SIM卡(Subscriber Identity Module)。即使用者識別模組，是一張符合GSM規範的"智慧卡"。SIM卡可以插入任何一部符合GSM規範的行動電話中，"實現電話號碼隨卡不隨機的功能"，而通話費則自動計入持卡使用者的帳單上，與手機無關。

SIM卡作為智慧卡中特殊的一類卡，採用標準的接觸式IC卡。他受到ISO7816標準(接觸式積體電路IC卡的規定)和ETSI(歐洲電信標準委員會)的GSM11.11等標準的規範。他沿襲了智慧卡在安全中的特色，並在移動使用者認證和移動商務中扮演重要的角色。

目前手機使用者將一些重要的電話號碼都儲存在手機的SIM卡上。如果手機失竊，使用者可以買一部新的，但是儲存的號碼怎麼辦呢?如果使用者能事先將儲存在SIM卡上的電話號碼做一份電子拷貝，這樣就算手機丟失了，使用者還是可以很容易地將儲存的號碼寫入到新的SIM卡里。為此，研究並設計了SIM卡讀卡器，通過他可以將手機SIM卡中資訊讀取到電腦中，方便地實現電話簿和短訊息的編輯、備份和管理。為經常使用手機的使用者提供了一個經濟、便捷的資訊備份管理解決方案。

2 SIM卡常識

SIM卡是一張符合GSM規範"智慧卡"，他實際上是一個裝有微處理器的晶片卡，內部有5個模組，且每個模組都對應一個功能：CPU(8位)、程式儲存器(3～8 kb)、工作儲存器(6～16 kb)、資料儲存器(128～256 kb)和序列通訊單元。SIM卡能實現儲存資料(電話本、短訊息等)和在安全條件下(個人身份號碼PIN、鑑權鑰Ki正確)完成客戶身份鑑權和客戶資訊加密演算法的全過程。這些功能都是由SIM卡內的一部具有作業系統的微處理機完成。SIM卡具有機卡分離(SIM-ME介面)、通訊安全可靠、成本低等特點。

(1) SIM卡的物理特徵：可以分尺寸為54 mm×84 mmID-1 SIM(大卡)和尺寸為25 mm×15 mmPlug-in SIM(小卡)兩種。

(2) SIM卡的儲存容量：一般SIM卡有8 kB的儲存容量，另外還有容量分別為16 k和32 k的SIM卡，即STK SIM卡。

(3) SIM卡的使用溫度：標準溫度-25～+70℃，極限溫度-35～85℃，極限情況下每次使用不得超過4小時，總共使用不得超過100次。

(4) SIM卡的使用壽命：物理壽命是取決於客戶的插拔次數，約在1萬次左右；而積體電路晶片的壽命取決於資料儲存器的寫入次數，不同廠家其指標有所不同，就Mo-torola經試驗室試驗約5萬次左右。平均壽命約為4年。

3 SIM卡與移動臺裝置的介面

SIM卡晶片有8個觸點，與移動臺裝置相互接通：

(1) 電源VCC(觸點C1)：4.5～5.5 V，ICC<10 mA；

(2) 復位RST(觸點C2)；

(3) 時鐘CLK(觸點C3)：卡時鐘3.25 MHz；

(4) 不提供(觸點C4)；

(5) 接地端GND(觸點C5)；

(6) 程式設計電壓VPP(觸點C6)；

(7) 資料I／O口(觸點C7)；

(8) 不提供(觸點C8)。

SIM卡同移動臺裝置連線時至少需5個連線線：資料I／O口(Data)、復位(RST)、接地端(GND)、電源(VCC)、時鐘(CLK)。他與基帶單元的介面電路如圖1所示。其中SIM CD為SIM卡檢測腳，用於檢測SIM卡的拔插；SIM CLK為ME提供的讀／寫SIM卡的參考時鐘；SIMRST為SIM卡復位訊號；SIM IO為序列資料輸入／輸出線，由20 kΩ上拉電阻上拉至高電平；SIM RnW為讀／寫控制訊號，用以指示當前SIM_IO線上資料傳輸的方向；SIM PWCTRL為功率控制訊號，可在空閒方式時控制SIM卡上的電源關閉，從而降低功耗，延長待機時間。

SIM卡共有3類資料檔案：主檔案(Master File，MF)、專用檔案(Dedicate File，DF)、基本檔案(ElementFile，EF)。組織結構規定如下：

0x3F00代表根目錄，0x2FXX代表根目錄下的基本檔案；

0x7FXX代表一級子目錄，0x6FXX代表一級子目錄下的基本檔案；

0x5FXX代表二級子目錄，0x4FXX代表二級子目錄下的基本檔案。

5 SIM卡上電覆位流程

SIM卡符合國際標準ISO7816的要求，按照協議中的規定，SIM應有8個觸點，包括電源介面、復位控制介面、時鐘輸入介面、資料輸入輸出介面，SIM卡工作時整體電流消耗小於10 mA。SIM卡的時鐘頻率可由外部提供，在指定時問內執行鑑權過程時至少需要13／4 MHz的時鐘頻率，其他情況下，使用最小為13／8 MHz的時鐘頻率。I／O埠的資料傳輸波特率為時鐘頻率的1／372。

5.1 觸點接通與冷復位時序(Activation and cold reset)

初始時，所有埠皆處於低電平(L)態，電壓範圍0～0.4 V；VCC電源電壓先上電(H態)，後提供VPP程式設計電壓，在智慧SIM卡中，VPP端無用，電壓範圍5 V±0.4 V；VCC電源端穩定一段時間後，將IO埠置為接收方式(H態)，並提供穩定的CLK時鐘訊號(注：IO口需在提供CLK訊號前或在提供CLK訊號後200個時鐘週期內(ta)置為接收方式)；RST復位訊號需在提供CLK訊號後400個時鐘週期內(tb)保持L態，之後才可置為H態；提供復位訊號後400～40 000個時鐘週期內(tc)，I／O口有復位應答。

熱復位在冷復位失敗情況下使用，過程中保持VCC為H態，且有穩定的CLK時鐘訊號；熱復位時需保持RST端為L態的時間至少為400個時鐘週期(te)；在RST端置L態之前或之後200個時鐘週期時間內(td)，IO口應置為接收方式；在RST置為H態後的400～40 000個時鐘週期內，I／O口有復位應答。

5.3 時鐘停止時序(Clock stop)

外部控制停止時鐘，可使SIM卡通訊暫時中斷，過程中保持VCC端與復位端RST為H態；要停止時鐘，需在I／O口輸出最後一個字元之後等待至少1 860個時鐘週期(tg)；恢復時鐘後至少等待700個時鐘週期(th)，I／O開始有字元輸出。

5.4 觸點釋放時序(Deactivation)

將RST端置為L態；結束CLK輸入並將I／O口置為L態；最後將VCC端置為L態。

5.5 SIM卡的復位應答

SIM卡的觸點被啟用之後，終端啟動一個冷復位。如果SIM卡在冷復位後回送的位元組數不符，或在19 200個初始etu之內復位應答未完成，終端不立即終止卡片操作過程，而是再發一個熱復位訊號。如果仍然得到同樣的結果，那麼，介面沒備應釋放觸點，否則卡將繼續進行後續操作。流程如圖6所示。

復位應答格式：

TS 初始字元(強制性的)，確定後續字元傳送順序(高位先送還是低位先送)；

TO 格式字元(強制性的)；

TA1／TB1／TC1／TD1～TAi／TBi／TCi／TDi 介面字元(選擇性的)；

T1～TK歷史字元(選擇性的)；

TCK 校驗字元(有條件的)T=0時不出現。

6 SIM卡資訊互動規程

6.1 SIM卡資訊互動指令格式

6.1.1 命令格式

CLA 命令類別程式碼，GSM為0xA0； INS 指令編碼；

P1／P2／P3 指令參量，P3由INS決定，代表通訊的資料資訊長度，有指令與響應兩個方向；

DATA 指令附加資料。

6.1.2 應答格式

DATA：響應資料； SW1／SW2：返回命令狀態。

6.1.3 通用錯誤返回程式碼表

6.2 常用的基本指令

6.2.1 目錄或檔案選擇指令(SELECT)

選擇一個檔案，選擇成功後，對線性固定型檔案，記錄指標不確定。對迴圈型檔案，記錄指標指向最近更新或增加的一條記錄。

目錄地址：

正確命令響應為：

0x9F代表命令正確執行，XX為SIM卡返回的資料長度；返回0x94／0x04，代表給出的目錄地址是錯誤的。在復位應答之後(ATR)，主要檔案(MF)被預設為選中，成為當前目錄。然後，可採用符合下列原則的SELECT功能來選擇每種檔案： ① 選擇DF或MF設為當前目錄；DF是在選擇任何他的EF之前被先選擇出來

② 選擇EF設為當前檔案，DF或MF是EF的上層。當前EF總是當前目錄的下層。

可選擇的檔案包括：屬於當前目錄的直接子檔案；屬於當前DF的父檔案的直接子DF；當前月錄的上層；當前DF；MF。

6.2.2 取前一命令應答資料指令(GET RESPONSE)

全部命令響應為：

6.2.3 從透明的資料檔案中讀取以二進位制形式儲存的位元組串指令(READ BINARY)

Offset：要讀取資料的偏移地址； Length(R)：響應資料最大長度。

全部命令響應為：

0x90／0x00代表命令正確執行；返回0x94／0x00，代表沒有資料檔案被選中，即當前被選中的可能是目錄而不是檔案；返回0x94／0x08，代表當前目錄或資料檔案與指令不一致，即當前資料不是以二進位制形式儲存的；返回0x98／0x04，代表本次操作不滿足存取安全規則，密碼認證未通過。 

7 SIM卡資料讀寫測試

SIM卡資料讀寫測試的具體步驟及其結果如下：

Step1 SIM卡首先上電覆位，原則是先接通觸點，後啟動冷復位，若冷復位失敗，啟動熱復位，若熱復位也不成功，則釋放觸點並報錯。冷復位或熱復位成功後，SIM卡應輸出復位應答。

實驗測試中取得的復位應答訊號如下：

0x3B代表協議為正向約定；0x67代表TB1與TC1出現，歷史字元位元組數為7；0x00代表不需要VPP；0x29～0x22為7個歷史字元。 Step2 復位成功後，傳送目錄選擇指令，將當前目錄選取到GSM目錄，指令如下：

7F20為GSM目錄地址；

SIM卡返回：

 代表命令正確執行，且響應字元有34個位元組。

Step3 傳送取命令響應資料指令：

 0x22代表指令返回資料最大為34個位元組；

SIM卡返回：

0xC0代表響應資料對應的指令為SELECT；0x90／0x00代表命令正確執行。

Step4 再次傳送目錄選擇指令，將當前目錄選取到IMSI目錄，指令如下：

6F07為IMSI資料目錄；

SIM卡返回：

代表命令正確執行，且響應字元有15個位元組。

Step5：傳送取命令響應資料指令：

 0x0F代表指令返回資料最大為15個位元組；

SIM卡返回：

 0xC0代表響應資料對應的指令為SELECT；0x90／0x00代表命令正確執行。

Step6 選取到所需要進行操作的目錄後，執行讀取資料指令，由於IMSI號是以二進位制形式儲存的，所以使用二進位制資料讀取指令：

 0x00代表資料偏移地址為0，即從第一個位元組開始讀資料；0x09表示IMSI資訊有9個位元組；

SIM卡返回：

 0xB0代表響應資料對應的指令為READ BINARY；0x08代表IMSI號有8個位元組資料；0x90／0x00代表命令正確執行。按照協議，該SIM卡IMSI號即為：

460 00 0104559542，符合國際移動使用者識別碼IMSI(International Mobile Subscriber Identification Number)的編碼規則，即IMSI(國際移動使用者識別碼)=MCC(移動國家號)+MNC(移動網號)+MSISDN(移動使用者號碼)。

8 結 語

SIM卡符合GSM規範，採用標準的接觸式IC卡，受到ISO7816標準的規範。本文在研究接觸式積體電路IC卡國際標準ISO7816的基礎之上，提出了一種SIM卡讀卡器的設計方案，針對SIM卡資訊互動規程給出了具體的測試步驟，測試結果證明了該設計的可行性，讀卡器能夠穩定可靠地工作。