自制 Aime 读卡器

这应该不算教程，只是分享一些思路

前言

之前用 ESP32-S3-DEVKIT 做过中二的 Aime 读卡器，固件是用下面这个项目改的

Sucareto/Arduino-Aime-Reader

https://github.com/Sucareto/Arduino-Aime-Reader

端午闲来无事，觉得之前做的读卡器体积太大了，决定重新做一版，顺便试试固件自己写

固件已开源

btjawa/esp32c3-supermini-cardreader

https://github.com/btjawa/esp32c3-supermini-cardreader

硬件

• Elechouse PN532

NFC 收发模块，用来和卡片交互

• ESP32

主控，这次选择了 ESP32C3 Supermini
体积足够小，半孔工艺可以当贴片处理，以及GPIO刚刚好可以用完

• SSD1306

OLED 显示屏，用来显示读卡器模式以及读卡状态

• 若干 WS2812B + 若干开关

开关用来切换模式，WS2812B 装饰

• 接线

每个模块按他们的协议接线，PN532 用SPI，SSD1306 用I²C
WS2812B 由于用了级联，所以只需要接第一个LED的DIN
开关接那些下拉不会导致主控出问题的引脚 (例如 1, 2)

• 原理图

原理图

PCB 新版全部用了贴片，之前做的的全是插件，PCB 背面不太美观还割手

软件

具体实现可以查看 src/sega.cpp，这里只大致讲讲处理的逻辑

用 PlatformIO + arduino framework
由于 ESP32C3 Supermini 没有串口转USB以及自动下载电路
所以需要手动进入下载模式，用USB CDC上传固件 (实测只有第一次上传需要手动进入下载模式，之后就不用了)

串口交互逻辑来自 segatools 模拟层
串口波特率需要根据 segatools.ini -> keychip -> dipsw3 动态设置
如果是 CVT -> 38400，否则 115200

请求帧

游戏默认通过 COM4 与读卡器通信，每次需要让读卡器做些什么时就会发送一个请求帧 (req_frame)
样本：E0 05 00 02 30 00 37

• 0xE0 -> 同步字节
• 0x05 -> 帧长度 (包含自身)
• 0x00 -> 地址
• 0x02 -> 序号，代表第 n+1 个请求帧
• 0x30 -> CMD
• 0x00 -> Payload 长度 (不包含自身)
• .... -> 如果 Payload 长度大于零，这里就会出现与 Payload 长度 相同数量的字节 (Payload Body)
• 0x37 -> 校验值，除其自身与同步字节外其他字节的和 (0x05 + 0x02 + 0x30 = 0x37)

如果直接用 Windows API 的话，我们可以读到一个完整的帧 (IRQ_MJ_WRITE)
但是 Arduino 不行，所以我们只能按照上述含义用 Serial.read() 一个个读

处理 CMD

CMD 字节就是这个指令的类型，映射表可以查看 src/sega.h

...? 即代表不确定

• 0x30 -> 返回固件版本
• 0x32 -> 返回硬件版本
• 0x40 -> 开启射频天线…?
• 0x41 -> 关闭射频天线…?
• 0x42 -> 开始轮询卡片，Mifare 返回 UID 长度与 UID，Felica 返回 IDm, PMm 与各自的长度

• 0x43 -> 根据接收帧的 Payload 选择对应 UID 的 Mifare 卡片
• 0x44 -> 未知
• 0x50 -> Payload 为与 Aime 卡交互所需的 Key，储存
• 0x51 -> 用上述 Aime Key 认证
• 0x52 -> 读取 Mifare Block (一定发生在 Key 验证后)
• 0x54 -> Payload 为与 Bana 卡交互所需的 Key，储存
• 0x55 -> 用上述 Bana Key 认证
• 0x60 -> 进入升级模式…?
• 0x61 -> 发送数据…?
• 0x62 -> 重置设备…?
• 0x71 -> 用 Payload 中提供的命令请求 Felica 卡片，并返回卡片处理的结果
• 0x81 -> 用 Payload 提供的颜色 (三个字节，对应 RGB) 设置 LED 灯
• 0xF5 -> 重置 LED 灯
• 0xF0 -> 返回 LED 灯版本

回复帧

处理完请求帧后，我们自然也需要构建回复帧 (res_frame)
这里的样本也对应上述请求帧的样本
样本：E0 07 00 02 30 00 01 94 ce
结构基本与请求帧保持一致，只是：

• CMD 后新增一个字节，对应响应状态：

• 请求帧中的 Payload 长度, Payload Body 在此处变为返回的 Payload：
  上文中提到的 “返回xxx” 就是指填充此处数据，在样本中对应 0x01, 0x94

然后将构建好的回复依次写回串口

后记

WS2812B 在级联灯比较少的情况下用 3.3v 供电也能跑起来，还挺稳定的，就是不知道寿命了

看着一条条请求帧被正确回复真是有很大的成就感