三网合一（分身卡）开发方案
三网合一SIM卡（分身卡），是指一张SIM卡同时支持移动、电信、联通三大运营商网络，无需担忧网络信号差，即可实现三大运营商全网覆盖。
一、封装形式
三网合一SIM卡，通常有2种封装形式：
1.QFN8 5x6封装(MFF2)。主要应用于物联网设备，需要二次贴片生产。
2.Nano SIM封装。即可应用于物联网，也可用在手机上，作为普通SIM卡使用。不需要考虑二次贴片，但需要考虑成品厚度。
二、硬件构成
三网合一卡内部器件由3个运营商的贴片卡和1个主控MCU芯片组成。
运营商的贴片卡，是移动、联通、电信三大运营商发行的贴片卡，也是SIM卡，外观为QFN 2x2封装，有资费，可以正常打电话和上网。
主控MCU芯片，起桥梁的作用。ME并不直接与卡片通信，而是与主控MCU芯片通信，由主控MCU将ME的指令，转发给所选择的卡片，并将返回数据返回给ME。
三、工作原理
每一个时间点，只会有1张SIM卡与MCU通信。三网合一卡的主控MCU内部有Flash，存储了当前使用的是哪一张，当ME读取ICCID、IMSI时，MCU会把这些指令，发送给对应的SIM卡，并将SIM卡的ICCID、IMSI转发给ME。ME会把这些数据，发送给网络，由网络发起对该SIM卡的入网鉴权。ICCID、IMSI、鉴权数据的响应等，都是来自运营商的卡片，只是通过了主控MCU的转发而已。
MCU另外还会建立自己的STK菜单，通过STK菜单，用户可以手动切换当前使用的SIM卡；MCU也可以对ME发起主动式命令（Proactive command），查询当前网络的信号强度，如果信号强度，低于某一数值，则切换成下一张SIM卡；也可由平台侧，发起AT指令，进行SIM卡的切换操作。切换SIM卡后，MCU会重新存储当前的SIM卡编号，并要求ME对卡片重新复位（Proactive command实现，不需要插拔卡），完成重新入网的操作。
MCU一方面充当桥接芯片的作用，把需要入网操作相关的APDU命令，转发给SIM卡；另一方面，充当管理SIM卡的作用，决定是否需要进行切换SIM卡操作。
四、主控MCU选择
首先，主控MCU芯片本身得是SIM卡芯片。SIM卡芯片都具有硬件的ISO7816接口，可以根据外部CLK的频率不同，采用不同的速率通信。与UART不同的是，ISO7816需要外部时钟，外部时钟频率范围1 ~ 5M。初始通信时(ATR阶段)，372个CLK为一个ETU，然后可由ME发送PPS，改变速率，如TA1 = 0x96时，16个CLK为一个ETU。如果主控MCU没有硬件的ISO7816接口，就需要软件模拟7816通信，软件模拟的通信会不稳定，因为外部时钟是变化的(1 ~ 5M)，不同的ME提供的时钟可能不同。
其次，主控MCU芯片，需要有多个GPIO，用于与运营商卡片通信。主控MCU除了自身作为SIM卡外，还需要操作3家运营的卡，并与之通信。
再则，主控芯片面积需要足够小，外围器件足够少。如果MCU面积太大，或者外围器件过多，要将主控MCU与3家运营商的贴片卡，合封成一个芯片，将很难实现。
中巨伟业的SK32G101智能卡芯片，具有220K的Flash、5K的RAM、硬件7816接口及4个GPIO等，中巨伟业提供了完整的三合一卡源代码和SDK开发包，已经把与ME、SIM卡通信的底层代码写好，开发者直接调用就可以。SK32G101与SIM卡通信，最高支持FIDI=0x95，与ME通信，最高支持FIDI=0x97。
五、切换SIM卡技术方案
切换SIM卡，按照切换方式分，可分为手动切换和自动切换：
1.手动切换 可以通过STK菜单，进行人工选择，手动切换。
2.自动切换 通过APDU指令、AT指令、Proactive Command等，实现SIM卡切换。
切换SIM卡，按照切换发的起者，分为平台侧触发切换和MCU侧触发切换。当SIM卡切换完成，需要由MCU发送REFRESH命令给ME，要求ME对SIM卡重新复位入网。
发送REFRESH过程：
SEND:80F2000C00 ;Status
ASSERT:910B
SEND:801200000B
ASSERT: D009 8103010104 82028182
1.平台侧触发切换
优点：平台侧获取网络信号非常容易，并且稳定可靠，不会有ME兼容性问题。
缺点：通信模组需要改动，定制。
（1）客户通过AT指令将APDU切换指令发给卡片。指令格式如下
| CLA | INS | P1 | P2 | Length |
|---|---|---|---|---|
| 00 | 54 | XX | 00 | 00 |
01：切换为联通
02：切换为移动
03：切换为电信
80：关闭卡片自身切换功能。只处理平台侧发出的切换指令。
81：开启卡片自身切换功能。
（2）客户通过AT+CLCK=“SC”,1,"XXXX"指令发送其他控制指令，进行相关操作。“XXXX”是控制指令。对于卡端来说，该AT指令就是卡片的Enable PIN指令。0028000108指令，后面4位相当于PIN值内容。所以需要针对如下特定PIN值做相关操作
0100：切换为联通
0200：切换为移动
0300：切换为电信
8000：关闭卡片自身切换功能。只处理平台侧发出的切换指令。
8100：开启卡片自身切换功能。
（3）客户通过AT+CSCA=“xxxx”,145"xxxx"指令发送其他控制指令，进行相关操作。“XXXX”是控制指令。对于卡端来说，该AT指令就是卡片的更新短信中心号指令。指令流程为：
SEND:00A4080404 7FFF6F42
ASSERT:61XX
SEND:00DC010428FFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFDFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFF0491XXXXFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFF
指令中XXXX字段需要两两反转写入，即用户采用0100设置，指令中的内容为1000。例子如下：
00DC010428FFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFDFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFF04911000FFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFF。
0100：切换为联通
0200：切换为移动
0300：切换为电信
8000：关闭卡片自身切换功能。只处理平台侧发出的切换指令。
8100：开启卡片自身切换功能。
2.MCU侧触发切换
优点：通信模组无需改动
缺点：ME种类繁多，并非所有的ME都能很好的支持Proactive command
（1）卡片6F7E（LOCI）文件最后一个位置更新状态字节内容进行判断
SEND:00A4080404 7FFF6F7E
ASSERT:61XX
SEND:00D600000B FFFFFFFFFFFFFFFFFFFFXX
指令中“XX”为位置更新状态。“XX”的b3b2b1位，定义为：
000:Updated
001:not Updated
010:PLMN not allowed
011:Location Area not allowed
当“XX”的b3b2b1位，不为“000”和“001”时，就可以由MCU发起SIM卡切换
（2）MCU用 “RUN AT COMMAND”向ME发送AT命令：AT+CSQ，获取网络信号强度，如果网络信号强度低于预设值，就可以由MCU发起切换。
SEND:80F2000C00 ;Status
ASSERT:9118
SEND:8012000018
ASSERT: D016 8103013400 82028182 050353544B 280641542B435351
SEND:801400002381030134000202828103010029150D0A2B4353513A2032352C39390D0A0D0A4F4B0D0A
ASSERT:9000
ME回应：+CSQ:,。若信号rssi低于20，就由MCU发起SIM卡切换。
（3）MCU用 “SET UP EVENT LIST” 命令，要求ME监控“位置状态事件”，当位置状态发生变化，ME就会通知SIM卡。位置状态信息中含有网络信息，当无网络时，就可由MCU发起SIM卡切换。
（4）MCU用 “PROVIDE LOCAL INFORMATION” 命令，请求 ME 给 SIM 卡发当前本地信息，获取“网络测量结果”。若测量值低于预设值，则由MCU发起SIM卡切换。
平台侧
在实际开发过程中，一般会用工具（逻辑分析仪、7816协议监听设备等）监听ME和MCU之间的通信。另外，为了模拟无信号环境，通常会把ME放入屏蔽箱中。然而在监听的同时，却很难屏蔽手机信号（监听设备会起天线作用，导致信号无法屏蔽）。那么可以在MCU内部的Flash，存储APDU日志，替代工具监听。存储的APDU日志，可通过专用指令，由读卡器读出。
六、STK命令
STK(SIM卡应用工具箱)，是在原SIM卡被动式的操作系统上，衍生出的SIM卡主动交互式的操作系统。它提供的机制，允许SIM卡中的应用与支持该应用的ME进行交互操作，即支持SIM卡与ME之间的主动式对话，从而使移动用户拥有个人化附加业务。
从 ME 到 SIM 卡的通信使用 T=0 的协议。该协议中，ME 总是向 SIM 卡发起命令，没有 SIM 卡发起与 ME 通信的机制。这就限制了 SIM 卡引入请求 ME 支持 SIM 卡新特性的可能，ME 可以事先知道 SIM 卡应该采取什么动作。主动式 SIM 卡命令采用 T=0 协议，但增加了一个新的状态响应字 SW1。这个状态响应和正常结束(’90 00’)的意思相同，而且可以和大多数允许正常结束的命令一起使用，同时也允许 SIM 卡向 ME 发出信息发送的提示，ME使用 FETCH 功能查出是什么信息。
主动式SIM卡通过在SIM卡业务表中激活主动式SIM卡业务进行标识。在SIM卡初始化期间， ME发出TERMINAL PROFILE命令用于标识支持主动式SIM卡。然后ME根据轮询间隔命令确定的时间间隔，向SIM卡发送STATUS命令。
STK相关的4条命令：
TERMINAL PROFILE，告知SIM卡手机对STK的支持能力。初始化SIM卡的过程中发给SIM卡。
| COMMAND | CLA | INS | P1 | P2 | Length |
|---|---|---|---|---|---|
| TERMINAL PROFILE | A0 | 10 | 00 | 00 | lgth |
2.ENVELOPE，手机发送数据或者事件给SIM卡。
| COMMAND | CLA | INS | P1 | P2 | Length |
|---|---|---|---|---|---|
| ENVELOPE | A0 | C2 | 00 | 00 | lgth |
3.FETCH， 手机从SIM卡获取命令
| COMMAND | CLA | INS | P1 | P2 | Length |
|---|---|---|---|---|---|
| FETCH | A0 | 12 | 00 | 00 | lgth |
SIM 卡可以发送一系列主动式 SIM 卡命令，命令如下：
— CLOSE CHANNEL，请求ME关闭专用数据通道。
— DISPLAY TEXT，在显示屏上显示文本或图标。
— GET CHANNEL STATUS，请求ME返回所有可用数据通道的当前状态。
— GET INKEY，向屏幕发送文本或图标，要求返回单个字符响应。
— GET INPUT，向屏幕发送文本或图标，要求返回一个响应。
— GET READER STATUS，提供附加读卡器和已插入的附加卡信息。
— LANGUAGE NOTIFICATION，通知ME目前在SIM卡应用工具箱中文本所使用的语言。
— LAUNCH BROWSER，要求ME的浏览器能解释与URL相关的内容。
— MORE TIME，不要求ME有任何操作，命令的目的是申请更多的处理时间。
— OPEN CHANNEL, 请求ME启用命令参数所设定的数据通道。
— PERFORM CARD APDU,请求ME向附加卡发送一APDU命令。
— PLAY TONE，请求ME通过耳机、听筒或其他扬声器发出声音。
— POLL INTERVAL，协商在空闲模式期间ME向SIM卡发送STATUS命令的频率。
— POWER OFF CARD，用于结束与附加卡之间的会话过程。
— POWER ON CARD，用于启动与附加卡之间的会话过程，并且返回所有的ATR字节。
— PROVIDE LOCAL INFORMATION，请求ME将本地信息传递给SIM卡，例如(MCC+MNC)。
— RECEIVE DATA, 请求ME返回给SIM卡专用数据通道的接收数据。
— REFRESH，请求ME执行SIM卡的初始化过程，命令可使ME复位SIM。
— RUN AT COMMAND，向ME发送一AT命令，并且返回给SIM卡此AT命令的响应。
— SELECT ITEM，SIM卡提供一套菜单项目列表供用户选择。
— SEND DATA, 请求ME在专用数据通道上发送SIM卡提供的数据。
— SEND DTMF，在呼叫建立时请求ME发出DTMF(双音多频)声音。
— SEND SHORT MESSAGE，向网络发送短消息或SMS-COMMAND。
— SEND SS，向网络发送SS请求。
— SEND USSD，向网络发送USSD字符串。
— SET UP CALL，建立呼叫。
— SET UP EVENT LIST，SIM卡为ME提供一事件列表。
— SET UP IDLE MODE TEXT，为ME提供一字符串用作空闲模式文本。
— SET UP MENU，SIM卡提供一套菜单添加到ME原有的菜单结构中。
— TIMER MANAGEMENT，要求ME管理一定时器(启动，停止，取当前值)
4.TERMINAL RESPONSE: 手机返回SIM卡执行主动式命令的结果
| COMMAND | CLA | INS | P1 | P2 | Length |
|---|---|---|---|---|---|
| TERMINAL RESPONSE | A0 | 12 | 00 | 00 | lgth |
七、Proactive SIM 命令获取网络信号强度
SIM卡可以发起主动式命令，获取网络信号相关信息，详细资料，请参阅GSM11.14规范。
1.PROVIDE LOCAL INFORMATION，请求ME将本地信息传递给SIM卡
此命令请求 ME 给 SIM 卡发当前本地信息。目前这些信息限于：
— 位置信息（移动国家代码、移动网络代码、位置区代码、当前服务小区的 ID 号）；
— ME 的 IMEI；
— 网络测量结果和 BCCH 信道列表；
— 当前日期、时间和时区；
— 当前 ME 语言设置；
— Timing Advance。
2.RUN AT COMMAND，向ME发送一AT命令，并且返回给SIM卡此AT命令的响应。
SIM使用此命令向ME发送AT命令，就像是由连接的TE发起的一样。然后ME应在终端响应中向SIM返回AT响应。
AT指令：AT+CSQ
响应：+CSQ: ,
查询网络信号强度，:信号强度
3.SET UP EVENT LIST，此命令提供一套事件集，此事件集是 ME 应当监视的当前事件列表。
事件列表：
00：MT呼叫；
01：已连接呼叫；
02：呼叫拆线；
03：位置状态；
04：用户动作；
05：空闲屏幕可用；
06：读卡器状态；
07：语言选择；
08：浏览器终止；
09：数据可用；
0A：数据通道状态
八、各种手机和通信模块的TERMINAL PROFILE
ME的种类繁多，各家ME所支持STK/CAT功能各不相同，有一些ME即使是在TERMINAL PROFILE中表明支持的功能，在实际测试时，也不一定有。以下简单罗列几种ME的TERMINAL PROFILE。
1.iPhone
FFFFFFFF7F9D00DF BF00001F E2000000C3F0000700016800510100000008028007700603
2.VIVO 5G
FFFFFFFF7F9F00FF FF03021F E2000000C3FB0007041178007101000000380280877C0603
3.华为畅享
FFFFFFFF7F9F00DF FF00001F E2081106C3C0000000004000510000000018
4.移远CAT1模组
3301E8C2110C0007 9C00001F 226000000300000000000000000000000000000000
5.大夏龙雀CAT1模组
3F01EDE2119C0007 8400001F 4060000043C00000000040
TERMINAL PROFILE中，可用于获取网络信号的相关字节及编码：
| BIT8 | BIT7 | BIT6 | BIT5 | BIT4 | BIT3 | BIT2 | BIT1 |
|---|
第四字节（主动式 SIM 卡命令）：
BIT8 —— 主动式 SIM 卡命令：提供本地信息（NMR）
BIT7 —— 主动式 SIM 卡命令：提供本地信息（MCC，MNC，LAC，Cell ID，IMEI）
BIT6 —— 主动式 SIM 卡命令：SET UP MENU
BIT5 —— 主动式 SIM 卡命令：SET UP CALL
BIT4 —— 主动式 SIM 卡命令：SEND USSD
BIT3 —— 主动式 SIM 卡命令：SEND SS
BIT2 —— 主动式 SIM 卡命令：SEND SHORT MESSAGE
BIT1 —— 主动式 SIM 卡命令：SELECT ITEM
第五字节（事件驱动信息）：
BIT8 —— 事件：读卡器状态
BIT7 —— 事件：空闲屏幕可用
BIT6 —— 事件：用户活动
BIT5 —— 事件：位置状态
BIT4 —— 事件：呼叫拆线
BIT3 —— 事件：呼叫接线
BIT2 —— 事件：MT 呼叫
BIT1 —— 主动式 SIM 卡命令：SET UP EVENT LIST
第八字节（主动式 SIM 卡命令）：
BIT8 —— 第 2 个性能配置参数
BIT7 —— SET UP CALL 命令中第 2 个α标识符
BIT6 —— 执行 AT 命令
BIT5 —— 建立空闲模式文本
BIT4 —— GET INKEY 命令的二进制选项
BIT3 —— 主动式SIM卡命令：PROVIDE LOCAL INFORMATION（日期,时间和时区）
BIT2 —— 主动式 SIM 卡命令：TIMER MANAGEMENT（取当前值）
BIT1 —— 主动式 SIM 卡命令：TIMER MANAGEMENT（启动，停止）
第九字节：
BIT8 —— RFU，bit=0
BIT7 —— 主动式 SIM 卡命令：LAUNCH BROWSER
BIT6 —— 主动式 SIM 卡命令：LANGUAGE NOTIFICATION
BIT5 —— 主动式 SIM卡命令：PROVIDE LOCAL INFORMATION (Timing Advance)
BIT4 —— 主动式 SIM 卡命令：PROVIDE LOCAL INFORMATION (语言)
BIT3 —— 主动式 SIM卡命令：PROVIDE LOCAL INFORMATION (BCCH 信道列表编码)
BIT2 —— 发送DTMF命令
BIT1 —— 持续执行 DISPLAY TEXT 命令
九、生产注意事项
QFN8 5x6封装(MFF2)，因为需要二次贴片生产，所以在合封芯片时，可以选择高温锡膏。在二次贴片时，高温锡膏不容易被融化，就不容易导致合封芯片鼓包及内部虚焊。另外，QFN8三合一卡，可能会放入测试座中，写入数据，所以在切割时，5x6的尺寸，可以稍微的缩小一点，这样会更容易放入测试座中。
Nano SIM封装(MP2)，不需要考虑二次贴片生产，但需要考虑成品厚度。Nano SIM厚度一般控制在0.7mm以内，否则很难塞进手机中。在PCB板设计时，尽量选用2层PCB板，PCB板厚度不超过0.2mm。在整体打磨时，不能磨到芯片内部的绑线。
4万+
扫一扫
被折叠的 条评论
为什么被折叠?
到【灌水乐园】发言
