《RFID协议体系》PPT课件.ppt
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1、第2章 RFID协议体系,目录,2.1 ISO/IEC 14443标准 2.2 ISO/IEC 18000-6标准,本章目标,理解ISO/IEC 14443中不同部分的意义掌握ISO/IEC 14443 TYPE A的防碰撞流程掌握ISO/IEC 14443 TYPE A的传输协议掌握EPC C1 G2与ISO/IEC 18000-6标准关系理解ISO/IEC 18000-6标准接口参数掌握ISO/IEC 18000-6标准中标签的存储器结构,学习导航,任务描述,【描述】2.D.1用流程图描述TYPE A型PICC的状态及转换。【描述】2.D.2用流程图描述PCD初始化和防碰撞流程。【描述】2
2、.D.3用流程图描述TYPE A型PICC激活的协议操作过程。,2.1 ISO/IEC 14443标准,ISO/IEC 14443标准是近耦合非接触式IC卡的国际标准,可用于身份证和各种智能卡、存储卡。ISO/IEC 14443标准由四部分组成,即ISO/IEC 14443-1/2/3/4。在ISO/IEC 14443标准中,阅读器称为PCD(Proximity Coupling Device,近耦合设备),应答器称为PICC(Proximity IC Card,近耦合IC卡)。本书配套高频RFID阅读器,即是符合ISO/IEC 14443 TYPEA协议的PCD设备。,2.1 ISO/IEC
3、 14443标准-ISO/IEC 14443-1,ISO/IEC 14443-1部分是ISO/IEC 14443的物理特性,协议中对近耦合卡做了相关规定,具体内容如下所述:PICC的机械性能。PICC尺寸应满足ISO 7810中的规范,即85.72mm*54.03mm*0.76mm。对PICC进行弯曲和扭曲实验、紫外线、X射线和电磁射线的辐射实验的附加说明。,2.1 ISO/IEC 14443标准-ISO/IEC 14443-2,ISO/IEC 14443-2部分主要规定了ISO/IEC 14443的射频能量和信号接口。1.射频能量阅读器(PCD)产生耦合到应答器(PICC)的射频电磁场,用以
4、传送能量。PICC通过耦合获取能量,并转换成芯片工作直流电压。PCD和PICC间通过调制与解调实现通信。射频频率为13.56MHz,阅读器产生的磁场强度为1.5A/m=H=7.5A/m(有效值)。若PICC的动作场强为1.5A/m,那么PICC在距离PCD为10cm时能正常不间断的工作。,2.信号接口信号接口也称为空中接口。协议规定了两种信号接口:TYPE A和TYPE B。我国第二代身份证就是采用TYPE B型的应答器,但是TYPE B更多应用在特殊场合,通常有加密。相比较而言,TYPE A型应用更加广泛和简单。因而,本教材仅详细介绍TYPE A型协议相关内容,TYPE B型作简要介绍。PI
5、CC仅需采用两者之一的方式,但PCD最好对两者都能支持并可任意选择其中之一来适配PICC。,2.1 ISO/IEC 14443标准-ISO/IEC 14443-2,1)TYPE A型PCD向PICC通信:载波频率为13.56MHz,数据传输速率为106kbps,采用修正密勒码的100%ASK调制。为保证对PICC的不间断的能量供给,载波间隙的时间约为2-3us。PICC向PCD通信:以负载调制方式实现,用数据曼彻斯特码的副载波调制(ASK)信号进行负载调制。副载波频率为载波频率的16分频,即847kHz。,2.1 ISO/IEC 14443标准-ISO/IEC 14443-2,2)TYPE B
6、型PCD向PICC通信:数据传输速率为106kbps,用数据的NRZ码对载波进行ASK调制,调制度为10%(8%-14%)逻辑1时,载波高幅度(无调制)逻辑0时,载波低幅度。PICC向PCD通信:数据传输速率为106kbps,用数据的NRZ码对副载波(847kHz)进行BPSK(二进制相移键控)调制,然后再用副载波调制信号进行负载调制实现通信。,2.1 ISO/IEC 14443标准-ISO/IEC 14443-2,ISO/IEC 14443-3标准中提供了TYPE A和TYPE B两种不同的防碰撞协议。TYPE A采用位检测防碰撞协议,TYPE B通过一组命令来管理防碰撞过程,防碰撞方案为时
7、隙基础。限于实用角度和篇幅原因,本节只介绍TYPE A的防碰撞协议。1.帧结构TYPE A的帧有三种类型:短帧标准帧面向比特的防碰撞帧,2.1 ISO/IEC 14443标准-ISO/IEC 14443-3,1)短帧短帧的结构由起始位S、7位数据位和通信结束位E构成。其帧结构如图2-1所示。,2.1 ISO/IEC 14443标准-ISO/IEC 14443-3,2)标准帧标准帧由起始位S、n个数据字节以及结束位E构成,每一个数据字节后面有一个奇校验位P。其帧结构如图2-2所示。,2.1 ISO/IEC 14443标准-ISO/IEC 14443-3,3)面向比特的防碰撞帧该帧仅用于防碰撞循环
8、,它是7个数据字节组成的标准帧。在防碰撞过程中,它被分裂为两部分:第一部分从PCD发送到PICC,第二部分从PICC发送到PCD。第一部分数据的最大长度为55位,最小长度为16位,第一部分和第二部分的总长度为56位。,2.1 ISO/IEC 14443标准-ISO/IEC 14443-3,3)面向比特的防碰撞帧这两部分的分裂有两种情况:第一种情况是在完整的字节之后分开,在完整字节后加检验位。第二种情况是在字节当中分开,在第一部分分开的位后不加校验位,并且对于分裂的字节,PCD对第二部分的第一个校验位不予检查。,2.1 ISO/IEC 14443标准-ISO/IEC 14443-3,2.PICC
9、的状态在ISO/IEC 14443-3标准中PICC有不同的状态,各状态之间又会受到不同操作或者数据的影响而进行互相转换。下述内容用于实现任务描述,用流程图描述TYPE A型PICC的状态及转换,如图2-3所示。,2.1 ISO/IEC 14443标准-ISO/IEC 14443-3,2.1 ISO/IEC 14443标准-ISO/IEC 14443-3,TYPE A型PICC的状态转换说明如下:Power-off(断电)状态,任何情况下,PICC离开PCD有效作用范围即进入Power-off状态。Idle(休闲)状态,此时PICC加电,能对已调制信号解调,并可识别来自PCD的REQA命令。R
10、eady(就绪)状态,在REQA或WUPA命令作用下PICC进入Ready状态,此时进入防碰撞流程。Active(激活)状态,在SELECT命令作用下PICC进入Active状态,完成本次应用应进行的操作。Halt(停止)状态,当在Halt命令或在支持ISO/IEC 14443-4标准的通信协议时,在高层命令DESELECT作用下PICC进入此状态,在Halt状态,PICC接收到WUPA(唤醒)命令后返回Ready状态。,2.1 ISO/IEC 14443标准-ISO/IEC 14443-3,3.防碰撞流程在ISO/IEC 14443-3标准中TYPE A采用位检测防碰撞协议来检测碰撞情况,需
11、要有一系列的流程和相关命令。下述内容用于实现任务描述,用流程图描述PCD初始化和防碰撞流程,如图2-4所示。,2.1 ISO/IEC 14443标准-ISO/IEC 14443-3,2.1 ISO/IEC 14443标准-ISO/IEC 14443-3,防碰撞步骤如下所述(注意,在所示图中仅给出了步骤113):PCD选定防碰撞命令SEL的代码为93H、95H或97H,分别对应与UID CL1,UID CL2或UID CL3,即确定UID Cln的n值。PCD指定NVB=20H,表示PCD不发出UID CLN的任一部分,而迫使所有在场的PICC发回完整的UID CLn作为应答。,2.1 ISO/
12、IEC 14443标准-ISO/IEC 14443-3,PCD发送SEL和NVB。所有在场的PICC发回完整的UID CLn作为应答。如果多于一个PICC发回应答,则说明发生了碰撞;如果不发生碰撞,则可跳过步骤6-10。PCD应认出发生第一个碰撞的位置。,2.1 ISO/IEC 14443标准-ISO/IEC 14443-3,PCD指示NVB值以说明UID CLn的有效位数目,这些有效位是接收到的UID CLn发生碰撞之前的部分,后面再由PCD决定加一位0或1,一般加1。PCD发送SEL,NVB和有效数据位。只有PICC的UID CLn部分与PCD发送的有效数据位内容相等,才发送出UID CL
13、n的其余位。,2.1 ISO/IEC 14443标准-ISO/IEC 14443-3,如果还有碰撞发生,则重复步骤6-9,最大循环次数为32。如果没有在发生碰撞,则PCD指定NVB=70H,表示PCD将发送完整的UID CLn。PCD发送SEL和NVB,接着发送40位UID CLn,后面是CRC-A校验码。与40位UID CLn匹配的PICC,以SAK作为应答。,2.1 ISO/IEC 14443标准-ISO/IEC 14443-3,如果UID是完整的,则PICC将发送带有Cascade位为0的SAK,同时从Ready状态转换到Active状态。如果PCD检查到Cascade位为1的SAK,则
14、将CLn的n值加1,并再次进入防碰撞循环。,2.1 ISO/IEC 14443标准-ISO/IEC 14443-3,4.命令集在PICC的状态转换及防碰撞过程中,定义了很多相关命令和相关数据,其具体定义如下所述:1)REQA/WUPA命令这两个命令为短帧。REQA命令的编码为26H,WUPA命令的编码为52H。2)ATQA应答PCD发出REQA命令后,处于休闲(Idle)状态的PICC都应同步的以ATQA应答PCD,PCD检测是否有碰撞。ATQA的编码结构如表2-1所示。,2.1 ISO/IEC 14443标准-ISO/IEC 14443-3,3)ANTICOLLISION和SELECT命令P
15、CD接收ATQA应答,PCD和PICC进入防碰撞循环。ANTICOLLISION和SELECT命令格式如表2-2所示。,2.1 ISO/IEC 14443标准-ISO/IEC 14443-3,在NVB字节中,高4位为字节数编码,是PCD发送的字节数,包括SEL和NVB,因此字节数最小为2,最大为7,编码范围00100111。低4位表示命令的非完整字节最后一位的位数,编码00000111对应的位数为07位,位数为0表示没有非完整字节。,2.1 ISO/IEC 14443标准-ISO/IEC 14443-3,SEL和NVB的值指定了在防碰撞循环中分裂的位。若NVB指示其后有40个有效位(NVB=7
16、0H),则应添加CRC-A(2字节),该命令为SELECT命令,SELECT命令是标准帧。若NVB指定其后有效位小于40位,则为ANTICOLLISION命令。ANTICOLLISION命令是比特防碰撞帧。,2.1 ISO/IEC 14443标准-ISO/IEC 14443-3,UID CLn为UID的一部分,n为1、2、3。ATQA的b8、b7表示UID的大小,UID由4、7或10个字节组成。UID CLn域为4字节,其结构如表2-3所示。表中CT为级联标志,编码为88H。,2.1 ISO/IEC 14443标准-ISO/IEC 14443-3,UID可以是一个固定的唯一序列号,也可以是由P
17、ICC动态产生的随机数。当UID CLn为UID CL1时编码如表2-4所示。UID CLn为UID CL2或UID CL3时编码如表2-5所示。,2.1 ISO/IEC 14443标准-ISO/IEC 14443-3,4)SAK应答PCD发送SELECT命令后,与40位UID CLn匹配的PICC以SAK作为应答。SAK为1字节,它的结构和编码如表2-6所示。b3为Cascade位。b3=1表示UID不完整,还有未被确认部分;b3=0表示UID已完整。b6=1表示PICC遵守ISO/IEC 14443-4标准的传输协议。b6=0表示传输协议不遵守ISO/IEC 14443-4标准。SAK的其
18、他位为RFU,置0。5)HALT命令HALT命令为在2字节(0050H)的命令码后跟CRC-A(2字节)一共4字节的标准帧。,2.1 ISO/IEC 14443标准-ISO/IEC 14443-3,ISO/IEC 14443-4 是用于非接触环境的半双工分组传输协议,定义了PICC的激活过程和解除激活的方法。下述内容用于实现任务描述,用流程图描述TYPE A型PICC激活的协议操作过程,如图2-5所示。,2.1 ISO/IEC 14443标准-ISO/IEC 14443-4,2.1 ISO/IEC 14443标准-ISO/IEC 14443-4,当系统完成了ISO/IEC 14443-3中定义
19、的请求、防碰撞和选择并由PICC发回SAK后,PCD必须检查SAK字节,以核实PICC是否支持对ATS(Answer to Select)的使用。若SAK说明不支持ISO/IEC 14443-4协议,则PCD应发送HALT命令使PICC进入Halt状态。,2.1 ISO/IEC 14443标准-ISO/IEC 14443-4,若SAK字节说明支持ISO/IEC 14443-4协议,表明可以回应ATS,那么PCD发出RATS(请求ATS)命令,PICC接收到RATS后以ATS回应。若PICC在ATS中表明支持PPS(Protocol and Parameter Selection)并且参数可变,
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