 タッチメモリデバイスは、1,5 gの機械的衝撃、11メートルの高さからコンクリートの床への落下、体への40キログラムの負荷に耐え、磁場や静電界、産業環境の影響を受けず、温度範囲で動作します。 DS 85の場合は-1990〜 + 20°C、ファミリの他のすべてのデバイスの場合は-85°C〜+XNUMX°C。 まとめ ハウジングのユニークなデザインとタッチメモリのシンプルな電気的インターフェースは、従来の手段と比較して電子識別子の範囲を大幅に拡大することができ、一部のシステムではそれらを置き換えることさえできます。 CIS でのタッチ メモリ技術の導入は、従来の識別子を備えたシステムの導入とは大きく異なります。 磁気カード、バーコード、およびマイクロプロセッサカードを備えた最新のシステムを完全に海外で購入した場合、タッチメモリを備えたシステムのすべての機器とソフトウェアは国内企業によって開発および製造されます。 このパスは、一方では国内の開発者の高い可能性を利用し、システムを特定のアプリケーションの要件に簡単に適応させることができるため、はるかに安価で有望です。飛躍し、最先端の技術を短期間で導入します。 タッチメモリデバイスは、建物、建物への物理的アクセス、情報リソース、機器へのアクセス、非現金電子決済システム、製品、オブジェクトの自動識別のための制御システムで最も広く使用されています。 著者: E.ズロトニク; 出版物: N. ボルシャコフ、rf.atnn.ru
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