CPU 卡（Central Processing Unit Card）是一种带有微处理器的智能卡，广泛应用于身份识别、金融支付、交通卡、门禁系统等领域。相比于传统的存储卡，CPU 卡具备更高的安全性、数据处理能力和多种通信协议支持，使其成为智能卡技术的核心之一。

本篇文章将详细解析 CPU 卡的接口特性、传输协议，并结合实际应用，深入探讨其读写程序设计方法，以帮助工程师在开发过程中更好地理解和应用 CPU 卡技术。

一、CPU 卡的接口特性

CPU 卡的接口主要用于与外部设备（如读卡器、POS 机、ATM 机等）进行通信，按照物理接口和逻辑接口分类。

1.1 物理接口（Physical Interface）

CPU 卡的物理接口符合 ISO/IEC 7816-2 标准，定义了 8 个接触式引脚：

其中，VCC、GND、I/O、CLK、RST 是最常用的引脚，用于 CPU 卡与读卡器的基础通信。

1.2 逻辑接口（Logical Interface）

逻辑接口主要定义了 CPU 卡的数据传输方式，常见的通信模式包括：

1. 接触式通信（Contact Mode）：

• 通过 I/O 引脚传输数据，采用半双工异步串行通信，遵循 ISO/IEC 7816-3 标准。

• 适用于 银行卡、门禁卡 等应用。

2. 非接触式通信（Contactless Mode）：

• 通过 RF 射频信号与读卡器进行数据交换，遵循 ISO/IEC 14443 标准。

• 适用于 交通卡、电子护照 等应用。

3. 双界面通信（Dual Interface Mode）：

• 既支持接触式通信，也支持非接触式通信。

• 适用于 金融支付 等多用途场景。

二、CPU 卡的传输协议

CPU 卡的传输协议主要涉及初始化、数据交换、加密认证等过程，主要遵循 ISO/IEC 7816 标准。

2.1 ISO/IEC 7816 传输协议

CPU 卡的数据通信采用 APDU（Application Protocol Data Unit） 结构，该协议分为 T=0 和 T=1 两种传输模式。

（1）T=0：异步字节传输协议

• 特性：

• 以字节为单位进行数据传输。

• 采用 半双工模式，一条命令需等到前一条命令执行完成后才能发送下一条。

• 适用于低速、安全性要求高的应用（如银行卡）。

• 通信过程：

1. 发送 CLA（指令类别）、INS（指令码）、P1P2（参数）、LC（数据长度）等指令数据。

2. 等待 CPU 卡处理并返回响应（SW1 SW2 状态码）。

（2）T=1：块传输协议

• 特性：

• 以数据块为单位传输，支持全双工通信，速度更快。

• 适用于 数据量较大、需要高速传输的场景（如 NFC 支付）。

• 通信过程：

1. 读卡器与 CPU 卡进行握手，建立逻辑链路。

2. 发送和接收数据块，包含错误检测机制（LRC/CRC）。

三、CPU 卡的读写程序设计

CPU 卡的读写程序设计主要包括初始化、身份认证、数据读写等步骤，通常使用 C 语言、Java、Python 进行开发，并借助 PC/SC API 或 Windows/Linux 智能卡接口 进行操作。

3.1 读卡器初始化

在 Windows 下，可以使用 WinSCard API 进行智能卡操作：

c复制编辑#include <winscard.h>#include <stdio.h>int main() {    SCARDCONTEXT hContext;    LONG result = SCardEstablishContext(SCARD_SCOPE_USER, NULL, NULL, &hContext);    if (result != SCARD_S_SUCCESS) {        printf("智能卡初始化失败\n");        return 1;    }    printf("智能卡初始化成功\n");    SCardReleaseContext(hContext);    return 0;}

3.2 APDU 命令发送

APDU 命令用于控制 CPU 卡的操作，如读写数据、身份验证等。

APDU 命令结构：

示例：选择文件（SELECT FILE）

c复制编辑BYTE select_file[] = {0x00, 0xA4, 0x00, 0x00, 0x02, 0x3F, 0x00};  BYTE response[256];  DWORD response_len = sizeof(response);SCardTransmit(hCard, SCARD_PCI_T0, select_file, sizeof(select_file), NULL, response, &response_len);

3.3 读取 CPU 卡数据

以读取**用户信息文件（EF）**为例：

c复制编辑BYTE read_file[] = {0x00, 0xB0, 0x00, 0x00, 0x10};  BYTE response[256];  DWORD response_len = sizeof(response);SCardTransmit(hCard, SCARD_PCI_T0, read_file, sizeof(read_file), NULL, response, &response_len);printf("读取到的数据: ");for(int i = 0; i < response_len; i++) {    printf("%02X ", response[i]);}

四、总结

1. CPU 卡具有接触式、非接触式、双界面等不同的接口类型，满足不同应用需求。

2. 数据传输协议包括 T=0（字节传输）和 T=1（块传输），分别适用于不同应用场景。

3. 读写程序设计涉及智能卡初始化、APDU 命令发送、数据读写，通常使用 C 语言或 Python 进行开发。

4. CPU 卡的应用广泛，涉及金融、交通、身份识别等多个领域，未来将继续向更高安全性、更高速的数据传输方向发展。