一種無人值守金融POS終端的實現

文/林丹

1 產品概述

隨著電子技術的發展以及在金融行業的廣泛滲透，電子支付開始逐漸興盛。金融POS終端是商戶收款、簽卡、簽收據的設備。它作為POS系統中重要的前端設備，可以進行銷售數據的實時輸入，便于后臺實時跟蹤處理銷售情況，并根據這些數據進行詳細的、正確的、迅速的分析為商品的補貨和管理提供依據。金融POS終端作為電子支付的一種重要環節得到越來越廣泛的應用。POS系統已經成為信息時代資金流動和貨幣支付的一種主要手段。POS系統的普及和應用也進一步推動了金融POS終端市場的快速發展。

無人值守金融POS終端作為金融POS終端的一種，是對傳統金融POS終端的補充，也為自動售貨機行業實施電子支付提供了解決方案。它需要具備金融POS終端的一般功能，例如支持各種形式的銀行卡，通過各種金融POS終端行業認證。并且依據自動售貨機的工作環境與其配套使用的無人值守金融POS機需要操作簡單，具備防水防塵、外殼防機械碰撞等特點。

2 POS終端需求簡介

本文中提到的無人值守金融POS終端是為了完善公司已有產品線，推出一款POS終端支持三種形式銀行卡及磁條卡、接觸式IC卡、非接觸式IC卡。為客戶提供一個整體讀卡器解決方案，降低了對自動售貨機面板空間的要求。該POS終端主要用于小額免密支付領域，集中在自動售貨，停車收費等。當該POS終端與配套的密碼鍵盤連接的時候，該金融POS終端也可用于正常的有密碼交易。

該POS終端需要滿足歐洲EVA安裝標準，整體尺寸控制在110mmX85mmX60mm，外殼材質以及顏色需要耐磨耐贓污，該POS終端需要滿足IP65/IP54的防水防塵要求，需要滿足IK10外殼防機械碰撞要求；

該POS終端內磁條卡讀卡器需要垂直并位于POS終端右側支持雙向刷卡，并且有一定的刷卡角度給持卡人更好的刷卡體驗；接觸卡IC卡讀卡器為位于POS終端下部，卡插入是需要一定的角度并有很好的導向，卡插入位置需要距離POS終端后部25mm至30mm距離，以免影響持卡人插卡體驗；POS終端內非接觸式IC卡讀卡器區域需要有機構用來放置銀行卡片完成支付交易。

該POS終端除了需要通過CE，FCC/IC，CSA，ROHS，WEEE等認證以外，還需要通過PCI PTS 4.x,接觸式EMV Level 1，Level 2，非接觸式EMV Level 1，Level 2以及EMVCo ESD評估。

3 終端設計方案

3.1 方案概述

根據第二章節所描述POS終端需求，將需求實現分解為三個部分，包括結構設計、硬件設計以及安全設計三個部分進行描述。

3.1.1 結構設計方案

本終端需求對于防塵以及防水的IP65（整機除接觸式IC卡讀卡器）/IP54（接觸式IC卡讀卡器）的要求以及防機械碰撞IK10的要求是結構設計中的難點以及關鍵點，需要重點關注。如圖1所示。

（1）前蓋使用IML工藝，選用PC材料有良好的透光性以及抗沖擊性能，能夠滿足正面抗機械沖擊的要求，其中前蓋正面為非接觸式IC卡讀卡區域，在前蓋下方接近接觸式IC卡讀卡器區域設計一個臺階，用于放置非接觸IC式銀行卡；

（2）終端設計兩個電容按鍵，感應區域位于IML背面，這樣即能保證了正常的交易又能保證了IML結構件的完整性；

（3）在前蓋IML與上蓋、上蓋與下蓋中間增加防水墊圈1與防水墊圈2，并使用螺絲緊固，這樣能保證機器本體的防水性能；

（4）在下蓋后方增加一個防水墊圈3，為了保證在將終端安裝到自動售貨機后，終端與自動售貨中間的間隙能夠滿足防水防塵的要求；

（5）在接觸式IC卡讀卡器區域設計一個彈簧門，在未插入接觸式IC卡情況下，滿足IP54的防水防塵要求；

3.1.2 硬件設計方案

硬件設計沿用公司已有平臺，結合本POS終端需求進行定制化設計。

如圖2所示，本POS終端采用雙CPU方案，其中UC-SE負責安全相關硬件，UC-AP負責應用相關硬件；依據平臺特點以及產品設計方案，系統配置16MB的SDRAM和128MB的NAND Flash用于系統運行以及數據存儲。

本POS終端磁條卡信號由磁頭同時讀出銀行卡三個磁道數據，對應三組差分信號，此三組差分信號由UC-SE CPU進行解析獲取磁條卡信息；UC-SE中還包含了1個接觸式IC卡接口電路，此接口電路符合EMV L1要求，因此本POS終端中配套的使用接觸式IC卡座所包含的觸點信號，按照定義要求，連接至UC-SE中的接觸式IC卡接口電路，實現接觸式IC卡的數據交互；非接觸式IC卡接口電路選用NXP公司的PN512芯片，由UC-AP進行控制。為了獲取更好的讀卡效果以及滿足非接觸式EMV Level 1的要求，在PN512前端增加三極管放大電路，用于增加信號場強，天線采用PCB板方案，安裝在前蓋IML后方，并貼緊IML以便增加非接觸IC卡讀卡距離，在本POS終端前部上方，設置有4個LED等，用于顯示非接觸IC卡交易狀態，即符合EMV規范，也符合EVA規范；

本終端采用128*64的LCD作為顯示器件，該顯示模塊包括紅，綠，藍三種顏色背光，用于表現本終端的狀態以及狀態。該LCD由UC-SE進行控制顯示。依據EVA規范強烈推薦，POS終端需要設置兩個按鍵“STOP”與“START”，其中“STOP”用于停止交易，“START”用于信息確認以及開始交易流程。本POS終端采用電容觸摸方式實現兩個按鍵，電容按鍵采用FPC設計，觸發區域裸銅處理張貼在前蓋IML背后，并緊貼IML，降低FPC與IML中間的空氣間隙對電容按鍵效果的影響，并且需要從設計方面避免電容按鍵FPC與非接觸式IC卡天線之間存在相互的干擾，此電容按鍵有專用IC進行驅動，并由UC-SE進行控制。

本POS終端配置有USB與串口兩個外部接口，用于系統配置以及與自動售貨機通訊接口，該接口由UC-AP芯片提供，其中本POS終端由USB供電，供電電壓為5V/500mA。

本POS終端終端由USB供電，供電電壓為5V。根據系統供電需求，通過LDO或者DC/DC生成4.8V，3.3V，1.8V以及1V電源。

本POS終端需要進行EMVCo ESD的評估測試，該測試比CCC認證中的靜電測試要求更高，所以在靜電器件選擇以及布線上需要特別的進行設計。

圖1：終端結構爆炸圖

3.1.3 安全設計方案

由于本POS終端屬于金融POS終端范疇并且需要受理銀行卡，所以需滿足PCI PTS 4.x的認證要求。

本POS終端安全方案設計，是基于UC-SE芯片，該芯片為專門的安全芯片，芯片本身在芯片級別具有MESH對安全部門進行保護，并具有12個安全檢測口線以及安全存儲區域。

根據系統、硬件以及結構設計要求，對12個安全檢測口線進行分配，用于各個部分的安全檢測。其中敏感器件及信號包括：

（1）磁頭以及磁卡信號，磁頭采用密封灌膠磁頭，磁頭FPC采用三層FPC結構，中間層為磁頭信號，上下層為安全檢測信號，用于防止外部探測磁頭信號；

（2）接觸式IC卡信號集中的IO信號，在接觸式IC卡座靠近插卡口地方使用補丁板進行信號保護，防止外部對IO信號的探測；

（3）非接觸式IC卡驅動芯片通過SPI接口與UC-AP連接，其中MOSI以及MISO需要進行安全保護；

（4）其中UC-SE與UC-AP中間采用高速串口協議進行通訊，該串口信號作為敏感信號，需要進行安全保護；

（5）主印制板采用八層雙階HDI結構，在中間布放敏感信號，在外層布放安全檢測信號；

（6）在上蓋與下蓋中間增加防拆觸點，在被人惡意拆機后能夠有效地觸發安全檢測信號；

（7）為了防止攻擊者惡意的從自動售貨機上拆除本POS終端，在本POS終端后部防水墊圈3與下蓋之間增加兩個防拆觸點，該防拆觸點在未安裝前處于非觸發狀態，只有在將POS終端安裝到自動售貨機后，通過系統配置觸發該防拆觸點，達到檢測終端是否正常在位。

圖2：硬件系統框圖

依據本設計方案，最終本POS終端通過PCI PTS4.x認證，為最終銷售奠定了基礎。

4 結語

歷經7個月時間，經過產品需求分析，產品詳細設計，模塊詳細測試以及產品可靠性測試，試制生產，量產等階段，最終將符合市場需求的產品產品推向市場，獲得了客戶的廣泛認可并拓展了公司的市場。