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1、第5章 非接触式IC卡国际标准,接近式 PICC 接近式耦合装置PCD (proximity coupling device ),第5章 非接触式IC卡国际标准,5.1 非接触式IC的概述 5.2 PICC的物理特性 （14443-1） 5.3 射频能量与信息接口（14443-2） 5.4 初始化与防冲突 （14443-3） 5.5 选择应答和传输协议 （14443-4）,非接触式IC卡的分类（读写器发射距离）：,CICC卡（Close-Couple ICC） PICC卡（Proximity ICC) VICC卡（Vicinity ICC）,5.1 非接触式IC的概述,IC卡如何获得能量？ I
2、C卡与读写器间如何交换信息？ 多卡同时处于读写器发射能量区域时如何防止操作冲突？,非接触式IC卡面临的问题,非接触式PICC卡的国际标准： ISO/IEC 14443-1/2/3/4,5.2 PICC的物理特性 （14443-1）,物理特性与尺寸应符合ISO/IEC7810。,还提出电磁场、射线、工作温度、机械形变等技术要求。,5.3 射频能量与信息接口 （14443-2）,5.3.1 操作顺序,PCD的RF射频场激活PICC； PICC等待PCD的命令； PCD发出命令； PICC发出应答。,5.3.2 能量传送,读写器PCD产生耦合到PICC的RF电磁场，用来传送能量和通信（经过调制和解调
3、）。,PICC获得能量后，将其转换成直流电压。,RF场的频率： fc=13.56 MHz 7kHz,RF场的磁场强度：H=1.5A/m7.5A/m,在制造商指定的工作范围内读写器PCD产生的磁场强度至少为1.5A/m，且不能超过7.5A/m。,5.3.3 信号接口,Type A ； Type B ；,PCD PICC ； PICCPCD；,类型,传输方向,1. 从PCD PICC的信号（Type A）,（1）传输率,载波频率fc： 13.56MHz；,数据传输率：13.56MHZ/128=106Kbit/s；,调制深度 ASK（amplitude shift keying）： 100%；,以间
4、隙Pause传送数据,（2）调制,（3）数位的表示和编码,表示方式,时序X 时序Y 时序Z,信息的编码,逻辑“1”：时序X 逻辑“0”：时序Y,1个位期间 128/ fc 逻辑1与逻辑0的表示方式 时序X、 时序Y、 时序Z 位编码 （Manchester编码定义） 时序D、 时序F、 时序E,（3）数位的表示和编码,表示方式,时序X 时序Y 时序Z,2. 从PICC PCD 的信号（Type A）,（1）传输率,在初始化和防冲突期间：,数据传输率：13.56MHZ/128=106Kbit/s；,（2）负载调制,PICC通过电感耦合区与PCD进行通信。,在PICC中，利用PCD发射的载波生成副
5、载波（频率为fs），副载波在卡中用开通/断开负载的方法实现的。,调制深度 ASK（amplitude shift keying）： 50%；,以间隙Pause传送数据,（3）数位的表示和编码,表示方式,时序D 时序E 时序F,信息的编码,逻辑“1”：时序D 逻辑“0”：时序E 通信开始：时序D 通信结束：时序F 无信息： 无副载波,信息的编码采用曼彻斯特编码。,5.4 初始化与防冲突 （14443-3）,ISO/IEC 14443 包括： PICC进入PCD场的转换过程，即登记； 在PCD与PICC之间进行通信的初始化阶段用的字节格式、帧和时序； 初始化REQ和ATQ（命令和应答）的内容； 多
6、张卡中检出1张卡并与之通信的方法； PCD与PICC进行初始化通信的其他参数； 加速从多卡中选出1张卡的可选方法。,PICC应遵守的最大登记复位（Polling Reset）时间在表5.2中规定。,5.4.1 登记 polling,为检出进入PCD能量场的PICC，PCD重复发出请求命令REQA/REQB，并查寻应答ATQA/ATQB，这一过程称为“polling”。,5.4.2 Type A 初始化和防冲突,1. 位、字节和帧格式,（1）同步应答时序,PCD发送的最后一个间隙Pause结束和PICC发送的起始位的第一个调制边之间的时间应遵守规定，如图5.5。,该时序的应用范围：,REQA命令
7、应答； Wake-up命令应答； Anticollision 命令应答； Select 命令应答。,（2）请求（REQA）保护时间,相邻两个REQA命令的起始位之间的最小时间，其值：7000/fc。,（3）帧保护时间FGT,相反方向传送的两帧，其最后一位的上升边与下一帧起始位下降边间的最小时间。,（4）帧格式（用于比特冲突检测协议）,REQA帧和WAKE-UP帧 用于初始化通信，包含：,通信起始位S； 7位数据，低位先发送； 通信结束位E； 无奇偶校验位。,标准帧 用于数据交换，其组成：,通信起始位S； n（8个数据位奇校验位），其中n1； 通信结束位E。,（5）面向比特的防冲突帧,当至少有两
8、个PICC发出不同的比特样本（位串）到PCD时，就能检测到冲突。,第一部分（从PCD到PICC） 第二部分（从PICC到PCD）,面向比特防冲突帧的组成,满足以下规则：,规则1 ：数据位的总数为56位。 规则2 ：第1部分的最小长度是16个数据位。 规则3 ：第1部分的最大长度是55个数据位。,面向比特冲突检测协议的标准帧由7个数据字节组成，被分成两部分：,比特防冲突帧的位组织和传送,数据位的两部分可在任意位置分开，分两种情况：,情况1：完整字节，在一个完整的数据字节之后分开，在第1部分的最后一个数据位之后有一个校验位。 情况2：分开的字节，在一个数据字节内分开，在第1部分的最后一个数据位之后
9、不加校验位。,SEL,NVB,UID0,UID1,标准帧，在第4个完整数据字节后分开,防冲突帧，第1部分：PCD到PICC,发送的第2位,发送的第1位,防冲突帧，第2部分：PICC到PCD,情况1：完整字节比特防冲突帧,SEL,NVB,UID0,UID1,标准帧，在第2个数据字节第5个数据位分开,防冲突帧，第1部分：PCD到PICC,发送的第2位,发送的第1位,防冲突帧，第2部分：PICC到PCD,情况2：分开字节比特防冲突帧,2. PICC 状态,（1）POWER OFF,PICC由于缺少载波能量而处于断电状态，也不发射副载波。,（2）IDLE （休闲）状态,电磁场激活后延迟toRA时间，P
10、ICC进入IDLE状态。,Q：何谓休眠状态？,A： 此时PICC加电， 同时对已被调制的信号解调， 并认识来自PCD的REQA和WAKE-UP命令。,（3）READY （就绪）状态,当收到一个有效的REQA或WAKE-UP命令，就进入READY状态。 当PICC的UID（唯一标识符）被PCD发来的Selection命令选中时，就退出本状态。,（4）ACTIVE（激活）状态,当PICC的UID被PCD选中时就进入本状态。 在激活状态，完成本次应用的全部操作。,（5）HALT（停止）状态,PICC状态图（图5.9）,REQA命令,防冲突循环,Select 命令,HALT 命令,应 用,Wake-u
11、p 命令,3. 命令集,PCD 管理进入能量场的多张卡的命令,REQA WAKE-UP ANTICOLLISION SELECT HALT,（1）REQA命令和WAKE-UP命令,这两条命令都是使卡进入Ready状态，差别是REQA命令从IDLE进入Ready状态，而Wake-up从Halt进入Ready状态。,PICC接收到REQA命令或WAKE-UP命令后，在PCD能量场范围内的所有PICC同步发出ATQA应答，长度为2字节。,“26”REAQ,0100110,1010010,“52”Wake-up,获得REQA的 PICC发出ATQA，从IDLE进入READY； 获得WAKE-UP的 P
12、ICC发出ATQA，从HALT进入READY。,* REQA 与 WAKE-UP的区别,ATQA编码表：表5.4。其中： UID（唯一标识符）。 UID（Unity Identification）,表5.4 ATQA的编码,UID大小是可变的，由b8b7决定。,b8b7=00，UID=1； b8b7=01，UID=2； b8b7=10，UID=3；,PCD接收ATQA应答，PICC进入READY状态，执行防冲突循环操作。,用于防冲突循环，组成如下：,（2）ANTICOLLISION命令与SELECT命令,选择代码SEL（1字节） 有效位数量NVB（1字节） 由NVB指定的UID CLn（040
13、位）,命令格式：,校验位仅当UID的数据位为4字节时才有。,PCD发出防冲突命令的目的是想从PICC得到卡的UID CLn的一部分或全部，从而选出一张卡。,表5.5 UID的大小,表5.6 UID的结构,见教材 P 124,表5.7 SEL的编码,SEL的编码表见教材P 125。,其中高4位代表字节数，低4位表示位数。SEL和NVB字节也包括在字节数内。因此，最小字节数为2；最大字节数为7，此时NVB后面有40个数据为（表示UID CLn），表明是Select命令。,（3）HALD 命令,HALD 命令由4个字节组成：,4. 初始化和防冲突时序,PCD的初始化和防冲突流程（图5.10）,以应答
14、确认SAK为目标，SAK是由PICC发给PCD的，是对选择命令的回答。 SAK表示对被检出的卡的所有UID位已经核实。,发送REQA,接收ATQA,选择UID CL1,完成比特帧防冲突,专用帧和协议,CL+1,定义在ISO/IEC 144434中命令,专用防冲突,比特帧防冲突,UID完整,UID不完整,PCD初始化和防冲突,SAK是一个标准帧，结构如下：,1字节,2字节,SAK的编码：,PCD防冲突循环流程（图5. 11） 以从冲突的PICC中找出与40位UID CLn匹配的卡为目标。 见教材 P 127.,要求：课堂看书，基本掌握流程。 请见例题：,例题1：假设在PCD场中有2张PICC卡，
15、 试说明初始化和防冲突过程。,已知： PICC1的UID 大小：1，UID0=“10” PICC2的UID 大小：2,约定：,PCD to PICC,PICC to PCD,（ ）b,发送的第1位（最低位）,比特帧防冲突选择时序如图所示，操作分三阶段：,（1）Request（PCD发送请求命令）,ATQA,PICC #1,b1（10000000 00000000）b16,卡1采用比特防冲突，b8b7=00, UID1,ATQA,PICC #2,b1（10000010 00000000）b16,卡2采用比特防冲突，b8b7=01, UID2,26,所有卡PICC应答ATQA,（2）Anticol
16、lision loop, cascade level 1（防冲突循环CL1）,PICC #1,b1（00001000 ）b8,UID1,PICC #2,b1（00010001 ）b8, UID2,93,20,表5.6,First collision at bitpoint 4,93,24,b1（0001 ）b4,（0001 ）,PICC #2, coll4,SEL命令,93,70,b1（00010001 ）b8,b1（ 1 ）b8 b3=1, UID不完整,只有卡2响应，故不冲突,PCD发防冲突命令,（3）Anticollision loop, cascade level 2（防冲突循环CL2）,95,20,PICC #2,SEL命令,b1（ 0
