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1、ISO/IEC14443-4协议学习总结,1,主讲内容非接触式IC的工作原理信号能量及信号接口初始化和抗冲突特性数据传输协议,2,非接触式IC的工作原理主讲内容,工作原理简介IC卡技术指标及物理特性,3,非接触式IC的工作原理,交变的磁场 RF,频率为13.56MLC谐振回路，共振，产生电荷，累积到2V以上，作为内部工作电压PICC内的数据发射出去或接受读写器的数据PCD对接收到的信号进行解调、解码后送至后台计算机,4,非接触式IC卡技术指标,5,主讲内容非接触式IC的工作原理信号能量及信号接口初始化和抗冲突特性数据传输协议,6,信号能量及信号接口主讲内容,信号能量RFID常用编码、调制与解调
2、技术PICC及PCD内部运作的过程,7,信号能量,耦合IC卡的能量是通过发送频率为13.56MHz的阅读器的交变磁场来提供。阅读器产生的磁场必须在1.5A/m-7.5A/m之间。两种阅读器和近耦合IC卡之间的数据传输方式:A型和B型。一张IC卡只需选择两种方法之一。符合标准的阅读器必须同时支持这两种传输方式,以便支持所有的IC卡。阅读器在闲置的状态时能在两种通信方法之间周期的转换。,8,RFID常用编码,反向不归零(NRZ)编码、曼彻斯特(Manchester)编码、米勒(Miller)编码、改进Miller编码等。,9,RFID常用调制与解调技术,ASK调制波形（幅移键控）,ASK解调波形,
3、10,BPSK调制与解调（双相移键控）,11,PICC及PCD内部编解码与调制解调过程,PCD-PICC,PCD-PICC（Type A）,12,PICC及PCD内部编解码与调制解调过程,PCD-PICC,PCD-PICC（Type B）,13,信号接口小结,14,主讲内容非接触式IC的工作原理信号能量及信号接口初始化和抗冲突特性数据传输协议,15,初始化和抗冲突特性,这一部分规定了邻近卡（PICCs）进入邻近耦合设备（PCDs)时的轮寻。通信初始化阶段的字符格式、帧结构、时序信息、REQ和ATQ命令内容。从多卡中选取其中的一张的方法,即如何抗冲突的。初始化阶段的其它必须的参数。,以type
4、a为代表,介绍PICC的几种状态以type a为代表，引入一个抗冲突的实例，说明相关流程。分type a和 type b两类，总体介绍抗冲突流程。,主讲内容:,协议内容:,16,以A类为代表的PICC状态图,REQA命令,防冲突循环,Select 命令,HALT 命令,应 用,Wake-up 命令,17,TYPE A防碰撞环流程,18,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 00
5、000000）b16,卡2采用比特防冲突,b8b7=01,UID2,26,所有卡PICC应答ATQA,例:假设在PCD场中有2张PICC卡,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）,REQA,19,（2）Anticollision loop,cascade level 1（防冲突循环CL1）,PICC#1,b1（00001000）b8（此处为UID0编码:10H）UID0:b8-b1即10H,UID1,PICC#2,b1（00010001）b
6、8（此处为CT编码:88H）,UID2,93,20,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,冲突发生之前被接收到的UID CLn的一部分再加上(0)b或(1)b,从b1开始,到b4，前面b1b2b3都是0,b4出现冲突，即第一次出现冲突的位置为4.,其中000是接收到的UID CLn发生碰撞之前的部分,后面有PCD决定再加一位1，变成0001.,只有卡2响应,是因为根据
7、步骤，只有PICC2发送的UID CLn中前4位为0001，和前面红色的0001相同.,20,（3）Anticollision loop,cascade level 2（防冲突循环CL2）,95,20,PICC#2,SEL命令,b1（0）b8 b3=0,UID 完整,95,70,现在已完整,从UID0UID7,“7”最大字节数,卡应答SAK,指出UID完整，从Ready状态转换到Active状态,21,REQA和WAKE-UP帧:请求和唤醒帧用来初始化通信,通信开始7个数据位发送,LSB首先发送。（标准REQA的数据内容是26，WAKE-UP请求的数据内容是52）通信结束,ATQA:在PCD发
8、送请求命令（REQA）之后,所有PICC以其在两个数据字节中编码了可用防冲突类型的请求应答（ATQA）表示同步地进行响应,规则1:位b7和b8编码了UID长度（单个、两个或三个）规则2：b1、b2、b3、b4或b5中的一个应置为(1)b以指出比特帧防冲突。,22,SELECT 和ANTICOLLISION命令:用于防冲突循环,组成如下：,选择代码SEL（1字节）有效位数量NVB（1字节）:规定了PCD所发送的CLn的有效位的数目由NVB指定的UID CLn（040位）,校验位仅当UID的数据位为4字节时（完整）才有。,CT为级联标志,编码为88HBBC是检验字节，以上4个字节的异或。,23,较
9、高4位称为字节计数,较低4位称为比特计数，,NVB的编码（有效比特的数）,SAK的编码,如果UID不完整,PICC应保持READY状态并且PCD应以递增的串联级别来初始化新的防冲突环。如果UID完整，PICC应发送带有清空的串联比特的SAK并从READY状态转换到ACTIVE状态。当提供了附加信息时，PICC应设置SAK的第6位b6。,24,TYPEB防碰撞环流程,TYPE B防碰撞环流程,25,26,27,初始化和抗冲突小结,不同的防碰撞算法,对碰撞检测的要求会有不同，如TYPE A 防碰撞是必须辨别碰撞在哪一位发生的，而对于TPYE B的时隙 ALOHA算法，可以不必追究哪一位发生了碰撞，
10、只要判别在该时隙里是否发生碰撞即可。无论什么协议都需要判断是否发生了碰撞才能进行下一步的操作，因此碰撞检测 是实现防碰撞算法和协议不可少的重要环节。,28,主讲内容非接触式IC的工作原理信号能量及信号接口初始化和抗冲突特性数据传输协议,29,数据传输协议,PICC的激活过程和解除激活的流程。在流程图上分别介绍RATS、ATS、PPS(协议和参数选择)等命令结构和编码。介绍数据传输过程中的分组（块）结构编码及操作。介绍一个分组链传输的例子。,主讲内容:,30,TYPE A,31,RATRS(请求ATS)命令:,第一字节:命令开始,编码为E0H。第二字节：高4位为FSDI，用于编码 PCD可接收的
11、FSD(最大帧长).低4位为CID(卡标识符),PICC寻址的逻辑号编码 值为0-14，15为备用。第三、四字节：校验码。,参数字节 编码FSDI和CID,开始的字节,FSD到FSDI的转换表,32,ATS(answer to select)命令:,长度字节TL:给出ATS响应的长度,包括TL字节，但不包含两个CRC字节，且ATS不能超出FSD的大小，因此TL的最大值应不超过 FSD-2。,FSCI若该位置为1,TA(1)被传输若该位置为1,TB(1)被传输若该位置为1,TC(1)被传输应置为0,1为RFU,格式字节T0:可选,只要出现，长度字节TL就会1。FSCI用于编码FSC，即PICC可
12、接收的最大帧长，缺省值为2，即32字节。FSC的编码等于FSD（之前）的编码。,33,ATS(answer to select)命令:,接口字节TA(1):决定参数因子D、编码 DS(发送因子)和DR（接收因子）。,最高有效位b8编码了为每个方向处理不同除数的可能性。当该位被置为1时,PICC不能为每个方向处理不同除数。位b7到b5为PICC到PCD方向编码了PICC的位速率能力，称为DS。其缺省值应为(000)b。位b4被置为(0)b，其他值为RFU。位b3到b1为PCD到PICC方向编码了PICC的位速率能力，称为DR。其缺省值应为(000)b。,34,ATS(answer to sele
13、ct)命令:,SFGT=（25616/fc）2SFGI,FWT=（25616/fc）2FWI,其中:因FWI、SFGI的范围为0-14,所以 302us=FWT、SFGT=4949ms,FWT默认为4.8ms,SFGT为302us。,FWT:PICC在PCD帧结束后,开始其响应帧的最大时间（可扩展）SFGT：在发送了ATS之后，准备接收下一个帧之前，PICC所需的特定保护时间。,接口字节TB(1):编码FWT(帧等待时间)和SFGT(启动帧保护时间)。,35,ATS(answer to select)命令:,接口字节TC(1):编码协议选项。,历史字节:是可选项,包含了通用信息。ATS的最大长
14、度（TL）给出了历史字节的最大可能数目。,CID为卡标识符 NAD为结点地址,b2b1位:定义了在PICC支持的开端字段中的可选字段。允许PCD跳过已被指出被PICC支持的字段,但PICC不支持的字段应不被PCD传输。,36,PPS(协议和参数选择)命令:,起始字节(PPSS)。高4位编码为(1101)b,其他值时RFU，低4位定义CID，即对PISS寻址的逻辑号。,PPS0 用于表明可选字节PPS1是否出现。该字节b8b7b6设置为(000)b,b4b3b2b1设置为(0001)b，b5=1时表示后面出现了PPS1字节。,37,PPS(协议和参数选择)命令:,PPS1 b8b7b6b5为(0
15、000)b,b4b3为DSI(发送因子的值),b2b1为DRI(接收因子的值)。其中DSI和DRI的两位编码00,01,10,11时，对应的D（参数因子）值为1,2,4,8。,PPS响应:它为PICC接收PPS请求后的应答,由3个字节组成，第一字节为PPSS(同上)，后两字节为CRC字节,38,TYPEB防碰撞环流程,TYPE B,39,半双工块传输协议,协议按ISO参考模型,定义了四层:物理层、数据链路层、会话层和应用层，其中物理层交换字节，数据链路层定义用于交换的分组（块），会话层结合数据链路层以实现系统的最小开销，应用层处理命令。,40,一个数据块分为三个域,即报告头域（强制），信息域（
16、可选）和结束域（强制）。,块格式,报告头域:分为控制字节（强制）,CID（可选），NAD（可选）。其中控制字节表明3种不同块格式，即I块，R块，S块：I块为数据传输块，包含数据域;R块为应答块，分为正确接收应答和错误接收应答，不带数据域；S块分为两种，一种为等待延迟请求，带一个byte数据域，另一种是DES命令，不带数据域信息域：是可选的。如有INF，则在信息分组(I-block)中为应用数据，在管理分组(S-block)中是状态信息而不是应用数据结束域：结束域中包括2bytesCRC值。,41,PCB域(控制字节):,I-块:为应用层提供使用的信息。,用于传送控制数据传输所需要的信息。定义了
17、三种分组的基本类型,R-块:用于传送确认(ACK)或不确认信息(NAK)。R-块不包含INF域。,CID,NAD,42,S-块:用于在PCD和PICC间交换控制信息的。有两类管理分组：帧等待时间扩展(WTX)或DESELECT命令,PCB域(控制字节):,用于传送控制数据传输所需要的信息。定义了三种分组的基本类型,43,最高有效位b8b7用于从PICC到PCD的功率水平指示。对于PCD到PICC的通信,这两位应被置为0。功率水平见下表位b6和b5用于传送附加信息，它没有被定义并应置为(00)b，所有其他值为RFU。位b4到b1编码CID。一个PICC若不支持CID，则它可忽略分组中所含的CID
18、值。如果，则应对在CID域中使用其CID的分组进行应答，对CID域不是其CID的分组不以应答,CID域:,用于识别特定的PICC,它由三部分组成:,功率水平指示的编码,44,NAD域应仅用于I-块。当PCD使用NAD时,PICC也应使用NAD。在链接期间，NAD仅在链的第一个块内传输。PCD应不使用NAD编址不同的PICC(CID应被用于编址不同的PICC）若PICC不支持NAD,则它忽略任何一个含有NAD域的分组。,NAD域:,用于PCD和PICC间建立和编址不同的逻辑连接:,b8和b4置0;b7b6b5为目标结点地址;b3b2b1为源结点地址。,源结点地址置为0目标结点地址置为0,结构:,
19、用途:,45,位b6到b1编码WTXM（临时的）。WTXM在1到59范围内编码。0和60到63为RFU。位b8,b7编码功率水平指示（已介绍过了）。,帧等待时间扩展(WTX):当PICC需要比定义的FWT更多的时间用于处理接收到的块时,应使用S-block的(WTX)分组来请求等待时间扩展。WTX分组请求含有1字节的信息域。,WTX分组信息域的结构:,FWT的响应的临时值的公式计算:FWTTEMP=FWTWTXMPICC需要的时间FWTTEMP,在PCD发送了S(WTX)响应之后开始，在PCD接收到下一个分组后失效。且当公式得出的结果大于FWTMAX(4949ms)时，应该使用FWTMAX。,
20、46,协议操作,多PICC激活:用使PCD可以同理处理多个处于Active的PICC,而无须为解除激活和激活新PICC而多花时间。,PICC在激活后,等待PCD发送的正确分组。PCD发送一个分级组后,转入接收工作模式;PICC发送对接收分组响应的分组，然后转回接收模式。PCD在处理完一对命令/响应事务或FWT超时仍无响应时，才能启动新的命令/响应。,链接(分组链):链接过程允许PCD或PICC通过把信息划分成若干块来传输。每一块的长度应分别小于或等于FSC或FSD。块的链接通过链接I-块中PCB的位(M)来控制。每一个带链接位集的I-块应被R-块确认。,47,解除激活,停活帧等待时间:PICC
21、接收到来自PCD的S(DESELECT)请求帧的末端后开始发送其S(DESELECT)响应的最短时间,其值为65536/fc（4833s）。,PCD和PICC间的交易完成之后,PICC应被置为HALT状态。PICC的停活通过使用DESELECT命令来完成。DESELECT命令象协议的S-块那样编码，并由PCD发送的S(DESELECT)请求块和PICC作为确认发送的S(DESELECT)响应组成。,差错检测和恢复:当PCD发送了S(DESELECT)请求并接收到了S(DESELECT)响应,则PICC已被成功地置为了HALT状态并且分配给它的CID也被释放。当PCD没有接收到S(DESELECT)响应，则PCD可以重新进行停活序列,48,总结,主要内容回顾:,非接触式IC的工作原理信号能量及信号接口初始化和抗冲突特性数据传输协议,49,ISO/IEC14443-4协议学习总结,Thank You!,50,
