第2章-RFID协议体系课件.ppt

第2章 RFID协议体系 1 1第2章 RFID协议体系 2.1 ISO/IEC 14443标准 2.2 ISO/IEC 18000-6标准 第2章 RFID协议体系 2 22.1 ISO/IEC 14443标准标准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)本书配套的高频RFID阅读器，即是符合ISO/IEC 14443 TYPEA协议的PCD设备第2章 RFID协议体系 3 32.1.1 ISO/IEC 14443-1ISO/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：PICC的机械性能PICC尺寸应满足ISO 7810中的规范，即85.72 mm54.03 mm0.76 mm对PICC进行弯曲和扭曲实验及紫外线、X射线和电磁射线的辐射实验的附加说明。

第2章 RFID协议体系 4 42.1.2 ISO/IEC 14443-2ISO/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13.56 MHz，阅读器产生的磁场强度为1.5 A/mH7.5 A/m(有效值)若PICC的动作场强为1.5 A/m，那么PICC在距离PCD为10 cm时能正常不间断地工作第2章 RFID协议体系 5 52.信号接口信号接口 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，通常需加密相对而言，TYPE A型应用更加广泛和简单因此，本书仅详细介绍TYPE A型协议的相关内容，而对TYPE B型只作简要介绍PICC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第2章 RFID协议体系 6 61)TYPE A型 PCD向PICC通信：载波频率为13.56 MHz，数据传输速率为106 kb/s，采用修正密勒码的100%ASK调制。

为保证对PICC的不间断能量供给，载波间隙的时间约为23 sPICC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847 kHz第2章 RFID协议体系 7 72)TYPE B型 PCD向PICC通信：数据传输速率为106 kb/s，用数据的NRZ码对载波进行ASK调制，调制幅度为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106 kb/s，用数据的NRZ码对副载波(847 kHz)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第2章 RFID协议体系 8 82.1.3 ISO/IEC 14443-3ISO/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.帧结构帧结构TYPE A的帧有三种类型：短帧、标准帧和面向比特的防碰撞帧第2章 RFID协议体系 9 91)短帧短帧的结构由起始位S、7位数据位b1b7和通信结束位E构成，其帧结构如图2-1所示。

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所示第2章 RFID协议体系 10 10 图2-1 短帧 第2章 RFID协议体系 11 11图2-2 标准帧 第2章 RFID协议体系 12 123)面向比特的防碰撞帧该帧仅用于防碰撞循环，它是由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，并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；对于分裂的字节，PCD对第二部分的第一个校验位不予检查第2章 RFID协议体系 13 132.PICC的状态的状态在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2.D.1，即用流程图描述TYPE A型PICC的状态及转换，如图2-3所示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，能对已调制信号进行解调，并可识别来自PCD的REQA命令第2章 RFID协议体系 14 14图2-3 PICC状态转换 第2章 RFID协议体系 15 15 Ready(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状态第2章 RFID协议体系 16 163.防碰撞流程防碰撞流程在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2.D.2，即用流程图描述PCD初始化和防碰撞流程，如图2-4所示防碰撞步骤如下(注意，在图2-4中仅给出了步骤(1)(13)：(1)PCD选定防碰撞命令SEL的代码为93H、95H或97H，分别对应于UID CL1、UID CL2或UID CL3，即确定UID CLn的n值。

第2章 RFID协议体系 17 17图2-4 PCD初始化和防碰撞流程 第2章 RFID协议体系 18 18(2)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3)PCD发送SEL和NVB4)所有在场的PICC发回完整的UID CLn作为应答5)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)6)PCD应认出发生第一个碰撞的位置7)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第2章 RFID协议体系 19 19(8)PCD发送SEL、NVB和UID CLn9)只有PICC的UID CLn部分与PCD发送的有效数据位内容相等时，才发送出UID CLn的其余位10)如果还有碰撞发生，则重复步骤(6)(9)，最大循环次数为3211)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 CLn12)PCD发送SEL和NVB，接着发送40位UID CLn，后面是CRC-A校验码。

13)与40位UID CLn匹配的PICC以SAK作为应答第2章 RFID协议体系 2020(14)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15)如果PCD检查到Cascade位为1的SAK，则将CLn的n值加1，并再次进入防碰撞循环第2章 RFID协议体系 21 214.命令集命令集在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：(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52H2)ATQA应答PCD发出REQA命令后，处于休闲(Idle)状态的PICC都应同步地以ATQA应答PCD，PCD检测是否有碰撞ATQA的编码结构如表2-1所示第2章 RFID协议体系 2222表表2-1 ATQA结构结构 第2章 RFID协议体系 2323(3)ANTICOLLISION和SELECT命令PCD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。

第2章 RFID协议体系 2424表表2-2 ANTICOLLISION和和SELECT命令格式命令格式 第2章 RFID协议体系 2525SEL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=70H)，则应添加CRC-A(2字节)该命令为SELECT命令，是标准帧若NVB指定其后有效位小于40，则为ANTICOLLISION命令ANTICOLLISION命令是比特防碰撞帧UID CLn为UID的一部分，n为1、2、3ATQA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第2章 RFID协议体系 2626表表2-3 UID CLn结构结构 第2章 RFID协议体系 2727UID可以是一个固定的唯一序列号，也可以是由PICC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。

第2章 RFID协议体系 2828表表2-4 UID CL1编码编码 表表2-5 UID CL2编码编码 第2章 RFID协议体系 2929表表2-6 SAK结构结构 第2章 RFID协议体系 3030b3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的其他位为RFU，置05)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字节的标准帧第2章 RFID协议体系 31 312.1.4 ISO/IEC 14443-4 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2.D.3，即用流程图描述TYPE A型PICC激活的协议操作过程，如图2-5所示当系统完成了ISO/IEC 14443-3中定义的请求、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A。