接口技术论文

接口技术论文（12篇）

1.接口技术论文 篇一

微机接口技术课程实验考核

设计题目：抢答器电路的设计

设计要求：

以51单片机为核心芯片，在其最小系统基础上通过8155并行接口扩展按键，扩展发光二极管，搭建抢答器电路，要求有一个总开关，五个选手抢答开关，五个发光二极管，一个蜂鸣器。

总开关优先权最高，关闭后所有开关无效，所有灯熄灭。

总开关打开后，五个选手开始抢答，谁先开谁先亮，蜂鸣器响，只可以亮一个，其他开关失效。

学生注意事项：

1．电路图要完整，包括51最小系统全部。

2．按键和发光二极管都是低电平有效。

3．设计报告书为主要考核方式，要求有设计题目，班级，学号，姓名，设计要求，原理接线图，程序流程图，汇编程序，心得体会。

4．设计报告书必须手写，电路图必须手画。

教师：索雪松

2.接口技术论文 篇二

1 BCI系统及其工作原理

BCI技术的内在原理是:当一个人的大脑在进行思维活动、产生意识或受到外界刺激时,伴随其神经系统运行的还有一系列电活动,这些脑电信号可以通过特定的技术手段加以检测,然后再通过信号处理,从中辨别出当事人的真实意图,并将其思维活动转换为指令信号,以实现对外部物理设备的有效控制。脑-机接口技术(BCI)组成如图1所示,具备信号采集、信号分析和外部应用设备控制接口3个功能模块。

2 BCI系统研究现状

目前的BCI系统大多是在线的、同步的和无创伤系统。对于这种在线的、同步的和无创伤的研究方法,再依据EEG的产生是否需要外界刺激,分为诱发EEG和自发EEG两类对于目前BCI系统的研究现状进行说明。

2.1 诱发EEG

该方法基于人接受外界视觉刺激所产生的特定电活动,所产生的信号电位有其空间、时间和相位特征与刺激有较严格的锁时关系。目前在BCI的研究中主要有P300法和VEP(Visual evoked potentials)法。

(1)P300是一种事件相关电位(Event-related potentials,ERP)。

当实验者受到特定视觉刺激后的300 ms 内,EEG呈正向峰值,对其进行特征提取来研究实验者接受刺激后的脑电变化,这种研究方法称为P300法。它反映了大脑对稀少事件的认知,相关事件出现的概率越小,所引起的P300越显著。

基于P300的原理,2006年,美国Wadsworth研究中心基于P300的原理开发一种由笔记本电脑以及放在受试者面前的显示屏组成的家用便携式16通道脑电采集BCI系统。显示屏包含3×3或者6×6的矩阵选项菜单选项,如医疗护理、环境控制、与家人朋友互动、饮食、文字处理、e-mail等。行与列的闪烁标记的菜单触发的P300的电势代表了受试者的选择。值得提出的是对于视觉障碍的受试者Wadsworth研究中心还设计了听觉的P300触发模式[1]。2009年,奥地利Graz大学的C.Holzner等将BCI系统实现了在虚拟现实对智能家居控制。将P300控制信号作为BCI系统的输入信号,通过特殊的控制面板实现了对虚拟现实家居中的电视频道的切换、开关门窗、导航以及简单的谈话等功能,受试者最高的成功率可以达到89.86%[2]。

(2)视觉诱发电位(Visual Evoked Potentials,VEP)。

视觉诱发电位人眼经过“集中注视”活动诱发大脑视觉皮层神经的特定电活动在头皮电位的反映。基于VEP的BCI系统依赖于使用者控制眼睛注视方向的能力。试验通过对操作者经行生物反馈训练,可获得稳态视觉诱发电位(Steady-State Visual Evoked Potentials,SSVEP)。

清华大学在2004年开发的BCI系统能够帮助残疾人利用SSVEP通过红外遥控设备控制电视和空调、拨打电话并启动语音播放[3]。清华大学2004年还开发了基于BCI的康复辅助机械手控制系统,通过可编程逻辑控制器控制机械手完成规划的动作[4],同年还开发了患者主动参与的上肢康复训练系统,患者利用SSVEP的主动参与有利于提高治疗效果[5]。2006年针对SSVEP的BCI系统不同受试者个体差不同导致控制效果变化差异较大方面,证明了通过通道位置的选择、刺激频率以及选择速率的调整可以减少这种差异带来的影响[6]。

2.2 自发EEG

该类方法无需外部刺激,用户通过执行特定的心理活动来实现。

(1)事件相关同步电位(Event Related Desynchronization,ERD)和事件相关去同步电位(Event Related Synchronization,ERS)。

人在经行不同的心理作业时,脑电信号是不同的。当大脑皮质某区域开始激活,该区域的代谢和血流增加,同时进行的信息加工可以导致脑电波的Alpha和Beta频谱正当的幅度减低或者阻滞,这一现象称为事件相关去同步化;而Alpha和Beta频谱在大脑静息或惰性状态下表现出明显波幅增高的电活动,称为事件相关同步化。ERD以及ERS与主观运动意识密切相关,并伴随EEG特定频率成分同步增强或减弱。

2003年,清华大学在BCI信号处理方面的数据竞赛上,对ERD信号进行量化利用线性判别式分析方法使得分类错误率控制在13.57%而传输速率达到了0.37 bit·s-1[7]。2008年Hong-Gi Yeom等人的研究结果表明当想象右手运动时在脑电检测的C3位置ERD出现在Mu波期间,ERS出现在Beta波期间。当想象左手运动时在脑电检测的C4位置ERD出现现在Mu波期间,ERS出现在Beta波期间[8]。

(2)皮层慢电位(Slow Cortical Potentials,SCP)。

皮层慢电位是头皮记录EEG信号中频率最低的,其持续时间从几百ms到几十s,是具有较大正负电位差异的低频脑电信号。持续时间在0.5~10 s范围的皮层电位慢变化,定义为EEG中1 Hz以下的部分[9]。健康人以及严重瘫痪病人通过生物反馈训练学习能够学会控制其SCP,负的电位变化主要与神经元兴奋性的增加相关,而正的电位变化则是与皮层活动减少有关。

2000年,德国Tübingen大学Birbaumer等人设计了一个名为思想翻译(Thought Translation Device,TTD)的装置[10],通过慢皮层电位(SCP)的变化实现对外界的控制,使用视觉反馈,实现了字母拼写等功能。那些因为疾病而完全瘫痪的病人,通过操作TTD能写出相当长度的语句、控制开关、甚至上网。在2003年,考虑到有些肌萎缩瘫痪的病人无法通过使用视觉观察电脑屏幕完成控制,德国Tübingen大学的Thilo Hinterberger等人设计了可以听觉反馈的TTD装置[11]。

(3)自发EEG的Alpha波、Mu节律和Beta节律信号。

Alpha波频率为8~13 Hz是自发脑电信号主要成分之一,大脑在处于闭目休息状态时,均有Alpha波出现,当人睁开眼睛或受某种刺激时,Alpha波会立即消失而呈现快波,这一现象称为Alpha波阻断。在人们醒着并放松时主要感觉运动的皮层经常呈现8~12 Hz的EEG活动。这种空闲的活动当集中在体觉或运动皮层称Mu 节律,Mu节律活动包含8~12 Hz大量的变化并通常与Beta节律有一定联系。Mu和Beta节律的增大和减小与实际运动及运动想象有关,当人们进行运动或准备运动时Mu节律消失。Mu节律和感觉运动皮层的闲散节律相对应[12]。Beta节律的频率为13~30 Hz在睁眼视物或进行思考时可出现,反映了大脑皮层在兴奋。

利用波幅值变化可设计控制外部设备开关的BCI系统,美国Wadsworth研究中心的一些研究表明人能够学会控制Mu节律与Beta节律的幅度,且Mu节律比Beta节律在区分想象运动方面更明显。可以利用Mu节律能实现一维光标、控制二维光标控制、回答一些简单的问题及从屏幕菜单中进行选择项目[13]。

3 BCI系统关键技术

3.1 信号采集模块

信号的采集模块主要涉及到信号记录的方法、所选用电极的材料、放置电极的位置、数目以及信号的采集、放大、滤波和A/D 转换这些预处理,最后转化为数字信号存储于计算机中。

3.2 信号分析模块

信号分析目标是从所检测的EEG中识别出使用者的操作意图,提取能反映使用者主观动作意识的特征参数并通过适当算法将之转换为控制外部机电设备的执行命令。它包括信号预处理、特征提取、特征分类等,其中特征提取和识别分类是BCI 信号分析最为关键的环节。

(1)信号预处理。

信号预处理的目的是提高信噪比。噪声的来源包括非神经源噪声和神经源噪声。其中非神经源噪声有眼动伪迹、肌电干扰、工频干扰等;而神经源噪声,包括自发的与意念无关的信号,或者与感兴趣特征脑电无关的其他特征信号。目前常用的EEG预处理算法主要包括3类:1)时间滤波器,如低通滤波器带通滤波器等。2)空间滤波器,如共同均值参考CAR(Common Average Reference)和Laplacian参考。3)空间时间滤波器,如主分量分析(PCA),独立分量分析(ICA)等;通过预处理后得到的信号更有利于后面的特征提取环节和翻译算法环节最终提高整个BCI系统的带宽。

(2)信号的特征提取。

信号的特征提取是从经过了预处理和数字化处理的EEG信号中提取出能反映使用者意图的信号特征,目前提取信号特征的方法有如下几种:

1)快速傅里叶变换(Fast Fourier Transform,FFT)。2)自回归模型(Auto Regression,AR)。3)小波变换法。4)独立分量分析(Independent Component Analysis,ICA)。

(3)信号特征分类。

特征信号分类是基于脑电信号根据不同的运动或意识能使脑电活动产生不同响应的特性,确定运动或意识的类型与特征信号之间的关系。信号分类结果的好坏取决两个方面的因素:一是要进行分类的特征信号是否具有明显的特征;二是分类方法是否有效。几种具有代表性的BCI特征信号分类方法:1)线性判别式分析(Linear Discriminant Analysis,LDA)。2)贝叶斯(Bayesian)决策。3)支持向量机(Support Vector Machine,SVM)分类器。4)人工神经网络(Artificial Neutral Networks,ANN)。5)共同空间模式(Common Spatial Pattern,CSP)。

3.3 外部设备控制接口模块

将已分类的信号作为设备控制器的输入,转换为实际的动作控制外部电子设备,如显示器上光标的移动、机械手的运动、轮椅的前进与后退、字母的输入等。输出信号类型的选择输出信号也有各种形式,既可以是离散的也可以是连续的,离散输出有图标选择、正误判断、字符选择、光标移动方向的控制、康复机器人移动方向控制等形式。连续输出可以是声音高低、光标的连续移动、波形的起伏、不断变换颜色和大小的物体、某种游戏控制等,目前输出信号形式多为离散输出。

4 BCI系统未来发展面对的挑战及应用

脑-机接口技术是一门涉及神经科学、心理认知科学、康复工程、生物医学工程和计算机科学等多学科领域的交叉技术。作为一门新兴的研究领域在未来的发展中有大量的复杂问题亟待于解决。

(1)提高BCI系统实时性与准确性。

如何使用较少的脑电采集电极以及简便高效的信号分类处理算法来实现系统的实时性和准确性的要求对于BCI系统的研究者来说是一个很大的挑战。

(2)提高BCI系统的参数自适应能力。

现有BCI系统因为受试者个体差异性导致对外界设备控制的效果影响显著,即使是同一位受试者使用同一套BCI系统最优的参数也会随时间发生变化。

(3)以用户为中心进行BCI系统的设计。

BCI系统研究最终的目标是实现产品的商业化,因此在设计时要在方便、安全、稳定、舒适等方面经行考虑。现有的BCI系统基本上都是采用PC机或者笔记本电脑完成对大量数据的处理,造成系统体积比较大,相信随着ARM以及FPGA处理能力的不断增强,利用蓝牙以及无线网络等技术可以实现便携式的嵌入式BCI系统。

5 结束语

在近十年来参与BCI系统研究的人数在增长,研究的进度在加快。到目前为止BCI 国际会议(International Meeting on Brain-Computer Interface Technology)以及BCI在信号处理方面的数据竞赛都已经举办了四次。相信随着各个学科的不断发展融合以及各个研究小组的交流合作,在不久的将来BCI系统一定会实现商业化,走进我们的生活。

摘要：脑-机接口是将人的想法和意图转换为外部设备控制信号的新型通讯系统。文中介绍了BC I系统的组成和工作原理,脑-机接口技术的发展、研究状况及其关键技术,并对其未来发展面对的挑战进行了探讨。

3.SAP 系统接口技术分析 篇三

关键词：SAP RFC BAPI ALE IDOC

RFC ( Romote Function Call，远程函数调用 )接口模式

RFC 是 SAP 系统和其他（SAP或非SAP）系统间的一个重要而常用的双向接口技术，也被视为 SAP 与外部通信的基本协议。简单地说， RFC 过程就是系统调用当前系统外的程序模块，从而实现某个功能，而且调用系统和被调用系统中至少有一个必须是 SAP ABAP 系统。这种远程功能调用也可在同一系统内部进行（如本地SAP 系统内的远程调用）；但通常情况下，调用程序和被调用程序处于不同系统。

SAP 系统RFC应用的原理很简单，有一些类似于三层构架的C/S系统，第三方的客户程序通过接口调用 SAP 内部的标准或自定义函数，获得函数返回的数据进行处理后显示或打印。在 SAP 客户端 SAP Gui Client 安装的时候，注意选择安装附带的 SDK 包（最保险是选择完全安装）。RFC 接口程序开发，主要用的是“SAP.Functions”这个控件，通过控件在外部程序模拟 SAP Gui Client 的用户登录和函数调用，然后返回函数的值。

优点： SAP 的 RFC 调用是其接口技术中最简单和易用的一种方式，该方式开发比较简便，特别适合于外部报表开发。

缺点：但对于大数据量的查询效率相对较低。如果有大数据量开发很多使用 IDOC 和 BAPI 接口开发技术。

RFC 接口方案开发量小，实施简单，很快就能满足客户需求，如在外部系统打印报表,或外部系统获取 SAP 简单的数据信息进行加工处理等。但这种方案只能满足客户简单的需求。

BAPI (Business Application Programming Interface)接口模式

BAPI是Business Application Programming Interface的缩写，是 SAP 为3.0版本以上提供的基于企业目标(Business Object) 技术的接口应用界面。 SAP 在3.0版本以上采用了 Object-oriented 技术，逻辑定义了 SAP R/3系统的所有功能目标，并且将所有的目标(Objects) 和BAPIs存储于企业目标库BOR(Business Objects Repository). SAP R/3 企业目标的目标类型(Object Type) 相当于目标设计语言中类(Class) 的概念，其定义结构由以下几部分组成：

基本数据——所有目标类的通用属性，如目标标识和默认方法(Method) 。

接口界面——目标的方法(Method)， 事件(Event), 特征(Attributes) 。

键(Key Fields)——供BOR中目标检索使用

方法(Methods)——对目标进行所要求的各种操作。

特征(Attibutes)——描述目标特征。

事件(Events)——触发以改变目标状态。

BAPI 是一个标准化的开放接口。 BAPI 是 SAP 提供给用户的一些标准函数，比如创建销售订单的函数 ，只要给定相应的参数,就可以实现特定的功能。它也克服了很多BDC 存在的固有BUG。

优点： BAPI 是外部系统对 SAP 标准业务进行调用的一种方式，当外部系统有对 SAP 标准业务关联较紧密的功能性开发调用时较适合。

缺点：但当外部系统与SAP系统间有大数据量的交付，并且分布广，网络状况较差情况下不适合。这种模式，也是只需写少量的代码就能实现，并且满足了客户对 SAP 业务模块对象化的应用，这种模式需要在 SAP 业务模块进行适量的配置，

这是目前小业务数据量交付的常用接口模式，因为外部系统只需给出调用的输入参数，在获取 SAP 的输出参数，但 SAP 系统自身处理相应业务逻辑，这增加了 SAP 服务器负载，并且不适宜分布较广的系统间大数据量的交付。

ALE(Application Link and Enabling )/IDocs(Intermediate DOCument)接口模式

ALE 是Application Link and Enabling的缩写，是 SAP 专门为 SAP 与 SAP 之间所设计的整合中间件。IDocs是中介文本 (Intermediate DOCument) 的缩写，是 SAP 提供的系统整合专用的数据/消息格式。ALE在SAP 3.0版本开始就作为 SAP 整个应用体系的一部分，为分布式数据交换提供了可靠安全的通讯机制。ALE的设计，原本作为两个SAP流程之间的一种消息传递服务(Messaging Service) ，使 SAP 与 SAP 的业务流程之间企业数据能够有效的交换，为两个独立的 SAP 之间提供了的系统整合服务。不过，随着应用的发展， ALE/IDocs 接口机制也已然成为与其它非 SAP 系统的标准的整合方式。 ALE 的机制代替了原来的SAP所提供的批数据通讯BDC(Batch Data Communication) 方式顾名思义，BDC为系统之间提供了简单的数据批处理服务，还不能作为一种中间件技术，它没有提供系统之间进行无缝整合所要求的纠错功能、系统管理和其它安全措施。ALE这些方面却处理的很好。

IDoc是EDI(电子数据接口)的一种标准,它是SAP系统支持的唯一一种EDI标准，所以，在SAP系统中，不用考虑EDI各个标准的转换问题。

ALE/IDocs模式适合有大数据量交付，系统间网络状况较差，且分布较广的SAP系统与非SAP系统间的集成接口模式。

4.微机原理与接口技术习题答案2 篇四

1.微处理器内部结构由哪几部分组成？阐述各部分的主要功能。解：微处理器内部结构由四部分组成：

（1）算术逻辑运算单元ALU：完成所有的运算操作；

（2）工作寄存器：暂存寻址信息和计算过程中的中间结果；

（3）控制器：完成指令的读入、寄存和译码，并产生控制信号序列使ALU完成指定操作；

（4）I/O控制逻辑：处理I/O操作。

2.微处理器级总线有哪几类？各类总线有什么作用？ 解：微处理器级总线有三类：

（1）数据总线：传送信息；

（2）地址总线：传送地址码；

（3）控制总线 传送控制信号。

3.为什么地址总线是单向的，而数据总线是双向的？

解：地址码只能由CPU生成。而数据需要在CPU和存储器之间传输。4.8086/8088微处理器内部有哪些寄存器？其主要作用是什么？

解：8086CPU内部有14个16位寄存器，其中8个通用寄存器（4数据寄存器AX、BX、CX、DX，4地址指针/变址寄存器SI、DI、SP、BP），4个段寄存器（CS、DS、ES、SS），2个控制寄存器（指令指针IP，微处理器状态字PSW）。

应该注意的是：可以在指令中用作为地址指针的寄存器有：SI、DI、BP和BX；在微处理器状态字PSW中，一共设定了9个标志位，其中6个标志位用于反映ALU前一次操作的结果状态（CF，PF，AF，ZF，SF，OF），另3个标志位用于控制CPU操作（DF，IF，TF）。

5.如果某微处理器有20条地址总线和16条数据总线：

（1）假定存储器地址空间与I/O地址空间是分开的，则存储器地址空间有多大？

（2）数据总线上传送的有符号整数的范围有多大？ 解：（1）存储器地址空间为：2201MB

1（2）有符号数范围为： 2~21，即 －32768～32767 6.将十六进制数62A0H与下列各数相加，求出其结果及标志位CF、AF、SF、ZF、OF

15和PF的值：

（1）

1234H；（2）

4321H；（3）

CFA0H；（4）

9D60H 解：（1）

74D4H

CF=0 AF=0 SF=0 ZF=0 OF=0 PF=1

（2）

A5C1H CF=0 AF=0 SF=1 ZF=0 OF=1 PF=0

（3）

3240H

CF=1 AF=0 SF=0 ZF=0 OF=0 PF=0

（4）

0000H

CF=1 AF=0 SF=0 ZF=1 OF=0 PF=1 7.从下列各数中减去4AE0H，求出其结果及标志位CF、AF、SF、ZF、OF和PF的值：

（1）1234H；（2）5D90H；（3）9090H；（4）EA04H 解：（1）

C754H

CF=1 AF=0 SF=1 ZF=0 OF=0 PF=0（2）

12B0H

CF=0 AF=0 SF=0 ZF=0 OF=0 PF=0（3）

45B0H

CF=0 AF=0 SF=0 ZF=0 OF=1 PF=0

（4）

9F24H

CF=0 AF=0 SF=1 ZF=0 OF=0 PF=1 9.写出下列存储器地址的段地址、偏移地址和物理地址：（1）2134：10A0；（2）1FA0：0A1F；（3）267A：B876 解：物理地址＝段地址*10H+偏移地址

（1）段地址：2134H，偏移地址：10A0H，物理地址：223E0H（2）段地址：1FA0H，偏移地址：0A1FH，物理地址：2041FH（3）段地址：267AH，偏移地址：B876H，物理地址：32016H 10.给定一个数据的有效地址为2359H，并且（DS）＝490BH，求该数据的物理地址。解：物理地址＝段地址*10H+偏移地址

物理地址＝490BH ＋2359H ＝ 4B409H 11.如果在一个程序段开始执行之前，（CS）＝0A7F0H，（IP）＝2B40H，求该程序段的第一个字的物理地址。

解：物理地址＝段地址*10H+偏移地址

5.接口技术论文 篇五

1.8086的中断优先级由低到高的顺序为______

A.单步中断、可屏蔽中断、不可屏蔽中断、内部中断

B.可屏蔽中断、不可屏蔽中断、单步中断、内部中断

C.内步中断、单部中断、不可屏蔽中断、可屏蔽中断 D.内部中断、单步中断、可屏蔽中断、不可屏蔽中断

知识点: 单元5、6、7习题 学生答[A;] 案: 得分: [5] 提示:

2.3.占有CPU时间最小的数据传送方式是______

A.同步传送

B.查询传送

C.中断传送 D.DMA传送

知识点: 单元5、6、7习题 学生答[D;] 案: 得分: [5] 提示:

4.5.微型计算机输入/输出的控制方式有4种，其中以______控制的输入/输出是一种最主要的控制方式，因为其实时性强，效率高 A.无条件传送 B.程序查询 C.中断 D.DMA

知识点: 单元5、6、7习题 学生答[C;] 案: 得分: [5]

试题分

5.0

试题分值:

5.0

试题分值:

5.0

值: 提示:

6.7.8086CPU寻址I/O端口最多使用______条地址线。

A.8 B.10 C.16 D.20 知识点: 单元5、6、7习题 学生答[C;] 案: 得分: [5] 提示:

8.9.若8086处理器改为统一编址方式，可使用______条地址线来寻址端口

A.8 B.10 C.16 D.20 知识点: 单元5、6、7习题 学生答[D;] 案: 得分: [5] 提示:

10.11.8086/8088的中断是向量中断，其中断服务程序的入口地址是由______提供

A.外设中断源

B.CPU的中断逻辑电路

C.从中断控制器读中断类型号左移两位

D.由中断型号指向的中断向量表中读出

知识点: 单元5、6、7习题 学生答[D;] 案:

试题分值:

5.0

试题分值:

5.0 得分: [5] 提示:

试题分值:

5.0 12.13.采用DMA方式传送数据时，每传送一个数据要占用______的时间

A.一个指令周期 B.一个机器周期

C.一个时钟周期

D.一个存储周期

知识点: 单元5、6、7习题 学生答[D;] 案: 得分: [5] 提示:

14.15.系统总线中地址线的功能是_____

A.用于选择主存单元地址

B.用于选择进行信息传输的设备 C.用于选择外存地址

D.用于指定主存和I/O设备接口电路的地址

知识点: 单元5、6、7习题 学生答[D;] 案: 得分: [5] 提示:

16.17.8253芯片有______个端口地址

A.2 B.3 C.4 D.6 知识点: 单元5、6、7习题 学生答[C;] 案:

试题分值:

5.0

试题分值:

5.0 得分: [5] 提示:

试题分值:

5.0 18.19.8255芯片有______种基本工作方式。

A.2 B.3 C.4 D.6 知识点: 单元5、6、7习题 学生答[B;] 案: 得分: [5] 提示:

20.21.8255芯片有______数据端口

A.3个16位 B.3个8位 C.4个16位 D.4个8位

知识点: 单元5、6、7习题 学生答[B;] 案: 得分: [5] 提示:

22.23.(错误)8253可编程定时/计数器的计数范围是

A.1~255 B.1~256 C.1~65535 D.1~65536

知识点: 单元5、6、7习题 学生答[C;] 案:

试题分值:

5.0

试题分值:

5.0 得分: [0] 提示:

试题分值:

5.0 24.25.在8253的6种工作方式中,能够自动重复工作的两种方式是

A.方式1，方式2 B.方式2，方式3 C.方式2，方式4 D.方式3，方式5

知识点: 单元5、6、7习题 学生答[B;] 案: 得分: [5] 提示:

26.27.8259A是____

A.可编程DMA控制器 B.可编程中断控制器 C.可编程定时/计数器 D.总线仲裁器

知识点: 单元5、6、7习题 学生答[B;] 案: 得分: [5] 提示:

28.29.8086系统中，中断优先级最低的是

A.INT n B.NMI C.INTR D.单步中断

知识点: 单元5、6、7习题 学生答[D;] 案:

试题分值:

5.0

试题分值:

5.0 得分: [5] 提示:

试题分值:

5.0 30.31.CPU每次可以响应

个中断源的中断请求

A.1 B.2 C.3 D.4 知识点: 单元5、6、7习题 学生答[A;] 案: 得分: [5] 提示:

32.33.独立I/O端口编址方式中,端口地址范围是______

A.00000H~FFFFFFH B.0000H~FFFFH C.00H~FFH D.0~128

知识点: 单元5、6、7习题 学生答[B;] 案: 得分: [5] 提示:

34.35.在8088/8086系统中使用8259A作为中断控制器，试问8259A中的中断屏蔽寄存器（IMR）中的屏蔽位与CPU的标志寄存器中的IF位对中断影响是什么关系______

A.屏蔽位与IF位都用来控制某一个中断源的中断请求 B.屏蔽位只使对应中断起开中断或关中断功能 C.屏蔽位和IF位功能完全一样，可互相替代

D.屏蔽位只对一个中断源屏蔽，而IF位对所有中断源的中断屏蔽

知识点: 单元5、6、7习题

试题分值:

5.0

试题分值:

5.0 学生答[D;] 案: 得分: [5] 提示:

试题分值:

5.0 36.37.断点中断的中断类型码是______

A.1 B.2 C.3 D.4 知识点: 单元5、6、7习题 学生答[C;] 案: 得分: [5] 提示:

38.39.CPU响应INTR引脚上来的中断请求的条件之一是______

A.IF=0 B.IF=1 C.TF=0 D.TF=1

知识点: 单元5、6、7习题 学生答[B;] 案: 得分: [5] 提示:

40.试题分值:

5.0

试题分值:

5.0 A.END 知识点: 单元4习题 学生答[C;] 案:

得分: [5] 提示:

2.试题分

5.0

6.路由器技术中经常应用的路由接口 篇六

常见的接口种类有：通用串行接口(通过电缆转换成RS??232 DTE/DCE接口、V.35 DTE/DCE接口、X.21 DTE/DCE接口、RS??449 DTE/DCE接口和EIA530 DTE接口等)、10M以太网接口、快速以太网接口、10/100自适应以太网接口、千兆以太网接口、ATM接口(2M、25M、155M、633M等)、POS接口(155M、622M等)、令牌环接口、FDDI接口、E1/T1接口、E3/T3接口、ISDN接口等。

用户可用槽数

该指标指模块化路由器中除CPU板、时钟板等必要系统板及/或系统板专用槽位外用户可以使用的插槽数。根据该指标以及用户板端口密度可以计算该路由器所支持的最大端口数。

CPU

无论在中低端路由器技术还是在高端路由器中，CPU都是路由器的心脏。通常在中低端路由器中，CPU负责交换路由信息、路由表查找以及转发数据包。在上述路由器中，CPU的能力直接影响路由器的吞吐量(路由表查找时间)和路由计算能力(影响网络路由收敛时间)。在高端路由器中，通常包转发和查表由ASIC芯片完成，CPU只实现路由协议、计算路由以及分发路由表。由于技术的发展，路由器技术中许多工作都可以由硬件实现(专用芯片)。CPU性能并不完全反映路由器性能。路由器性能由路由器吞吐量、时延和路由计算能力等指标体现。

内存

路由器中可能由多种内存，例如Flash、DRAM等。内存用作存储配置、路由器操作系统、路由协议软件等内容。在中低端路由器中，路由表可能存储在内存中，

通常来说路由器内存越大越好(不考虑价格)。但是与CPU能力类似，内存同样不直接反映路由器性能与能力。因为高效的算法与优秀的软件可能大大节约内存。

端口密度

该指标体现路由器技术制作的集成度。由于路由器技术体积不同，该指标应当折合成机架内每英寸端口数。但是出于直观和方便，通常可以使用路由器对每种端口支持的最大数量来替代。

路由信息协议(RIP)

RIP是基于距离向量的路由协议，通常利用跳数来作为计量标准。RIP是一种内部网关协议。由于RIP实现简单，是使用范围最广泛的路由协议。该协议收敛较慢，一般用于规模较小的网络。RIP协议在RFC 1058规定。

策略路由方式

路由器除将目的地址作为选路的依据以外，还可以根据TOS字段、源和目的端口号(高层应用协议)来为数据包选择路径。策略路由可以在一定程度上实现流量工程，使不同服务质量的流或者不同性质的数据(语音、FTP)走不同的路径。

距离矢量组播路由协议(DVMRP)

DVMRP是基于距离矢量的组播路由协议，基本上基于RIP开发。DVMRP利用IGMP与邻居交换路由。

全双工线速转发能力

路由器技术最基本且最重要的功能是数据包转发。在同样端口速率下转发小包是对路由器技术包转发能力最大的考验。全双工线速转发能力是指以最小包长(以太网64字节、POS口40字节)和最小包间隔(符合协议规定)在路由器端口上双向传输同时不引起丢包。该指标是路由器性能重要指标。

设备吞吐量

7.微机原理与接口技术教学设计 篇七

关键词：微机原理与接口技术,教学设计

一教学起点分析

1. 教学需要

微机原理与接口技术是我院本科学生必修的一门课程, 是研究微机基本工作原理及接口电路设计方法的重要课程, 对于培养学生综合运用软硬件知识解决实际问题的能力具有重要的意义, 能为后续课程的学习打下坚实的基础。

2. 学生情况

本课程涉及相应的编程语言, 根据实际情况, 要求学生有一定的编程和读程序的功底, 但这部分对学生来说相对较难掌握, 虽然在学习本课程之前, 学生已经学习了大学计算机基础、C语言程序设计课程, 有了一定的计算机操作和编程基础, 但这部分对学生来说还存在底子薄弱、动手能力较低的问题。因此, 需要针对实际存在的问题, 制定满足他们学习需求的教学内容。根据以往的教学经验, 虽然学习本门课程存在一定的困难, 尤其是在指令系统和汇编语言学习部分, 但只要态度认真, 学习目标明确, 预期的教学目标还是能够实现。

3. 教学内容

本课程由两大模块构成, 第一部分主要是介绍微型计算机的各部分构件以及它们的使用方法;第二部分主要介绍了8088/8086的指令系统以及汇编语言的完整结构。

相对来说, 第一部分主要是理论知识, 而第二部分的学习过程中, 实践性较强。学生的薄弱环节在于第二个模块的学习中, 如果积极引导大部分学生, 可以保持较高的学习积极性和学习兴趣。

二教学目标

1. 总体目标

通过教学与实验, 学生能阐述微型计算机的基本工作原理、汇编语言程序设计的基本方法, 设计并上机调试汇编语言程序, 概括微机与I/O设备接口电路的工作原理, 设计存储器及I/O设备的接口电路, 为进一步学习其他计算机知识和进行硬件开发奠定基础。

2. 分类目标

知识与技能: (1) 解释微机原理的基本概念。其中包括:数制及其编码;微机的基本组成和工作原理;最小/最大模式和系统总线形成的概念。 (2) 会使用汇编语言编程及上机调试程序, 提高学生的实际动手能力。其中包括:寻址方式;指令系统;顺序、分支、循环及子程序结构。 (3) 设计接口电路。其中包括:CPU与存储器的连接;接口芯片与微机总线的连接应用及初始化编程。

过程与方法: (1) 通过课堂讲授、分组讨论等教学环节, 理论联系实际, 学会具体问题具体分析, 提高分析和解决问题的能力。 (2) 通过对实际需求的分析和讨论, 设计出可行的解决方案, 学会微型计算机系统的电路设计方法和编程方法。 (3) 通过上机实验环节, 学会程序调试的方法, 培养学生的实际动手能力。

情感态度与价值观:通过本课程的学习, 使学生能感受到计算机知识对生产、生活和工程技术的影响;关注计算机硬件发展的前沿动态;养成独立思考、刻苦钻研、善于质疑的良好习惯以及实事求是的科学态度。

三教学内容设计

第一部分:微型计算机基础知识。进行二进制运算;复述BCD、ASCII码的编码方法;阐述CPU寄存器的结构及作用、CPU引脚功能、存储器分段与物理地址形成;阐述最小/最大模式的概念和系统组建、系统总线形成。

第二部分:8088/8086指令系统及汇编语言程序设计。区别8088寻址方式;解释常用8088指令的功能;设计汇编语言程序;上机调试程序。

第三部分:存储器系统。对存储器进行分类;设计存储器的译码电路;绘制存储器电路连接图。

第四部分:输入与输出和中断技术。说明I/O端口编址方式;对I/O数据传送方式进行分类;利用给定模块设计I/O接口电路;对I/O电路进行初始化编程。

第五部分:常用外设及多媒体技术。说出键盘的基本工作原理;知道LCD、LED的原理。

四教学策略

在教学中, 严格按照课程标准的要求进行教学。采用温故知新的方式, 每次在讲新课之前复习上节课内容, 每章结束时复习本章重点、难点, 详细解答课后习题中出现的问题。在课程讲授过程中, 根据学生的实际情况适当调整教学进度, 尽量满足不同层次学生的学习要求。

将整个教学过程分为课堂讲授、上机实习、综合设计、考核评价等环节。根据教学内容的差异和学生的特点, 以理论知识为根本, 以实际应用为导向, 从典型问题的解决入手, 剖析现象, 得出结论, 指导应用。通过课堂讲授使学生重点理解微型计算机系统的基本概念、组成原理、程序及电路设计方法;通过课堂讨论, 促进教学互动;通过上机实习加深学生对所学知识的理解, 培养学生的实际应用能力和创新能力。

五教学进程设计

根据课程特点和要求, 课程教学由课堂理论教学和机房的讲练结合教学两部分组成。本课程共计70学时, 课程内容分为八个部分, 根据每个部分的教学内容和难易程度, 具体的教学实施安排见附表。

六实施建议

1. 教材和参考资料

微机原理与接口技术教材要以课程标准规定的目标为选编指导思想。在满足课程标准基本要求的前提下, 教材内容应尽可能丰富, 满足不同学生的需要。

教材选编建议:适合本科学生的需要;突出实用性、前沿性;充分体现本课程的教学理念。

教材的使用建议:教师要善于结合实际教学需要, 灵活地和创造性地使用教材, 对教材的内容、编排顺序等方面进行适当的取舍或调整。

2. 考核评价的主要方式

采取理论考试与上机考试相结合的方式进行考核, 理论考试成绩占70%, 上机考试成绩占30%。

3. 教学保障条件建议

相关部门应有效保障多媒体教室、计算机机房等教学硬件。

8.接口技术论文 篇八

[关键词] 教学模式 实验教学 创新能力

《微机原理与接口技术》课程是大多数计算机及电子类专业学生的必修课程,同时也是一门动手性及实用性很强的计算机课程。在科学技术日益增长的今天,我国需要很多的既具备软件编程能力,又了解硬件知识的复合性人才。学好这门课程,将会为学生在后续的计算机开发应用中打下坚实的基础。这门课程是实践性很强的专业技术基础课程,学习过程中应充分重视实践环节,只有经过实践才能加深对理论课的学习和理解,提高分析问题和解决问题的能力。

在以往实验教学过程中,由于对实验课的重视程度不够及实验仪器的局限性,导致在实验课堂的组织及具体实施等方面都存在着某些问题。针对上述情况,我们在实验教学改革中做了如下尝试,取得了较好效果。

一、引导学生学习,提高学生学习积极性

很多学生在开始接触这门课程时会存在以下疑问,为什么学习这门课程?学了以后有什么用?汇编语言在编程过程中需要了解计算机底层的一些东西,加上繁琐的指令系统,因此很多学生在学习这门课的时候感觉很吃力,觉得无从下手,最后对该实验课程也引不起足够的重视。这就要求教师跟学生进行很好的沟通,消除学生的畏难情绪,化被动学习为主动求知。

本着由浅入深的教学思路,将实验内容分为验证性实验、设计性实验、综合性实验、创新性实验,其中又将这些实验分为必做和选作,因材施教,消除优秀生“吃不饱”,少数学生“吃不了”的现象,从而更好的满足不同学生的需求。

另外,教师在辅导实验过程中,也要注意营造交流沟通的氛围,在学生验证、修改实验的过程中,给予积极的引导,让学生真正成为“学习的主体”。当学生通过自己的努力完成了实验,他们不仅可以树立自信心,而且学会了主动接受知识、认真思考,学生的学习兴趣也得到很大的提高。

二、讨论性小组的开展

在某些实验中,教师可以组织同学讨论,从而提高学生的学习兴趣。例如,十字路口交通灯设计实验,交通灯是学生很熟悉的事物,这样可引起同学的讨论兴趣。教师可把学生分成3～5人的学习小组,充分发挥团队协作精神,从而更好更快地解决问题。在讨论过程中,教师可以发挥主导作用,提出问题让同学们来共同讨论解决。问题可以由易到难,逐层深入。如在交通灯实验中可以首先这样设置问题:东西、南北两方向各延时30秒,要求精确定时,如何来实现?

此时,同学们经过讨论,可以找到问题的突破口,确定选用前面实验中用到的8253、8259芯片,结合8255A控制发光二极管,来模拟十字路口交通灯。如此可以很好地巩固和加深对以前知识的消化和吸收。同学们经过反复实验,从中可以发现问题、共同解决。最终实现了对现实交通灯的模拟,相信对同学们自信心的加强会很有帮助。

此时教师可以进一步设置问题,如:如果使用七段数码管来显示交通灯时间的控制显示,如何实现?这样同学们可进一步学习到更多的知识。

最后教师可以指出:实际上不同时刻的车辆流通状况是复杂多变的,还经常受到人文因素的影响。采用定时控制会经常造成道路有效应用时间的浪费,如何更好的解决呢?这样的话会更大的激发学生的学习积极性,教师可以鼓励学生利用图书馆和网络资源,讨论小组可以分工合作,共同研究,相信同学们可以从中学到很多从理论课本上未曾接触的东西,并能从中享受学习的快乐,培养学生学习的积极性,增加同学们的沟通协调能力,使得同学们动手能力得到更好的锻炼。

三、增加实验室开放时间

实验室是学生锻炼和提高动手能力的良好场所,保证实验室开放时间,可以充分利用实验室资源,增加学生自主学习时间。如果没有实验环境,学生做预习一般采取预习下次要做的实验内容,写出实验程序,但是程序可不可以运行,学生只有等到上机调试后才知道,达不到预习的良好效果;如果实验室增加了开放时间,学生可对下一次的实验内容做更好的预习,有了实验调试环境,学生可对自己的程序先做初步的调试,遇到不能解决的问题可以做好记录,在课堂上可以与教师进行很好的沟通,学生的学习效果会更高,并可提升整个课堂学习效率。

一些能力强的同学可利用开放的实验室,做一些创新性实验的开发、研究。学生可增加对理论知识更加深刻的理解,学生的动手能力和创新能力会得到很好的培养。同时,在实验室开放时间内,学生之间可以进行很好的交流,达到互帮互学的目的,最终学生的整体科学素质会得到很好的提高。

四、结束语

《微机原理与接口技术》实验改革之路任重道远,还需要教师在今后的教学中探索新思路和新方法。接口技术与设备在不断的发展,教师应该密切关注当前最新技术,适时补充一部分当前微机接口技术中较新的内容,实验设备也应适当更新,从而培养出紧跟时代步伐的优秀学生。

参考文献:

[1]朱莹等.发现法在“汇编语言与接口技术”课程教学中的应用[J].计算机教育,2009,(8):134-135.

[2]陈静等.“微机原理及应用”实验教学改革[J].重庆工学院学报,2006,11(20):177-178.

[3]黄海萍.汇编语言与微机接口技术实验教程[M].国防工业出版社,2007.

9.接口技术论文 篇九

课程编号：

课程英文名称：Course Design of Micro-controller Principle and Interface Technology 学时数：18

学分数：1 使用层次和专业：本科

电气工程及其自动化、电子信息工程、机械设计制造及其自动化等专业

一、课程设计的性质、目的

《单片机原理及接口技术》课程设计是在基本学完该课程之后，综合运用所学单片机知识，完成一个单片机应用系统设计，从而加深对单片机软硬知识的理解，获得初步的应用经验，为走出校门从事单片机应用的相关工作打下基础。

通过该课程设计，主要达到以下目的：

1、巩固和加深对单片机原理和接口技术知识的理解，使学生增进对单片机系统的感性认识，加深对单片机理论方面的理解，为顺利完成毕业设计打下基础。

2、使学生掌握对单片机的内部功能模块的应用，如定时器/计数器、中断、片内外存贮器、I/O口和串行口通讯等，进一步深化和巩固所学基础理论、专业知识及实验技能，培养学生综合运用所学专业知识分析问题和解决问题的能力。

3、培养学生根据课题需要选学参考书籍、查阅手册和文献资料的能力，了解与课题有关的硬件元器件的工程规范，能按课程设计任务书的要求编写课程设计说明书，学会方案论证的比较方法，初步掌握工程设计的基本方法，能正确反映设计和实验成果，能用计算机绘制电路图和流程图。使学生了解和掌握单片机应用系统的软、硬件设计过程、方法及实现，提高学生的技术应用能力，为以后设计和实现单片机应用系统打下良好基础。

4、这一环节对掌握常用仪器、仪表的正确使用方法，学会软、硬件的设计和调试方法，掌握单片机技术在生产实践中的应用，提高学生的工程实践能力、动手能力、创新能力，使学生树立正确的人生观，养成严谨、踏实的工作作风。

二、课程设计的内容

课程设计主要内容包括：理论设计、调试及写出总结报告等，其中理论设计又包括选择总体方案、硬件系统设计和软件系统设计。硬件设计包括单元电路、选择元器件及计算参数等；软件设计包括模块化层次结构图、程序流程图等。程序设计是课程设计的关键环节，通过调试，进一步完善程序设计，使之达到课题所要求的指标，使理论设计更接近于 1

实际产品。课程设计的最后要写出设计总结报告，把理论设计内容，调试的过程及性能指标的测试结果进行全面的总结，把实践内容上升到理论高度。

以下8个设计题目每组学生可任选一项： 题目一 智能交通灯控制系统设计

1、设计要求

（1）用发光二极管模拟交通信号灯，用按键开关模拟车辆检测信号。

（2）A、B两车道交叉组成十字路口，A是主车道，B是支道。正常情况下，A、B两车道轮流放行，A放行50s，B放行30s，各含5s警告时间。

（3）交通繁忙时，该系统应有手受控开关缓解交通拥挤状况，其中一车道放行期间，另一车道繁忙，可通过开关获得15s放行时间。

（4）有紧急车辆通过时，另需一开关设置两车道均禁止通行20s。

2、主要功能模块

智能交通灯控制系统主要功能模块包括电源电路、单片机主控电路、按键控制电路和道路显示电路组成。根据具体情况选择合适型号的单片机，发光二极管，开关等硬件设备进行设计。

题目二 温度控制系统设计

1、设计要求

（1）用单片机控制一个由1kw电炉加热的电烤箱，最高温度不超过120℃。（2）电烤过程恒温控制，温度可通过系统设置，误差不超过±2℃。（3）实时显示温度和设置温度，显示精确为1℃。

（4）温度超出设置温度±5℃时发超限报警，对升温和降温过程不作要求。

2、主要功能模块

温度控制系统的主要功能模块包括温度测量（温度传感器、放大器、ADC转换器）、温度控制（光电隔离、驱动电路、可控硅电路、电炉）、温度给定（按键）、温度显示和报警等几部分。根据具体情况选择合适型号的单片机，温度传感器、ADC转换器等硬件设备进行设计。

题目三 点阵LED电子显示屏的设计（第8章）

1、设计要求

（1）设计4个16×16的LED电子显示屏，能稳定、清晰地显示图形或文字。（2）图形或文字显示通过编程能实现静止、左移和右移等多种显示方式。

（3）采用动态扫描方式，保证在目测条件LED显示屏可亮度均匀地显示图形和文字，并且稳定、清晰、无串扰。

2、主要功能模块

LED电子显示屏系统的主要功能模块包括单片机主控模块、16×16的点阵显示、行驱动电路、列驱动电路、译码电路几部分。根据具体情况选择合适型号的单片机等硬件设备进行设计。题目四 密码锁设计

1、设计要求

（1）要求密码锁可以设置8位密码，每位密码值范围为1~8，用户可以自行设定和修改密码。

（2）若输入的8位开锁密码不正确，则报警5s，连续错3次要报警1分钟，报警期间输入密码无效；输入的8位开锁密码完全正确才能开锁，开锁时有1s提示音

（3）锁内有备用电池，内部上电复位时才能设置或修改密码；电磁锁的电磁线圈每次通电5s，然后恢复初态；密码键盘上只允许有8个密码按键，密码设定完毕后要有2s的提示音。

2、主要功能模块

密码锁系统主要功能模块包括主控模块、按键扫描模块、蜂鸣器、电源电路、复位电路、晶振电路、驱动电路几部分。根据具体情况选择合适型号的单片机，三极管等硬件设备进行设计。

题目五 LED点阵显示电子钟设计

1、设计要求

（1）时钟的显示由LED点阵构成。

（2）能正确显示时间，上电显示为12点，时间能够由按键调整。（3）误差小于1s。

2、主要功能模块

LED点阵显示电子钟系统主要功能模块包括主控模块、LED点阵扫描模块、电子钟模块组成。其中电子钟由显示电路、行驱动电路、列驱动电路、按键电路和复位电路、晶振电路、驱动电路几部分组成。根据具体情况选择合适型号的单片机，锁存驱动器、译码器等硬件设备进行设计。题目六 智能抢答器设计

1、设计要求

（1）设计一个智力竞赛抢答器，可同时供8名选手或8个代表队参加比赛，分别使用一个按钮，编号从0~7。

（2）设置一个控制开关，用来控制系统的清零和抢答开始。

（3）抢答器具有数据锁存功能、显示功能和声音提示功能。抢答开始后，有选手按动抢答按钮，锁存对应编号，并在LED数码管上显示选手的编号，同时灯亮且伴随声音提示。同时锁存电路，禁止其他选手抢答，显示编号一直保持到系统清零。

2、主要功能模块

智能抢答器系统主要功能模块包括主控模块、复位电路、电源电路、选手按键、控制开关按钮，声音提示和数码显示等部分组成。根据具体情况选择合适型号的单片机，蜂鸣器、数码管等硬件设备进行设计。题目七 比赛记分牌设计

1、设计要求

（1）启动时显示为0分，计分范围为0~100分。（2）得分时加上相应的分数，失分时剪去相应的分数。（3）刷新分数的按键按下时，伴随提示音。

2、主要功能模块

比赛记分牌系统主要功能模块包括单片机主控模块、显示模块、按键模块、电源模块等部分组成。根据具体情况选择合适型号的单片机，蜂鸣器、数码管等硬件设备进行设计。题目八 学习型红外线遥控器设计

1、设计要求

（1）适用于编码式红外线遥控型家用电器。（2）可遥控多台家用电器。（3）具有一个学习/控制复用键。

（4）可通过一个设备选择键和各个功能控制键实现对多台设备的常用功能的学习和控制。（5）成本低，抗干扰能力强。

2、主要功能模块

学习型红外线遥控器控制系统主要功能模块包括单片机主控模块、红外接收及发射电路、复位电路、按键及状态指示电路等部分组成。根据具体情况选择合适型号的单片机、一体化红外遥控接收器等硬件设备进行设计。

三、课程设计的要求

1、课程设计的组织形式：将班级分成若干组，每组3~5人，自行分工完成一个题目。

2、课程设计流程：

（1）审题、查阅相关资料，确定系统总体方案；

（2）完成硬件设计，画出硬件设计原理图（包括设备模块选择、搭接线路、计算参数等）

（3）根据所完成的任务、硬件原理图绘制系统软件框图，编制程序；

（4）系统调试，认真客观地记录和观察实验结果，对实验结果进行深入的分析，写出实验心得；

（5）撰写课程设计报告及答辩。

3、课程设计报告的编写要求：（1）设计任务书一份；

（2）硬件设计原理图一份（A4图纸）；（3）设计模块说明；（4）软件调试说明；

（5）实验结果分析（包括硬件设计和软件调试分析）。

四、成绩考核方式

1、硬件设计成绩（20%）；

2、软件设计成绩（20%）；

3、实验调试（40%）；

4、实验报告和平时成绩（20%）。

五、教材和参考文献

1、推荐教材

[1]杨居义.单片机课程设计指导.清华大学出版社.2009年9月.[2]李海滨.单片机技术课程设计与项目实例.中国电力出版社.2009年10月.2、教学参考书

[1]付家才.单片机实验与实践.高等教育出版社.2006年3月.[2]李广第.单片机基础.北京航空航天大学出版社.2005年9.[3]朱珍.单片机原理.石油工业出版社.2001年6.[4]胡锦.单片机技术实用教程.高等教育出版社

2004.6.[5]薛钧义.微机控制系统及应用.西安交通大学出版社.2003年2.[6]彭介华.电子技术课程设计指导.高等教育出版社.1999年10月.大纲制定人：李娜、吴泽、赵忠彪

大纲审定人：白政民

10.接口技术论文 篇十

摘要：系统介绍EPP增强并口接口协议，简要介绍ST公司uPSD323X系列器件的特点及其开发环境PSDsoftEXPRESS;从硬件电路和软件编程两个方面，详细介绍使用uPSD323X系列器件实现EPP增强并口接口的设计方法。

关键词：EPP增强并口uPSD323XPSDsoftEXPRESS

引言

在IBM公司推出PC机时，并行端口已经是PC机的一部分。并口设计之初，是为能代替速度较慢的串行端口驱动当时的高性能点阵式打印机。并口可以同时传输8位数据，而串口只能一位一位地传输，传输速度慢。随着技术的进步和对传输速度要求的提高，最初的标准并行端口即SPP模式的并行端口的速度已不能满足要求。1994年3月，IEEE1284委员会颁布了IEEE1284标准。IEEE1284标准提供的在主机和外设之间的并口传输速度，相对于最初的并行端口快了50――100倍。IEEE1284标准定义了5种数据传输模式，分别是兼容模式、半字节模式、字节模式、EPP模式和ECP模式。其中EPP模式、ECP模式为双向传输模式。EPP模式比ECP模式更简洁、灵活、可靠，在工业界得到了更多的实际应用。本文介绍的一种基于uPSD323X的EPP增强并口的设计核心是，使用uPSD323X内部的CPLD实现EPP接口。

1EPP接口协议介绍

EPP（EnhancedParallelPort,增强并行端口）协议最初是由Intel、Xirocm、Zenith三家公司联合提出的，于1994年在IEEE1284标准中发布。EPP协议有两个标准：EPP1.7和EPP1.9.EPP接口控制信号由硬件自动产品，整个数据传输可以在一个ISAI/O周期完成，通信速率能达到500KB/s――2MB/s.

EPP引脚定义如表1所列。

表1EPP接口引脚定义

对应并口引脚EPP信号方向

说明

1nWrit输出指示主机是向外设写（低电平）还是从外设读（高电平）2――9Data0――7输入/输出双向数据总线10Interrupt输入下降沿向主机申请中断11nWait输入低电平表示外设准备好传输数据，高电平表示数据传输完成12Spare输入空余线13Spare输入空余线14nDStrb输出数据选通信号，低电平有效15Spare输入空余线16Ninit输出初始化信号，低电平有效17nAStrb输出地址数据选通信号，低电平有效18――25GroundGND地线

1.1EPP接口时序

EPP协议定义了4种并口周期：数据写周期、数据读周期、地址写周期和地址读周期。数据周期用于计算机与外设间传送数据；地址周期用于传送地址、通道、命令、控制和状态等辅助信息。图1是EPP数据写的时序图。图1中，nIOW信号实际上在进行EPP数据写时并不会产生，只不过是表示所有的操作都发生在一个I/O周期内。在t1时刻，计算机检测nWait信号，如果nWait为低，表明外设已经准备好，可以启动一个EPP周期了。在t2时刻，计算机把nWrite信号置为低，表明是写周期，同时驱动数据线。在t3时刻，计算机把nDataStrobe信号置为低电平，表明是数据周期。当外设在检测到nDataStrobe为低后读取数据并做相应的数据处理，且在t4时刻把nWait置为高，表明已经读取数据，计算机可以结束该EPP周期。在t5和t6时刻，计算机把nDataStrobe和nWrite置为高。这样，一个完整的EPP数据写周期就完成了。如果就图1中的nDataStrobe信号换为nAddStrobe信号，就是EPP地址写周期。

图2是EPP地址读周期。与EPP写周期类似，不同的是nWtrite信号置为高，表明是读周期，并且数据线由外设驱动。

从EPP读、写周期可以看出，EPP模式的数据传输过程是一个信号互锁的过程。以EPP写周期为例子，当检测到nWait为低后，nDataStrobe控制信号就会变低，nWait状态信号会由于nDataStrobe控制信号的变低为而高。当计算机检测到

nWait状态信号变高后，nDataStrobe控制信号就会变高，一个完整的EPP写周期结束。因此，EPP数据的传输以接口最慢的设备来进行，可以是主机，也可以是外设。

1.2EPP增强并口的定义

EPP增强并口模式使用与标准并口（SPP,StandardParalledPort）模式相同的基地址，定义了8个I/O地址。基地址+0是SPP数据口，基地址+1是SPP状态口，基地址+2是SPP控制口。这3个口实际上就是SPP模式下的数据、状态和控制口，保证了EPP模式和SPP模式的软硬件兼容性。

基地址+3是EPP地址口。这个I/O口中写数据将产生一个连锁的EPP地址写周期，从这个I/O口中读数据将产生一个连锁的EPP地址读周期。在不同的EPP应用系统中，EPP地址口可以根据实际需要设计为设备选择、通道选择、控制寄存器、状态信息等。给EPP应用系统提供了极大的灵活性。

基地址+4是EPP数据口。向这个I/O口中写数据将产生一个连锁的EPP数据写周期，从这个I/O口读数据将产生一个连锁的.EPP数据写周期。基地址+5――+7与基地址+4一起提供对EPP数据口的双字操作能力。EPP允许主机在此个时钟周期内写1个32位双字，EPP电路再把32位双字拆为个字节依次从EPP数据口中送出去。也可以用其所长6位字方式进行数据传送。

由于EPP通过硬件自动握手，对EPP地址口和EPP数据口的读写操作都自动产生控制信号而无需软件生成。

2uPSD323X及其开发环境PSDsoftEXPRESS

ST公司的uPSD323X是带8032内核的Flash可编程系统器件，将于8032MCU、地址锁存器、Flash、SRAM、PLD等集成在一个芯片内。其主要特点如下：具有在线编程能力和超强的保密功能；2片Flash保存器，1片是128K或者256K的主Flash存储器，另一片是32K的从Flash存储器；片内8K的SDRAM;可编程的地址解码电路（DPLD），使存储器地址可以映射到8032寻址范围内的任何空间；带有16位宏单元的3000门可编程逻辑电路（CPLD），可以实现EPP接口等及一些不太复杂的接口和控制功能；2个异步串口、I2C接口、USB接口、5通道脉冲宽度调节器、50个I/O引脚等。由于uPSD323X采用的是8032内核，因此可以完全得到KeilC51编程器的PSDsoftEXPRESS是ST公司针对PSD系列产品（包括uPSD）开发的基于Windows平台的一套软件开发环境。经过不断升级，目前最新版是PSDsoftEXPRESS7.9.它提供非常容易的点击设计窗口环境用户不需要自己编程，也不需要了解HDL语言，只有点击鼠标即可完成对地址锁存器、Flash、可编程逻辑电路等外设的所有配置和写入。它支持所有PSD器件的开发，使用PSDsoftEXPRESS工具对uPSD323X系列器件的可编程逻辑电路的操作简单、直观。PSDsoftEXPRESS工具可以在ST网站（www.st.com/psd）免费下载。

3用uPSD323X实现EPP接口设计

3.1硬件接口

EPP增强并口的速度最高可达到500KB/s――2MB/s,这对外设的接口设计提供了一个很高的要求，如果外设响应太慢，系统的整体性能将大大下降。用户可编程逻辑器件，系统的整体性能将大大降低。用户可编程逻辑器件，如FPGA（FieldProgrammableGatesArray,现场可编程门阵列）和CPLD（ComplexProgrammableLogicDevice,复杂可编程逻辑器件），可以实现EPP增强并口的接口设计，这种实现方案可以达到并口中的速度极限，并且保密性好。ST公司的uPSD323X内部集成了可编程逻辑电路（CPLD），因此使用uPSD323X可以很好地实现EPP增强并口的接口设计。

EPP接口（EPP1.7）外设硬件接口原理如图3所示。在本设计中，uPSD323X通过中断的方式接收PC机并口的数据，并且当外设准备好数据上传到PC机时，PC机采用的也是中断方式接收外设的数据。

在上述硬件电路的基于上实现EPP并口通信还需做两部分的工作：一部分工作是在PSDsoftEXPRESS工具中完成对CPLD的数据的锁存；另一部分工作是在KEILC51环境下编写中断服务程序，实现EPP数据的读取和发送。

图3

3.2对CPLD的编程及其实现数据锁存的过程

在PSDsoftEXPRESS工具中，将PA端口（EPPD0――EPPD7）配置成带有时钟上升沿触发的寄存器类型（PTclockedregister）的输入宏，PB0（nWait）配置成上升沿触发的D类型寄存器（D-typeregister）的输出宏，PB3（nWrite）、PB4（nDstrb）、PB2（nAstrb）配置成CPLD逻辑输入（logicinput）口。NDstrb信号和nAstrb信号各自取反再相与后的值作为输入宏单元和输出宏单元的时钟。上述对PA、PB端口的配置用方程式表示如下：

PORTAEQUATIONS:

=======================

!EPPD7_LD_0=nAstrb&nDstrb;

EPPD0.LD=EPPD3_LD_0.FB;

!EPPD3_LD_0=nAstrb&nDstrb;

EPPD1.LD=EPPD3_LD_0.FB;

!nWait_C_0=nAstrb&nDstrb;

EPPD2.LD=EPPD3_LD_0.FB;

EPPD3.LD=EPPD3_LD_0.FB;

EPPD4.LD=FPPD7_LD_0.FB;

EPPD5.LD=EPPD7_LD_0.FB;

EPPD6.LD=EPPD7_LD_0.FB;

EPPD7.LD=EPPD7_LD_0.FB;

PORTBEQUATIONS:

=======================

nWait.D:=1;

nWait.PR=0;

nWait.C=nWait_C_0.FB;

nWait.OE=1;

nDstrb.LE=1;

nAstrb.LE=1;

EPP数据的锁存过程如下：以计算机向外设传输数据（即EPP数据写周期）为例子，计算机首先检测nWait信号，如果nWait为低计算机把nWrite信号置为低，表明是写周期，同时将数据放到数据总线上，然后置低nDstrb信号。此时，nDstrb信号会出现一个上升沿，此上升沿会将PA端口的数据锁存到输入宏；同时，此上升沿使nWait信号变高，表示外设正忙阻计算机发数年。当计算机检测到nWait信号为高后就会将数据握手信号nDstrb变高，EPP数据写周期结束。上述EPP数据的锁存和nWait握手信号的产生都由硬件产生，因此数据传输速度快。整个数据传输过程可以在一个I/O周期内完成，锁存到输入宏的数据的读取和nWait信号的清除则在外部中断0服务程序软件完成。

3.3中断服务程序的功能描述及流程

由硬件原理图可以看出，EPP并口的nDstrb和nAstrb信号线分别连到uPSD323X的外部中断定和外部中断1引脚。当发生EPP数据读写时，nDstrb信号就会产生一个下降沿，引起外中断定中断。当发生EPP地址读写时，nAstrb信号就会产生一个下降沿，引起外中断1中断。外部中断0和外部中断1的中断服务程序的功能是相同的，只不过前者接收或发送的是数据而后者是地址、命令等。以外部中断0的中断服务程序为例，详细介绍数据正向传输（计算机向外设发送数据）和反向传输（外设向计算机传送数据）时中断服务程序的功能。外部中断0中断服务程序流程如图4所示。

（1）数据正向传输

当发生EPP数据写周期时，即数据正向传输时，计算机首先检测nWait信号。如果nWait为低，表示外设已准备好接收数据。计算机把nWrite信号置为低，表明是写周期，同时将数据放到数据总线上，然后置低nDstrb.NDstrb信号就会产生一个下降沿，此下降沿一方面将PA端口的数据锁存到输入宏并使nWait信号变高，表示外设正忙另一方面引起外部中断0中断，在外部中断0的中断服务程序中读取输入宏锁存的数据，然后将nWait信号清零通知计算机现在外设已经准备好可以再次接收数据了。

（2）数据反向传输

外设准备好数据需要上传到计算机时，uPSD323X就会将数据放到PA端口，同时置低Intr信号线，向计算机申请一个中断，计算机中由一个硬件驱动程序来处理并口的硬件中断。驱动程序在并口中断服务程序中，通过读取EPP数据口获得外设上传的数据。由于EPP接口的握手信号由硬件产生，当计算机读取EPP数据口时同样会检测nWait信号。如果nWait为低，计算机把nWrite信号置高，表明是读周期，然后置低nDstrb,nDstrb信号就会产生一个下降沿。此下降沿使nWait信号变高，同时引起uPSD323X外部中断定中断。在外部中断0的中断服务程序中，为确保计算机将PA端口的数据取走，需不断检测nDstrb是否为高。当nDstrb为高时，表示计算机已将PA端口听数据读走，然后中断服务程序将nWait置低，EPP数据读周期结束。

结语

11.接口技术论文 篇十一

一、培养兴趣，树立信心

学生普遍感到这门课难学、难懂，概念抽象，感性认识差，再加上大量汇编语言编写的初始化程序和应用程序，学生学习一段时间后，就很难继续坚持，更别说学好并进行创新设计了。这就要求教师改革传统的“先理论后实际、先抽象后具体、先一般后个别”的教学模式，采用“从实际到理论、从个别到一般、从零散到系统”的模式，逐步引导学生减少其在学习上的困难，使他们树立学习这门课的信心，培养他们的兴趣。实际上，这门课程的创新设计内容很多，如工业控制、智能仪器仪表、超市、收银机、公共汽车报站系统，以及电子考勤机等。笔者一般会选择比较实用但又不太复杂的产品作为实例，给学生由浅入深地讲解，鼓励学生只要掌握了相关的硬、软件基础知识就能开发出同样的产品，从而激发他们对该课程的学习兴趣，增强他们的求知欲。

二、完成综合性和创新性实验

微机原理与接口技术实验的内容，主要是对有关接口芯片的学习和应用，各种芯片在學习过程中都是分开来讲解的。在具体的应用上，这些芯片是互相紧密联系的，在实验中应该集合在一起。这样，才能真正地掌握这些芯片在计算机中的主要功能。

为此，笔者做了一些尝试。笔者利用高职生对动手方面的欲望比较强的特点，在实验教学中进行了一些改革。首先，完成一定的验证性实验，这部分内容，在一般的教材上涉及到了。在此基础上，可以设计几个芯片的组合应用。其中，教材上的综合作业，可以让学生到实验室去完成。例如，接口芯片8255A是并行传输接口芯片，三个端口的每个引脚都可以独立地产生一个有用信号；而芯片8253A是定时／计数器，可定时产生一个信号，而这个信号和8255A的PB口协作可以作为扬声器的控制信号。所以，实验时，就应该把8255A和8253A这两个实验结合在一起。只有这样，学生才能对所学知识有进一步地理解。当有了一定的理论和实践基础后，进一步为学生设计一些创新而有趣的小实验。让学生去思考、去完成。学生在经过自己努力后完成了任务，会让他们产生巨大的成就感，这是他们能继续学习下去的强大动力。这时候，再要求学生去记忆、去理解相关的知识，会稍微容易一些。这也符合高职类学生比较侧重应用的学习规律。

三、利用现代化的教学手段——多媒体技术

多媒体教学同过去那种录音机或录像机的电化教学，有着本质的区别。它是交互性的，是一种把文本、图形、图像、视频影像、动画和声音等信息载体结合在一起，并按教师的意愿，通过计算机进行综合处理，将教学各个要素在屏幕上显示出来的一种新的教学手段。它的出现，意味着教育教学手段有了质的变化。

将多媒体技术引入“微机原理与接口技术”课程教学上，可以充分利用多媒体制作的课件和仿真实践软件进行演示。由于多媒体所展示的图像、音响等生动活泼、感染力强，对学生有强烈的吸引力，能激发学生的兴趣，活跃思维，促使学生参与，调动每位学生的积极性。同时，运用多媒体技术设计与教材内容相应的动态画面与仿真软件，配以简要文字解说，就可以直观地将各部件内部的信息流动过程以生动形象的方式展示在学生面前，使学生具有身临其境的感觉。这样，动静协调音像同步，便可化难为易，化繁为简，化抽象为具体，从而优化教学效果。实践证明，采用现代化的多元的教学手段，可以把原本枯燥的硬件课程讲解得生动易懂，消除学生的畏难情绪，化被动学习为主动求知。

总之，《微机原理与接口技术》课程的教学改革不可能一蹴而就，需要高职学校的教师进行不断地探索，不断地实践。

12.接口技术论文 篇十二

PKCS#11是RSA实验室与其他安全系统开发商为促进公钥密码技术的发展而制订的一系列标准之一。作为密码令牌接口开放标准, PKCS#11从1995年发布1.0版本以来, 经历了v2.01、v2.10、v2.11到现在的v2.20, 提供了一个能完成密码信息存取、执行密码操作的称为Cryptoki (cryptographic token interface) 的API接口规范, 采用基于对象机制来实现技术无关 (任何类型的密码设备) 和资源共享 (多个应用访问多个设备) , 呈递给应用的是一个通用的称为密码令牌的设备逻辑视图。Cryptoki把应用和密码设备的详细实现细节隔离, 使应用在不同的设备或运行环境中使用相同的接口, 并使不同厂商的密码设备在该标准下实现互操作。标准中定义了许多密码类型和机制, 并随着密码技术的发展, 在不改变标准中已定义的通用界面的前提下新的密码类型和机制可以随后加入到标准中来, 而附加机制可以不间断的文档发布 (如针对v2.20版本RSA实验室先后发布了5个修订补充文档, 分别说明了支持AES、ARIA、CAMELLIA、SHA-224算法的相关机制、支持密码令牌密钥初始化协议的相关机制、支持一次性口令令牌的相关机制、增加解决HMAC密钥一致性等问题而定义HMAC的密钥类型、增加AES-GCM和AES-CCM密码操作机制等) 。

1 PKCS#11通用模型

Cryptoki是定义在应用和所有类型的便携式密码设备 (如智能卡、PCMCIA卡和智能磁盘等) 之间的接口, 是一个抽象了密码设备具体实现细节的通用编程接口, 将上层的应用程序接口与下层的密码设备分开, 上层的应用程序不会因为下层的密码设备的改变而改变, 用户无需了解下层密码设备的实现细节。Cryptoki通过一组“槽”为活动在系统里的一个或多个密码设备提供接口。槽可以是一个可包含有令牌的物理读卡器或PCIX等设备接口, 多个槽可以共享一个物理读卡器, 而一个令牌是呈现在槽中的密码设备 (抽象为智能卡等与个人身份相关的安全设备) 。图1描述了Cryptoki的通用模型。模型显示了一个系统可以有多个槽, Cryptoki提供了一个槽和令牌的逻辑视图, 一个应用程序可以连接到一个或多个令牌上。Cryptoki使用标准的设备驱动通过一个命令集驱动密码设备执行一组密码操作。Cryptoki使各类密码设备逻辑上看起来是一样的, 为应用隐藏了设备的实现细节, 事实上底层的“密码设备”完全可以使用软件来实现而不是必需的特别硬件。

2 PKCS#11中的主要概念

Cryptoki采用槽、令牌、用户、会话、类、对象、机制、属性、模板、会话句柄、对象句柄、功能函数等概念来抽象对密码设备的操作过程。一个令牌的Cryptoki的逻辑视图是一个能存储对象、执行密码功能的设备;会话抽象为应用到设备的连接;对象是属性的集合, 对象可根据生命周期分为:会话对象和令牌对象;属性描述了对象的特征;模板就是一个属性数组;应用打开一个会话时, Cryptoki以会话句柄方式标识会话, 便于应用使用会话句柄访问会话, 同时应用可通过调用Cryptoki接口创建或查询对象, 而Cryptoki以对象句柄方式标识对象, 便于会话通过对象句柄访问对象;Cryptoki定义了四类存储对象:数据对象、证书对象、密钥对象、密码算法域参数对象。数据对象直接由应用定义;一个证书对象存储一个证书;一个密钥对象存储一个密码密钥;一个密码算法域参数对象存储算法若干个相关的域参数。密钥可以是一个公钥或一个私钥或一个保密密钥或为一个OTP密钥。这几类密钥都有用在特别机制中的子类型。一个机制作为一个对象明确指定了一个密码处理是怎样被执行的。Cryptoki中定义的机制被不同的密码操作支持。对于一个特定的令牌, 一个特定的操作只支持Cryptoki中定义的机制集合的一个子集。图2描述了PKCS#11中主要概念之间的关系。

2.1 Cryptoki的功能函数

Cryptoki提供了68个ANSI C的标准接口函数, 通过句柄来操纵对象和执行密码运算操作, 并且定义了完整的数据类型和数据结构。通过对密码操作过程的面向对象抽象, 定义了相关的数据结构 (如:对象操作机制、对象属性、对象操作方法 (函数) 、对象类型等) , 并定义了比较完备的各种功能函数:管理功能函数、密码功能函数两大类。管理功能函数包括:通用函数、槽和令牌管理函数、会话管理函数、对象管理函数;密码功能函数包括:密码管理函数、密码操作管理函数;管理功能函数主要用于管理整个应用系统的密码操作过程, 如初始化令牌、为应用与设备建立会话、管理槽和令牌等。密码功能函数主要用于完成用户的密码操作和密码管理功能, 如密钥对象生成、查找、对象属性修改设置、加解密、签名验签等操作。

2.2 Cryptoki中的对象

Cryptoki提供了一套对象管理函数, 可以进行创建、查询、修改、销毁对象等操作。Cryptoki对创建对象时那些属性必须指定那些可选都有明确的规定, 并且明确了属性之间的一致性定义。在对象拷贝时, 能否修改对象的属性依赖于确定对象的属性值, 如一个保密密钥对象在使用C_Copy Object进行对象拷贝时其CKA_SENSITIVE属性的值可以由CK_FALSE改变为CK_TRUE, 而不能由CK_TRUE改变导CK_FALSE。图3为Cryptoki对象类层次的简化UML图示。

2.3 Cryptoki中的用户

Cryptoki识别三种用户类型:安全官 (Security Officer (SO) ) 、正规用户 (normal user (NU) ) 、上下文特定用户 (context specific user (CSU) ) 。只有NU在通过认证之后才能准许访问令牌上的私有对象。可能有些令牌在执行任何密码操作之前还要求用户证实身份, 而不管密码操作是否涉及私有对象。SO的角色是初始化一个令牌, 并设置NU的PIN (或者定义其他方式来对NU进行认证) , 或许还要操纵一些公用对象。NU在SO没有为其设置PIN之前是不能登录令牌的。事实上SO和NU可以是一个人, 这可根据密码令牌的管理策略来确定。CSU只有在重新认证密码操作时才会用到。

2.4 Cryptoki中的会话

应用在访问令牌对象或在令牌上进行密码操作之前, Cryptoki要求应用首先打开一个或多个会话。会话为应用和令牌之间提供了逻辑上的连接, 可以是读/写 (R/W) 或只读 (R/O) 会话。读/写或只读指的是对令牌对象的访问而不是访问会话对象。在这两种会话类型下, 应用程序能够创建、读、写和销毁会话对象并且能读令牌对象。只有在读/写会话中, 应用才能创建、读、写和销毁令牌对象。应用在打开一个会话后, 就可以访问令牌的公共对象。一个应用的所有线程都可以正确地访问相同的会话和会话对象。应用要访问令牌的私有对象时, 必须要通过正规用户的登录认证。当一个会话关闭的时候, 在这个会话中创建的会话对象将自动销毁。如果一个应用在一个令牌上打开了多个会话, 并使用其中一个创建一个会话对象, 这个对象对其他会话也是可见的, 当创建它的会话关闭的时候, 不管其他会话有没有正在使用这个会话对象, 这个会话对象将被强制销毁。Cryptoki支持在多个令牌上创建多个会话。一个应用可以使用一个或多个令牌创建一个或多个会话;一个令牌可以有多个会话用于一个或多个应用。特别实现的令牌可能限制一个应用只能创建有限数量的会话或者限制只能创建有限数量的读/写会话。

一个打开的会话可以处于多种会话状态中的一个。会话的状态决定对象和Cryptoki功能函数的访问许可, 表1列出了所有的会话状态。

只读会话可以处于两种状态中的一个 (如图4) 。当最初会话打开时, 它不是处于R/O公用会话状态下 (如果应用先前没有一个经过认证登录的会话) 就是处于R/O用户功能状态 (如果应用已经有了一个经过认证登录的会话) , 而只读的SO会话是不存在的。读写会话可以处于三种状态中的一个 (如图5) 。当打开一个读写会话后, 它或者处于R/W Public Session状态 (应用打开读写会话之前没有用户被认证登录令牌) , 或者处于R/W User Functions状态 (应用打开读写会话之前正规用户已通过令牌认证登录) , 或者处于R/W SO Functions状态 (应用打开读写会话之前安全官已通过令牌认证登录) 。表2列出了不同的会话类型对不同对象类型的访问能力。从图4和图5可以看出五个会话事件导致了会话状态发生转移, 它们分别是安全官登录、正规用户登录、用户注销、关闭会话、设备移除。

2.5 Cryptoki应用与系统进程和线程之间的关系

Cryptoki可通过一个共享库为应用提供接口。应用程序线程调用了Cryptoki中的C_Initialize函数后, 才可以调用其他Cryptoki功能函数。当利用Cryptoki中的功能函数完成了相应的工作后, 应用程序线程必须调用C_Finalize释放Cryptoki库占有的资源。

对于要使用Cryptoki库的多进程应用程序, Cryptoki考虑各个进程具有独立的地址空间以及应用的稳定和性能问题, 要求应用程序在每个进程中都要成对调用C_Initialize、C_Finalize函数, 而不管各个进程是否都需要使用Cryptoki中的其他函数。对于要并发使用Cryptoki库的多线程应用程序, Cryptoki考虑了使用本地操作系统提供的同步原语或应用程序提供的同步原语来保证线程安全。

3 PKCS#11安全性设计

作为密码设备的一个接口, Cryptoki通过两个安全机制为计算机系统或通信系统提供了一个基本的安全保障。一方面, 当应用在存取令牌上的私有对象或证书或操作密码功能函数时, Cryptoki都要求提供一个PIN来认证应用的合法性。这一点保证了持有设备而没有正确PIN的实体将不能使用密码设备。另一方面, Cryptoki可通过设置“sensitive”和“unextractable”属性标记保护令牌上的私有密钥和保密密钥, 设置了“sensitive”属性的密钥不能从令牌中以明文方式导出, 而设置了“unextractable”属性的令牌则根本就不能从令牌中导出, 只能作为一个有效的密钥保存在令牌上使用。通过编程方式或逆向工程从令牌设备中提取私有的或设置了“sensitive”和“unextractable”属性标记的对象将是不可行的。

如果设备没有防篡改环境或受保护的用来保存私有对象和敏感对象的内存, 那么设备可以使用一个从用户的PIN导出一个主密钥来加密这样的对象。令牌有了这样的特性就可以为应用的对象管理提供足够的安全性。另外, 为保证一个令牌是可信的, 我们可以在令牌中内置一个可以被认证的公私钥对, 由一个证书权威机构使用令牌的公钥为它签发一个证书。这样令牌可以通过内置的私钥向应用证明自己的身份。

4 PKCS#11应用实例

这里使用江南计算技术研究所实现的Cryptoki库举例说明283比特二进制域上的ECC签名密码算法公私钥对生成过程 (图6) 。

5 总结

随着公钥密码技术的广泛应用, 密码设备生产商实现了各种各样的设备, PKCS#11标准很好的解决了它们之间的互操作性、在多任务操作系统中的资源共享和密码应用程序的可移植性等问题。Cryptoki不仅可以单独提供给密码应用程序开发人员使用, 还可以CSP方式接入到Java安全体系或微软的MS-CAPI中去。PKCS#11标准是开放可扩展的, 令牌厂商可以在其中定义他们自己的密码机制, 江南计算技术研究所在PKCS#11的实现中就扩展了自主研发实现的SSF、ECC等商用密码算法。本文通过详细介绍PKCS#11标准规范中的各种概念及它们之间的关系, 描述了PKCS#11的机制原理并举例说明, 可供Cryptoki开发人员提供参考。

摘要：PKCS#11是RSA实验室与其他安全系统开发商为促进公钥密码技术的发展而制订的一系列标准之一, 以解决各种类型密码设备互操作和资源共享为目标。本文首先描述了PKCS#11标准中的通用模型, 然后对模型实现中使用的会话和具有层次特性的对象等关键概念进行详细描述分析, 接着又分析了PKCS#11中基于用户认证、私有对象和设置对象的敏感属性来保证密码令牌存储对象信息的安全性。最后举例说明PKCS#11库的使用。

关键词：公开密钥密码标准,密码令牌,槽,会话

参考文献

[1]RSA Laboratories.PKCS #11 v2.20: Cryptographic Token In-terface Standard. 28 June 2004.

[2]RSA Laboratories.PKCS #11 v2.20 Amendment 5 - Draft 1Additional PKCS#11 Mechanisms. April 15.2008.