智能卡的发展已有近30年的历史,目前已广泛应用到公安、医疗、交通、金融、电信、社保、石油、体育等各个行业中,随着智能卡应用的推广,智能卡的产业链也得到极大的完善和细分。整个产业链从智能卡芯片设计、硅晶片的生产制造、芯片封装、智能卡COS研发、个人化、发行卡最终到用户,整个产业链将随着技术和应用的发展,将进一步细分。本文所描述的内容主要是智能卡产业链中的一个重要环节:智能卡的COS研发。本文的主要目标是研究并设计智能卡COS的体系结构,及COS系统中的各个模块研究,包含通信管理模块,安全管理模块、命令处理模块、文件系统模块、硬件底层模块等。论文重点描述了本文所选课题的研究背景、项目背景、选题意义等内容。总结了智能卡的研究现状和发展趋势,智能卡分类,智能卡近年的应用情况,智能卡遵循的国际标准体系,电信行业智能卡UICC和USIM,智能卡COS的功能,工作原理及一般体系结构等内容。在USIM COS的整体结构设计中,阐述了USIM COS的设计目标,单晶片的Mini_COS结构设计及各模块之间的接口设计和底层驱动设计,多晶片的Max_COS覆盖模型的设计,覆盖模型产生和抽象过程等内容。在通信模块设计中阐述了apdu报文格式,ATR编码含义、PPS协商等。在安全模块设计中阐述了USIM COS的安全特性,分析了3G的安全体系,USIM与SIM卡在安全上的差别,USIM与网络的相互认证原理,USIM中文件的访问机制等。在命令模块设计中总结了APDU命令帧的四种结构,命令的处理流程,命令的类别和指令类别编码。在文件系统设计中总结了智能卡USIM COS的文件管理原理,文件的逻辑结构,文件的类型,FAT16文件系统原理在COS中的实现,设计了文件的主要数据结构及与文件相关的操作。论文最后阐述了课题涉及的关键技术和创新点。本文所涉及的课题是广东工业大学与中国通信服务股份有限公司广东公司之间的横向合作项目,该项目于2007年7月1日开始进行分析设计,到目前为止已完成整体的设计,硬件底层的代码编写,文件系统的部分代码编写,安全管理模块的部分算法代码编写。本文正是在这个项目实践的基础上编写的。