導(dǎo)語(yǔ)：Wire網(wǎng)絡(luò)iButton設(shè)計(jì)論文一文來(lái)源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢(xún)客服老師，歡迎參考。

摘要本文在論述了iButton應(yīng)用現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)對(duì)基于1-wire網(wǎng)絡(luò)的ibutton軟件系統(tǒng)應(yīng)用進(jìn)行了研究，提出了系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想，并給出了其數(shù)據(jù)處理流程和DS1991讀/寫(xiě)算法，最后以Delphi為前臺(tái)界面開(kāi)發(fā)工具，建立了一個(gè)基于iButton的應(yīng)用實(shí)例—酒店智能管理系統(tǒng)。為iButton的研究和應(yīng)用提供了一種方法和思路。

關(guān)鍵詞iButton，1－Wire，算法，設(shè)計(jì)；

0引言

計(jì)算機(jī)技術(shù)的蓬勃發(fā)展，使基于條形碼、磁卡、IC卡等技術(shù)的數(shù)字識(shí)別系統(tǒng)逐漸取代了人工識(shí)別，并被廣泛應(yīng)用于金融、電信、商業(yè)等領(lǐng)域，深刻影響著人們的日常生活。但是由于條形碼、磁卡、IC卡等構(gòu)成的數(shù)字識(shí)別系統(tǒng)存在著攜帶不便、易受損壞、不能應(yīng)用于惡劣環(huán)境等不足。美國(guó)達(dá)拉斯半導(dǎo)體公司（DallasSemiconductorCorporation）推出的一種智能化信息載體iButton，較好地解決了數(shù)字識(shí)別系統(tǒng)存在的這些問(wèn)題，為開(kāi)發(fā)更加完善的新穎數(shù)字識(shí)別系統(tǒng)提供了技術(shù)支持和實(shí)現(xiàn)手段。

iButton（informationButton）意為“信息鈕扣”。它采用直徑17mm、厚3~6mm的鈕扣狀不銹鋼外殼封裝。內(nèi)部由I／O處理器和存儲(chǔ)器兩個(gè)基本部分組成，某些應(yīng)用于特殊場(chǎng)合的iButton還內(nèi)置有感溫等元器件。iButton以1-Wire規(guī)范作為通信協(xié)議，僅用1根數(shù)據(jù)線實(shí)現(xiàn)與外界的信息交換。DS1991是iButton的一種，它的內(nèi)部有1152位的密碼保護(hù)存儲(chǔ)器區(qū)，512位的非密碼保護(hù)存儲(chǔ)器scratchpad。密碼保護(hù)存儲(chǔ)器被分為三個(gè)可獨(dú)立操作的密鑰子存儲(chǔ)器（subkey），每區(qū)為384位，每個(gè)密錢(qián)子區(qū)都有自己的64位密碼及64位的ID碼，對(duì)密鑰子區(qū)的讀／寫(xiě)操作均需進(jìn)行密碼驗(yàn)證。三個(gè)區(qū)的數(shù)據(jù)可分別操作，互不干擾。非密碼保護(hù)存儲(chǔ)器區(qū)主要用于加密數(shù)據(jù)的拷貝，以保證數(shù)據(jù)的完整性。本文提出基于1-Wire網(wǎng)絡(luò)的iButton軟件系統(tǒng)的硬件組成、軟件設(shè)計(jì)思想和具體的應(yīng)用實(shí)例，為iButton的具體應(yīng)用提供了一種思路和方法。

1系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1單總線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1-Wire總線是一種簡(jiǎn)單的信號(hào)電路，它僅用一根數(shù)據(jù)線即可與外界進(jìn)行信息交換。所有的1-Wire總線器件都具有一個(gè)共同的特征；無(wú)論是芯片內(nèi)還是iButton內(nèi)，在出廠時(shí)每個(gè)器件都有一個(gè)與其它任何器件互不重復(fù)的固定的序列號(hào)。也就是說(shuō)，每一個(gè)器件都是唯一的。一旦器件的序列號(hào)已知，通過(guò)這個(gè)序列號(hào)，任意一個(gè)器件都可以從眾多連到同一1-Wire總線的器件中被選出用于通信。

通信時(shí)，總線控制器先發(fā)出一個(gè)“復(fù)位”信號(hào)以使總線同步，然后選擇受制器件進(jìn)行隨后的通信。這可以通過(guò)選擇一個(gè)特定的受控器件（利用該設(shè)備的系列號(hào)進(jìn)行選擇）或者通過(guò)對(duì)半檢索法找到總線上的下一個(gè)受控器件來(lái)實(shí)現(xiàn)，當(dāng)然，也可以選擇所有的受控器件。一旦一個(gè)特定的器件被選中，那么在總線控制器發(fā)出下一次“復(fù)位”信號(hào)之前，所有其它器件都被掛起而忽略隨后的通信。

主機(jī)能向用于總線通信的所有器件指令，對(duì)它（或者它們）進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀寫(xiě)。這是因?yàn)槊款?lèi)器件運(yùn)行不同的函數(shù)，有不同的用途，而且一旦器件被選定，它所用的協(xié)議也就固定下來(lái)。即使每類(lèi)器件有不同的協(xié)議和特征，它們也都有著同樣的選擇過(guò)程。

1.2軟件開(kāi)發(fā)工具

iButton-TMEXprofessionalSDKv3.10是Dallas公司提供的進(jìn)行應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)的軟件包，通過(guò)調(diào)用其TMEX-API函數(shù)可方便地開(kāi)發(fā)iButton的應(yīng)用軟件。該軟件包適用于DOS、Win3.1、Win95/98、WinNT、WinCE等多種操作平臺(tái)，支持高級(jí)語(yǔ)言如VB、VC、DELPHI和匯編語(yǔ)言如8051、808x等多種編程環(huán)境。

SDK的主要包含：編程所需的動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)（dll），TMEX-API函數(shù)的說(shuō)明文檔，Demo程序及其說(shuō)明文檔等。若在Win95／98操作系統(tǒng)下安裝該軟件包，會(huì)自動(dòng)將IBFS32.DLL、IB97E32.DLL、IB97U32.DLL、IB10E32.DLL、DS1410D.SYS和UAAUTHD.UXD等文件寫(xiě)入Windows的System目錄下，從而建立起調(diào)用TMEX-API函數(shù)進(jìn)行應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)的軟件環(huán)境。

TMEX-API函數(shù)分為會(huì)話、文件操作、傳輸、網(wǎng)絡(luò)和硬件等5個(gè)層次。會(huì)話層函數(shù)主要用于多任務(wù)環(huán)境下iButton與基于1-Wire協(xié)議的iButton網(wǎng)絡(luò)MicroLAN的連接；文件操作層函數(shù)用于文件讀／寫(xiě)以及目錄增刪操作；傳輸層函數(shù)用于讀寫(xiě)數(shù)據(jù)包操作；網(wǎng)絡(luò)層函數(shù)用于讀取及驗(yàn)證iButton的ID；硬件層函數(shù)用于對(duì)指定端口等特定的硬件操作。

1.3數(shù)據(jù)處理過(guò)程：

DS1991在1-Wire總線上的數(shù)據(jù)訪問(wèn)命令流程如下所示：初始化→ROM功能命令→存儲(chǔ)器或SHA功能命令→處理/數(shù)據(jù)

（1）初始化

初次使用時(shí)，無(wú)法確定存儲(chǔ)在從機(jī)設(shè)備里的密碼，所以需要先對(duì)DS1991進(jìn)行初始化。初始化時(shí)對(duì)選定的子密鑰區(qū)利用WritePassword命令直接寫(xiě)入新的識(shí)別碼和密碼（而不必通過(guò)暫存器），一旦新的識(shí)別碼和密碼存入從機(jī)設(shè)備里，再進(jìn)行修改時(shí)，就要通過(guò)暫存器。

(2)ROM功能命令

DS1991以1-Wire協(xié)議為基礎(chǔ)用一根數(shù)據(jù)線來(lái)傳輸數(shù)據(jù)?？偩€上的主機(jī)必須首先發(fā)出四條ROM功能命令：1）ReadROM讀?。?3H），2）MatchROM匹配（55H），3）SearchROM搜索（F0H），4）SkipROM跳過(guò)（CCH），這些命令可作用于DS1991的64位光刻注冊(cè)碼。一條ROM功能命令執(zhí)行完后，可實(shí)現(xiàn)作用在安全存儲(chǔ)器和暫存器上的存儲(chǔ)功能，總線上的主機(jī)會(huì)發(fā)出6條存儲(chǔ)器功能命令中的任意一條來(lái)檢測(cè)DS1991。DS1991有6個(gè)存儲(chǔ)器功能命令，分別是：寫(xiě)暫存器（96H）、讀暫存器（69H）、復(fù)制暫存器（3CH）、寫(xiě)密碼（5AH）、寫(xiě)密鑰子區(qū)（99H）、讀密鑰子區(qū)（66H）。存儲(chǔ)器功能命令由三段組成：一為功能代碼，二為命令的起始地址和子密鑰的地址代碼，三為第二個(gè)字節(jié)的取反。

(3)存儲(chǔ)器或SHA功能命令

DS1991有6個(gè)特定的設(shè)備檢測(cè)命令，包括3個(gè)中間結(jié)果暫存器命令：WriteScratchpad、ReadScratchpad和CopyScratchpad；還有3個(gè)子密鑰命令：WritePassword、WriteSubkey和ReadSubkey。當(dāng)選中某個(gè)從機(jī)設(shè)備后，存儲(chǔ)器功能命令就會(huì)寫(xiě)入DS1991中。這些命令由三段組成，每段長(zhǎng)為一個(gè)字節(jié)；第一個(gè)字節(jié)為功能代碼段，它定義了6個(gè)可執(zhí)行的命令；第二個(gè)字節(jié)是地址段，其中的前六位定義了命令的起始地址值，后兩位是子密鑰的地址代碼；命令的第三個(gè)字節(jié)是第二個(gè)字節(jié)的補(bǔ)碼。

(4)處理數(shù)據(jù)：根據(jù)不同的應(yīng)用對(duì)讀出或?qū)懭氲臄?shù)據(jù)做相應(yīng)的處理。

1.4DS1991的讀寫(xiě)算法

當(dāng)檢測(cè)到總線上掛接一個(gè)新的DS1991時(shí)，能夠直接獲得它的64位序列號(hào)，此序列號(hào)是進(jìn)行DS1991操作的唯一依據(jù)，然后對(duì)它三個(gè)加密存儲(chǔ)區(qū)進(jìn)入讀寫(xiě)操作，圖1所示即為對(duì)信息鈕扣DS1991讀、寫(xiě)操作的算法流程。

2軟件設(shè)計(jì)

作為一種新穎的智能化信息載體，iButton信息紐扣采用接觸式存取方式的存儲(chǔ)器（TouchMemory，簡(jiǎn)稱(chēng)TM卡），以1-Wire規(guī)范作為通信協(xié)議，其外殼為信號(hào)址，用1根數(shù)據(jù)線按特定的時(shí)序要求由數(shù)據(jù)線逐位與外界交換數(shù)據(jù)。

iBUTTON常見(jiàn)的應(yīng)用有電子防盜門(mén)、單位考勤系統(tǒng)、酒店智能管理系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)軟件的硬件加密、電子防偽、暫住人口管理系統(tǒng)等。下面給出將微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)作為Master，利用Dallas公司提供的觸頭、串（并）口適配器等現(xiàn)成的外圍產(chǎn)品，加之iButton，用Delphi實(shí)現(xiàn)的酒店智能管理系統(tǒng)：

（1）窗體創(chuàng)建時(shí)，進(jìn)行初始化操作獲取端口號(hào)、端口類(lèi)型及版本號(hào)等信息，并調(diào)用ReadTmCardNo函數(shù)讀取序列號(hào)并在窗體上顯示，如讀取失敗則彈出對(duì)話框詢(xún)問(wèn)是否繼續(xù)讀取。

（2）密碼驗(yàn)證正確后，調(diào)用ReadDS1991Subkey實(shí)現(xiàn)讀加密區(qū)中的數(shù)據(jù)以實(shí)現(xiàn)查詢(xún)功能，其運(yùn)行界面如圖2所示。調(diào)用函數(shù)WriteDS1991Subkey將讀到的信息寫(xiě)進(jìn)數(shù)據(jù)庫(kù)，以實(shí)現(xiàn)登記、刪除等功能，其運(yùn)行界面如圖3所示。

當(dāng)進(jìn)行讀操作時(shí)調(diào)用函數(shù)ReadDS1991Subkey，其代碼如下：

functionReadDS1991Subkey(varsubkey_buff:Arrayofbyte;keynum:

smallint):boolean;

var

tran_buf:Array[0..66]ofbyte;

tran_len，i，restvalue:smallint;

RetStr:array[0..200]ofchar;

k:smallint;

RetValue:SmallInt;

rom:array[0..7]ofsmallint;

begin

//accessthecurrentdevice

restvalue:=TMAccess(SHandle，@StateBuf);

if(restvalue=1)then

begin

result:=true;

//readsecuresubkeycommand*/

tran_buf[0{tran_len++}]:=$66;

//specifysubkeynumber/startingaddr*/

tran_buf[1{tran_len++}]:=((keynumshl6)or$10);

//confirmationofpreviousbytesent*/

tran_buf[2{tran_len++}]:=not((keynumshl6)or$10);

//readidfield*/

tran_len:=2;

fori:=0to7do

begin

tran_len:=tran_len+1;

tran_buf[tran_len{++}]:=$ff;//FF表示對(duì)8個(gè)ID字節(jié)的讀操作

end;

//sendpassword*/

fori:=0to7do

begin

tran_len:=tran_len+1;

tran_buf[tran_len{++}]:=subkey_buff[8+i];

end;

//readsecure.data*/

fori:=0to47do//29

begin

tran_len:=tran_len+1;

tran_buf[tran_len{++}]:=$ff;

end;

//transfertheblock*/

retvalue:=TMBlockStream(SHandle，@tran_buf，tran_len);

if(retvalue=tran_len)then

begin

//copytheresulttothereadsubkey*/

fori:=0to63do

begin

subkey_buff[i]:=tran_buf[tran_len-63+i];//45

end;

result:=TRUE;

end;

end

else

begin

result:=FALSE;

end;

end;

當(dāng)進(jìn)行寫(xiě)操作的時(shí)候調(diào)用函數(shù)WriteDS1991Subkey，其代碼如下：

functionWriteDS1991Subkey(subkey_buff:Arrayofbyte;keynum:smallint):boolean;

var

tran_buf:Array[0..100]ofbyte;

tran_len，i，retvalue:smallint;

RetStr:array[0..200]ofchar;

begin

{ReadtheversionsoftheTMEXdrivers}

{Get_Version(@RetStr);

TMGetTypeVersion(PortType，@RetStr);}

//accessthecurrentdevice

retvalue:=TMAccess(SHandle，@StateBuf);

if(retvalue=1)then

begin

//writesecuresubkeycommand*/

tran_buf[0{tran_len++}]:=$99;

//specifysubkeynumber/startingaddr*/

tran_buf[1{tran_len++}]:=((keynumshl6)or$10);

//confirmationofpreviousbytesent*/

tran_buf[2{tran_len++}]:=not((keynumshl6)or$10);

//idfieldvalueforwrite*/

tran_len:=2;

fori:=0to7do

begin

tran_len:=tran_len+1;

tran_buf[tran_len{++}]:=ubkey_buff[i];

end;

//sendpassword*/

fori:=0to7do

begin

tran_len:=tran_len+1;

tran_buf[tran_len{++}]:=subkey_buff[8+i];

end;

//secure.dataforwrite*/

fori:=0tolength(subkey_buff)-1do

begin

tran_len:=tran_len+1;

tran_buf[tran_len{++}]:=subkey_buff[16+i];

end;

//transfertheblock*/

retvalue:=TMBlockStream(SHandle，@tran_buf，tran_len+1);

if(retvalue=(tran_len+1))then

begin

TMEndSession(SHandle);

result:=TRUE;

end;

end

else

begin

TMEndSession(SHandle);

result:=FALSE;

end;

end;

圖2

圖3

3結(jié)束語(yǔ)

由于iButton采用獨(dú)特的機(jī)械外形設(shè)計(jì)，具有IC卡、磁卡等信息載體無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)，且采用了堅(jiān)固的MicroCan封裝，所以具有防塵、防潮、抗震等特性，特別是在惡劣的環(huán)境下，存儲(chǔ)于其中的數(shù)據(jù)信息具有相當(dāng)高的安全可靠性，所以現(xiàn)在大量應(yīng)用于野外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)；但又因?yàn)槠潴w積小，便于攜帶，在日常生活中也大量使用基于iButton來(lái)實(shí)現(xiàn)信息管理，對(duì)于這類(lèi)應(yīng)用完全可以采用本文的設(shè)計(jì)思想來(lái)實(shí)現(xiàn)。本文為iButton在管理系統(tǒng)中的應(yīng)用和研究提供了一種方法和思路，有一定的實(shí)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1]崔建華，郭瑞軍.Delphi串口通信工程開(kāi)發(fā)實(shí)例導(dǎo)航.北京:人民郵電出版社，2003。

[2]王永紅，凌志浩.智能信息載體iButton及其應(yīng)用.單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，2001(4):8～11

[3]翁瑞琴，宋真君，王永紅，凌志浩.LonWorks總線PC智能網(wǎng)卡的研制.華東理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2060(5):564～567