Atmel AT88SC1616C：高性能安全存储器的深度解析

在电子设备的安全存储领域，Atmel的AT88SC1616C是一款备受关注的高性能安全存储器。它属于Atmel CryptoMemory家族，为用户提供了16-Kbit的用户内存，并集成了先进的安全和加密特性。下面我们就来详细了解这款产品。

文件下载：AT88SC1616C-SH-T.pdf

产品概述

AT88SC1616C是Atmel CryptoMemory家族的一员，能提供16-Kbit的用户内存。用户内存被划分为16个128字节的区域，每个区域都可以单独设置不同的安全访问权限，也可以组合起来为1到16个数据文件提供存储空间。

产品特性

内存特性

• EEPROM用户内存：拥有16-Kbit（2-Kbyte）的EEPROM用户内存，分为十六个128字节（1-Kbit）的区域，具备自定时写周期，支持单字节或16字节的页面写入模式，每个区域的访问权限可进行编程设置。
• 配置区域：有2-Kbit的配置区域，包含37字节的OTP区域用于用户定义代码，以及160字节的区域用于用户定义的密钥和密码。

安全特性

• 认证协议：采用64位相互认证协议（获得ELVA许可），提供加密校验和、流加密功能，拥有四组用于认证和加密的密钥集，以及八组24位密码。
• 防护功能：具备防撕裂功能、电压和频率监测功能，保障数据安全。

智能卡特性

• 操作模式：支持ISO 7816 Class A（5V）或Class B（3V）操作，遵循ISO 7816 - 3异步 (T = 0) 协议（Gemplus专利）。
• 接口与应用：具有多区域、密钥集和密码，适用于多应用场景；同步2线串行接口可实现更快的设备初始化；可编程的8字节复位应答寄存器；符合ISO 7816 - 2标准的模块。

嵌入式应用特性

• 电气特性：可在2.7V至5.5V的低电压下运行，采用2线串行接口，与1.0MHz兼容，实现快速操作。
• 封装与兼容性：采用标准的8引脚塑料封装，符合环保要求（超过RoHS标准），引脚排列与2线串行EEPROM相同。

高可靠性

• 耐用性：具有100,000次的写入耐久性，数据可保留10年。
• 防护能力：具备4000V的静电放电保护能力。

引脚说明

Pad	Description	ISO Module	TWI Module	Standard Package Pin
V CC	Supply Voltage	C1	C1	8
GND	Ground	C5	C5	4
SCL/CLK	Serial Clock Input	C3	C3	6
SDA/IO	Serial Data Input/Output	C7	C7	5
RST	Reset Input	C2	NC	NC

绝对最大额定值

• 温度范围：工作温度为 -40°C至 +85°C，存储温度为 -65°C至 +150°C。
• 电压与电流：任何引脚相对于地的电压为 -0.7至VCC + 0.7V，最大工作电压为6.0V，直流输出电流为5.0mA。

设备架构

用户区域

EEPROM用户内存被划分为16个1024位的区域，不同区域可存储不同类型的数据或文件。只有满足安全要求后，才能访问用户区域，安全要求由用户在设备个性化过程中在配置内存中定义。

控制逻辑

对用户区域的访问通过内置的控制逻辑实现，该逻辑可通过访问寄存器、密钥寄存器和在设备个性化时编程到配置内存中的密钥进行配置。控制逻辑中还集成了一个加密引擎，用于执行设备的各种高级安全功能。

配置内存

配置内存由2048位的EEPROM内存组成，用于存储密码、密钥和代码，并定义每个用户区域的安全级别。配置内存的访问权限由控制逻辑定义，用户无法更改。

协议选择

AT88SC1616C支持两种不同的通信协议：

异步 (T = 0) 协议

适用于智能卡应用，符合ISO 7816 - 3的冷复位要求。上电顺序为：VCC升高，RST、I/O - SDA和CLK - SCL为低；将I/O - SDA设置为接收模式；向CLK - SCL提供时钟信号；400个时钟周期后RST升高。设备将响应64位的ATR代码，选择异步模式后，不关闭设备无法切换到同步模式。

同步2线协议

上电后由于RST上的内部上拉，默认进入同步模式，适用于使用标准塑料封装的嵌入式应用。上电顺序为：VCC上电，RST也升高；VCC稳定后，可驱动CLK - SCL和I/O - SDA。首次发出命令前需发送五个时钟脉冲。

通信安全模式

设备与主机之间的通信有三种基本模式：	模式	配置数据	用户数据	密码	数据完整性检查
标准	明文	明文	明文	MDC
认证	明文	明文	加密	MAC
加密	明文	加密	加密	MAC

安全选项

防撕裂功能

在写周期中发生电源故障时，可恢复设备存储数据的完整性。该功能可选，启用后写命令执行时间会变长，数据限制为8字节。数据先写入EEPROM的缓冲区，再写入目标地址。若第二次写入因电源故障中断，设备下次上电时会自动从系统缓冲区恢复数据。在2线模式下，启用防撕裂功能时，主机在写命令后需进行长达8ms的ACK轮询；上电时，主机可能需要进行长达2ms的ACK轮询。

写锁定

若用户区域配置为写锁定模式，8字节页面的最低地址字节构成该页面字节的写访问字节。写锁定字节可通过将其最低有效位写为“0”进行锁定，且写锁定模式激活后，写锁定字节只能编程，写入“0”的位不能恢复为“1”，写锁定配置下每次只能写入一个字节。

密码验证与安全功能

密码验证

密码可用于保护任何用户区域的读写访问。有效密码呈现后，会被记忆并保持有效，直到电源关闭、呈现新密码或RST激活。有八组密码可用于保护用户区域，一次只有一个密码有效，写密码也提供读访问权限。

认证协议

用户区域的访问可通过认证协议进行保护，可从四个密钥中选择一个用于用户区域。认证成功后会被记忆，只要芯片通电就保持有效，除非初始化新的认证或RST激活。若新的认证请求未通过验证，卡片将失去之前的认证，需重新进行认证。

校验和

AT88SC1616C实现了数据有效性检查功能，以校验和的形式呈现。在标准模式下，校验和为修改检测码（MDC），主机可从设备读取MDC以验证数据接收是否正确；在认证和加密模式下，校验和变为消息认证码（MAC），提供双向数据完整性检查和数据来源认证功能。

加密

读写和验证密码命令期间，设备与主机之间交换的数据可进行加密，以确保数据机密性。发行者可在配置内存中设置要求对用户区域进行加密，可从四个密钥中选择一个用于用户区域。即使不要求加密，主机若知道正确密钥也可选择激活加密。

管理员模式

启用此功能后，持有特定密码的用户可完全访问所有八组密码，包括更改密码的能力。

修改禁止

受此功能保护的用户区域在任何时候都不允许写入访问，该区域必须在设备个性化期间、安全熔丝熔断之前进行写入。

仅编程

受此功能保护的用户区域内的数据只能从“1”更改为“0”，不能从“0”更改为“1”。

初始设备编程

为启用CryptoMemory的安全特性，需对设备进行个性化设置，通过简单的读写命令对配置内存进行编程，设置寄存器并加载适当的密码和密钥。访问配置内存前，需成功提供安全代码（AT88SC1616C的安全代码为$20 0C E0）。写入并验证配置内存中的数据后，需熔断安全熔丝以锁定信息。

订购信息与包装信息

订购信息

Atmel Ordering Code	Package	Voltage Range	Temperature Range
AT88SC1616C - MJ	M2 – J Module – ISO	2.7V–5.5V	Commercial (0°C–70°C)
AT88SC1616C - MP	M2 – P Module - ISO	2.7V–5.5V	Commercial (0°C–70°C)
AT88SC1616C - MJTG	M2 – J Module – TWI	2.7V–5.5V	Commercial (0°C–70°C)
AT88SC1616C - MPTG	M2 – P Module - TWI	2.7V–5.5V	Commercial (0°C–70°C)
AT88SC1616C - PU	8P3	2.7V–5.5V	Industrial (−40°C–85°C)
AT88SC1616C - SH	8S1	2.7V–5.5V	Industrial (−40°C–85°C)
AT88SC1616C - WI	7 mil wafer	2.7V–5.5V	Industrial (−40°C–85°C)

包装信息

不同订购代码对应的模块尺寸、封装形状、厚度和间距等信息各不相同，具体可参考文档中的详细说明。

Atmel AT88SC1616C凭借其丰富的功能和高安全性，在智能卡和嵌入式应用等领域具有广阔的应用前景。电子工程师在设计相关产品时，可以根据具体需求充分发挥这款产品的优势。大家在实际应用中有没有遇到过类似产品的使用问题呢？欢迎在评论区分享交流。