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nfc的架构标准是怎样的

NFC技巧由免打仗式射频识别(RFID)蜕变而来,RFID的传输范围可以达到几米、以致几十米,只能实现信息的读取以及鉴定,而NFC技巧则强调的是信息交互。近场通信是事情在13.56MHz频率运行于20厘米间隔内,其传输速率有106Kbit/秒、212Kbit/秒或者424Kbit/秒三种。

近场通信论坛定义了三种操作模式(PDF):

点 对点模式(P2P mode):支持两个近场通信设备之间互相通讯,实现信息互换和文件共享。

读卡器模式(Reader/writer mode):使近场能讯设备能从海报或者展览信息电子标签上读取相关信息。

卡模式(Card emulation):近场通信设备能像智能卡一样,容许用户支付零售购物和交通用度。

NFC手机内置NFC芯片,组成RFID模块的一部分,可以算作RFID无源标签应用,用来支付用度;也可以算作RFID读写器用作数据互换与采集。

从利用模式上分NFC卡模拟、读写器、点对点三种模式。卡模拟模式平日又被称为被读模式,手机终端可以模拟成为一张通俗的非打仗卡被POS机读取,此模式下平日是承袭了现在广泛应用的利用,例如银行卡、门禁卡、公交卡等,以NFC手机作为载体并发挥手机在收集、多媒体、人机交互方面的上风,利用处景也与现有要领类似;读写器模式平日又被称为主读模式,手机终端可以读取一张非打仗卡或者一个非打仗标签中的内容,此模式下既可能承袭了现有的利用,例如将NFC手机当做POS机去读取现有的银行卡、公交卡,又可所以NFC最新定义的利用处景,例如使用NFC手机读取NFC定义的标

签中的标准数据,实现电子咭片、电子海报、WIFI连接等功能;点对点模式是指两个手机终端在近间隔内经由过程触碰直接通报数据,这是NFC定义的一种新模式,与蓝牙、WIFI比拟有近间隔和设置设置设备摆设摆设简单两个特征,理论上可以经由过程简单触碰实现两部手机间任何数据的交互,例犹如步日程表、位置共享、咭片互换等功能。

NFC道理

NFC架构及涉及的标准

手机终真个NFC功能由NFC Controller、NFC协议栈、SE、SE造访API、SE造访节制及AP造访SE芯片构成,其主要功能如下:

1. NFC Controller:即NFC芯片,实现NFC卡模拟、读写器、点对点模式所定义的模拟、数字协议的处置惩罚;

2. NFC协议栈:设置设置设备摆设摆设NFC芯片事情模式并实现NFC Forum定义的各项标准;

3. SE:即安然芯片,所有涉及敏感数据、加密运算等营业(如银行卡、公交卡)均必要零丁安然芯片处置惩罚;

4. SE造访API:向客户端开放造访SE的接口,以实现余额读取、空中充值等功能;

5. SE造访节制:对SE造访进行节制和授权,保障SE安然;

6. AP造访SE芯片:客户端经由过程利用场置惩罚器造访SE时的接口芯片,采纳SE种类不应时该芯片也会有所不合,如SIM卡为SE时,此芯片即为Modem。 上述不合模块是可以组合的,从而实现不合的NFC功能,大年夜致可分为简单NFC、具有SE的NFC两种类型:

简单NFC是指仅具有NFC Controller和NFC协议栈的NFC终端,因为不具备SE,这种终端仅能支持上篇博文中提到的NFC读写器和点对点功能,实现诸如咭片互换、标签读取等与安然无关的NFC功能。因为构成简单,且Android 2.3以上原生系统即已经实现这些功能,今朝市场上多半的NFC终端都是这种简单NFC。比拟简单NFC,具有SE的NFC终端均集成了零丁的安然芯片SE,除读写器、点对点模式外,可支持卡模拟模式引入的安然利用(如银行卡、公交卡等),既可支持POS机上的非打仗刷卡,又可以支持客户端对SE的造访,实现SE中存储的银行卡、公交卡的余额读取、空中充值等功能。

毫无疑问,具有SE功能的NFC终端是今朝用户、运营商、银行更为关注的,不合机构在推动NFC终端时,采取的SE要领也是不合,今朝看SE主要有三种类型,即SIM卡、终端内置SE芯片和MicroSD卡,分手代表运营商、终端厂家、银行从自身在财产链中所处位置,及在推动NFC终端初期时很自然的反映。应该讲从今朝成长的环境看,运营商推动的以SIM卡为SE的NFC终端规划(即俗称的SWP规划)成长最快最好,以运营商行业组织GSMA协会牵头,天下上跨越50家运营商(包括中国移动、中国联通及欧洲、美国、日韩主流运营商)发布支持该规划,今朝举世贩卖的终端近4000万部,估计13年会有持续的成长。后续将以今朝最为主流的以SIM卡为SE的NFC终端规划(SWP规划)谈一下NFC终端详细支持的协议。NFC-SWP终端指的是支持SWP-SIM卡的NFC终端,也即以SIM卡做为SE的NFC终端。NFC-SWP终端从架构上看分为NFC非打仗部分与SIM卡造访接口两部分:

NFC-SWP终端架构

(一)NFC非打仗部分

由图1中NFC Controller、NFC协议栈及SIM卡组成,供给NFC卡模拟、读写器及点对点功能,此中SIM卡主要在卡模式下起到了一个安然模块的感化,今朝在读写器及点对点模式下尚未发挥感化。NFC终端不合模式下信息路由机制是不合的,在NFC终端事情在卡模拟模式时,外界POS机发送的旌旗灯号会经由过程NFC Controller转发到SIM卡中处置惩罚,而当NFC终端事情在读写器、点对点模式时,从外部卡片或手机读取的信息将经由过程NFC Controller转发到NFC协议栈解析,终极转交给操作系统或客户端利用法度榜样处置惩罚。

NFC非打仗部分的技巧标准及测试标准相对较为完善,主要由ISO、NFC Forum、ETSI等标准化组织完成,此中:

l ISO主要认真NFC空中接口底层的模拟、数字协议,ISO定义的射频协议已广泛利用在公交、银行、政府等行业

l NFC Forum主要任务是定义新型的NFC设备,并包管其互通性,NFC Forum主要在ISO协议之上定义新型NFC设备之间数据互换所需的数据布局及链路层协议

l ETSI主要认真拟订NFC Controller与SE的接口规范,最初ETSI拟订的接口规范仅限于SIM卡,但今朝已作为一种通用的接口规范广泛应用在其它形态的SE中。

NFC的标准相对是对照繁杂的,且在不合NFC事情模式下遵照的标准是不尽相同的,以下是不合模式下应遵照的协议。

模式射频协议中心协议(1)利用协议其它协议利用处景卡模拟模式ISO 14443无行业规定(2)ETSI 102.613(SWP)ETSI 102.622(HCI)兼容现有设备读写器模式ISO 14443无行业规定无兼容现有设备ISO 14443NFC Forum Tag Type 1-4NFC Forum NDEFNFC Forum RTDRTD外自定义利用协议(3)与NFC Forum设备互通点对点模式ISO 18092NFC Forum LLCPNFC Forum SNEPNFC Forum RTDRTD外自定义利用协议与NFC Forum设备互通注1:中心协议指NFC Forum设备间通信所需的链路层及数据款式协议注2:指由不合行业标准详细规定,不在NFC规范体系内,如PBOC、EMV等注3:NFC RTD规定了URI、联系人等几种常用的利用,这些利用已可被Android系统认知,不必要特殊的客户端支持;同时,不合利用方也可自定义利用协议,如GPS位置共享,但这些自有的利用协议必要配套的私有客户端软件才能识别

从上表也可以看出,一部NFC终端不仅可以与相符NFC Forum协议的、全新的NFC Forum设备互通,也可以模拟成一个与通俗非打仗IC卡相同的设备,被存量非打仗POS读取,从而可以在用户认识的现有非打仗情况中广泛应用,减少用户的进入门槛,这对一个新型设备初期的推广是异常关键的。

(二)SIM卡造访接口

由图1中SE造访API、SE造访节制及Modem组成。手机与通俗非打仗IC卡最大年夜的不合体现在拥有收集功能和人机交互两部分,是以,NFC手机可以从事传统非打仗IC所不能完成的富厚营业,如空中充值、余额查询。所有这些营业均必要一个技巧条件即必要一个标准的SIM卡造访接口,能够使得利用客户端造访SIM卡并与SIM卡中的applet进行通信。详细讲,必要在手机中支持三个标准:

1、 SIM Alliance Open Mobile API:为利用客户端供给与SIM卡通信的通道

2、 Global Platform/GSMA:Secure Element Access Control:授权利用客户端造访SIM卡中对应的applet

3、 Modem:需完全支持3GPP 27.007标准,支持打开SIM卡逻辑通道,并能够在逻辑通信上真正实现APDU的透传。

今朝,NFC-SWP终端中相关标准化进行的较好,也有不少NFC-SWP手机已经支持这些标准,但量力而行的讲,因为短缺上述三个标准对应的测试标准和测试对象,今朝NFC手机对SIM卡造访接口的支持差强人意。Modem在逻辑通道上对APDU透传的支持分外必要引起注重,传统上Modem通报的都是ETSI 102.221电信标准中规定的APDU,但在新的NFC手机架构下,Modem的逻辑通道上可能还会传输银行、公交等行业的APDU,这些APDU的定义可能会与电信标准有必然的区别,也可能越过Modem供给商传统的常识范围。是以,从今朝环境看,一方面必要手机分外是Modem供给商能够充分理解NFC营业的特征,分外是逻辑通道上与传统电信利用的区别,前进产品对逻辑通道上透传APDU的支持,另一方面,也必要标准化组织、运营商及各厂家一路完善测试标准及测试对象,从而匆匆进并包管产品的成熟。

终端所孕育发生的无线电频率正弦波通报能量给标签然后从标签中读取数据。NFC启动后,持续孕育发生旌旗灯号中间频率13.56MHz的正弦波。假如有标签在该正弦波孕育发生的磁场扰动范围内,标签由磁场扰动就会得到能量,孕育发生原正弦波反频率或改变频率属性的波。手机探测到这种改变,以知道相近有标签。RFID在很近的间隔通信平日被称为近配对系统。近配对系统的范围平日是0到1厘米。这意味着标签挨着读取器或按在读取器上。这么近间隔的好处是标签的电池厂可以发出很大年夜的能量。这能量足以支持标签通信,而不必要内置电源。近配对也利于高度保密的场合。例如带NFC功能的手机,带一个能孕育发生13.56MHz无线电频率的集成电路,带有编码器,解码器,天线,对照器,还有传输能量到标签,并读取反向散掷中的调制信息的硬件。读取器持续孕育发生射频旌旗灯号,并察看收到的射频旌旗灯号,读取此中的信息。

支持NFC的设备可以在主动或被动模式下互换数据。在被动模式下,启动NFC通信的设备,也称为NFC提议设备(主设备),在全部通信历程中供给射频场(RF-field),如图2所示。它可以选择106kbps、212kbps或424kbps此中一种传输速率,将数据发送到另一台设备。另一台设备称为NFC目标设备(从设备),不必孕育发生射频场,而应用负载调制(load modulaTIon)技巧,即可以相同的速率将数据传回提议设备。

该标准规定了一个13.56MHz的事情频率,这是一个免许可国际通用频带,是美国ISM带15/18频带之一。数据传输速度为106、212或424kbps,取决于通讯范围,在20cm或大年夜约8英寸时传输速度最大年夜,实际通讯范围只有几英寸或不大年夜于10cm,该标准规定了多种事情模式。

在主动模式下,通讯双方收发器加电后,任何一方可以采纳“发送前侦听”协议来提议一个半双工发送。在一个以上NFC设备试图造访一个涉猎器时这个功能可以防止冲突,此中一个设备是提议者,而其它设备则是目标。

在被动模式下,像RFID标签一样,目标是一个被动设备。标签从提议者传输的磁场得到事情能量,然后经由过程调制磁场将数据传送给提议者(后扫描调制,AM的一种)。

在应用上由于NFC的应用平日会碰到应用尖峰时期,会了避免不合的提议端或目标端同时沟通造成数据链路差错,以是NFC采纳了一种机制listen before talk。此机制会让当提议端设备要发出扣问旌旗灯号前,先侦测外界磁场强度来判断是否有其它的设备正在沟通中,这种机制的实现称为RF Collision Avoidance (RFCA),其动作行径是在每次提议端发出扣问旌旗灯号时会侦测外界磁场,当磁场强度跨越门坎强度时(Hthreshold=0.1875A/m)则会竣事扣问,直至外界强度降至门坎值以下。若是低于临界值才会开始发出扣问指令,侦测的光阴为TIDT+nTRFW,n为0~3的机率取样:TRFW=512/fc(RF waiTIng TIme),TIDT》4096/fc(initial delay time)。当提议设备在TIDT+nTRFW内没有侦测到跨越门坎强度的磁场,则会先发射TIRFG的未调变RF field之后再发出扣问旌旗灯号,此中TIRFG必须大年夜于5ms。

因为NFC 106kbps为100% ASK调变,以是对全部High/Low旌旗灯号的封包布局都有相称具体的定义。此中几个参数包括从100%下降到5% Am光阴(t1)、5% Am持续光阴(t2)、Am由5%上升至60%光阴(t4)即overshoot 的范围。而212/424kbps则是8%~30%的调变率。

RF测试

RF测试kit

1. Calibration coil:coil的功能在于验证测试历程中,待测物所发射出的旌旗灯号是否为精确的强度与调变。此Coil为一简单的天线架构,当然EMCA也具体的规定了所有的尺寸,由此coil所测出的值为0.32V (RMS)=1A/m(磁场强度)。

2. Field Generating Antenna:kit用于磁场的发射,图中还包孕了一组天线匹配线路。

3. Sense coil:sense coil用于量测待测物的磁场强度与调变。

4. Reference device:reference device用于测试DUT的标准件。

RF测试法度榜样

1. 提议设备power测试:

此测项在测试由提议设备所提供的磁场强度是否提供目标物足够的事情电源。

将旌旗灯号由generating antenna调剂发射,于右真个calibration coil量测到的强度为Hmax(7.5A/m),此时再将reference device共同power测试线路调剂C2使线路共振点位于19MHz(此部份在规范中并无胪陈为何调剂至19MHz,在此推论若19MHz可达到3V输出则当目标物为13.56MHz时其电压必然会超高3V,此因该为取其下限值),放置于DUT位置,调剂线路R2使的由C3所获得之电压值为3V。此时Reference device已经完成,之后再将此卡用来量测提议设备,将此卡放至于提议设备所标注之超作范围,在此超作范围内随意率性位置所量测到的电压值(C3)皆弗成跨越3V。至于Hmin测试则与max大年夜致相同,不合处为将reference device共振频率调至13.56MHz及所量测知电压值皆须跨越3V。

2. 目标物的load modulation 测试:

(1)被动模式

● 106kbps:此测试为验证目标物可精确调变出波形,先将calibration coil放置于下侧外缘,确定generating antenna所发射之波形与强度精确无误,此时再将待测目标物放置于上侧外缘,编辑一个ECMA340 所定义之SENS_REQ波型由generating antenna发射并在待测目标物会回送一个SENS_RES旌旗灯号,如斯即可透过二个sense coil量测到旌旗灯号,此量测架构因考量回传之负载调变旌旗灯号微弱,以是使用两个sense coil之间电压差做谋略,因为兼容系问题,以是在106kbps延续MiFARE应用副载波(subcarrier)的调变作被动目标物的回传旌旗灯号,以是量测点应于fc+fs与fc-fs(fc=13.56MHz,fs=fc/16)。

● 212/424kbps:高速的调变旌旗灯号量测要领则与106kbps十分相似,只是将量测撷取位置改为fc,由于此两种传输速率下并无应用副载波调变

(2)主动模式

主动模式的测试与被动模式上并无太大年夜的差异,因为是主动模式以是加测了目标物的RF field发射的光阴,指令下达的光阴……等。

3. 提议设备的load modulation 测试:此测试在于验证提议设备的调变机制,可分为主动模式发射与被动模式接管两种。

(1) 主动模式发射:将calibration coil放置于提议设备所定义的随意率性位置,而所量测的波型皆需相符ECMA340所定的规范。

(2) 被动模式接管:此为测试提议设备可以精确的接管被动目标物所回传的旌旗灯号。使用图7-2的load modulation 测试线路所做成的reference device,先将对应C3电压与间隔的关系以图8的架构校恰恰,之后即可将此卡与提议设备的待测物做量测,测试由reference device所发出的调变旌旗灯号于待测物真个接管环境。在此只能对部分的测试项目做评论争论而具体的测试请参考ECMA。

责任编辑:ct

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