《协议培训.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《协议培训.ppt（70页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
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？IC卡与读写器间如何交换信
2、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）。,PICC获得能量后，将其转换成直
3、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%；,以间隙Pause传送数据,（2）调制,（3）数位的表示和编码
4、,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（
5、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
6、。,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命令应答；Wake-up命令应答；Anticollision 命令应答；Select 命令应答。,（2）请求（REQA
7、）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
8、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
9、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，PICC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
10、）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-up 命令,3.命令集,PCD 管理进入能量场的多张卡的命令,REQA WAKE-UPANTICOLLISIONSELECTHALT,（1）REQA命令和WAKE
11、-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 PICC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 Ident
12、ification）,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
13、.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
14、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，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
15、）,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）Anticollision 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,Fir
16、st 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）b8 b3=0,UID 完整,95,70,现在已完整，从UID0UID7,“7”最大字节数，表5.8,卡应答SAK，指出UID完整，从Ready状态转换到Active状态,5.4.3 Typ
17、e B 的初始化和防冲突（自学）,1.位、字节和帧格式,2.帧格式,3.防冲突序列,4.命令集,5.5 选择应答和传输协议（14443-4）,本节将继续讨论Active状态和状态转换（从Active状态转换到HALT状态）。,5.5.1 激活序列,分Type A 和Type B两种情况。,1.字节格式和帧格式,遵照ISO/IEC 14443 中为PICC Type A 和Type B定义的格式。,4.PICC Type A的激活过程,2.位持续时间,用基本时间单元eut表示。1etu=128/D*fc,3.等待时间：14443-3,激活顺序,PCD检查SAK字节；如果SAK已根据UID选中了一
18、张卡PICC；PCD将发送RATS；PICC发送ATS应答RATS。,PCD检查到不支持该PICC；将置PICC于HALT状态；PCD检查到不支持该协议；将使用PPS将PICC转到另一个协议。,情况1,情况2,PICC完成一次交易之后，将被置于HALT状态。,从PCD角度观察PICC Type A的激活顺序。见图 P138。,5.PICC Type B的激活,自学,5.5.2 半双工分组传输协议 T=CL,定义了半双工传输协议的结构，该协议用于 由PCD发送的数据传输。协议采用OSI参考模型的四层：,物理层交换字节遵循14443-3；数据链路层交换分组；会话层结合数据链路层；应用层处理命令，在
19、任一方向至少交换一个分组或分组链。,1.分组格式,分组格式,开始字段信息字段结尾字段,（1）开始字段,该字段是必备的，最多由3个字节构成。,协议控制字节PCB（protocol control byte）（必备）；卡标识符CID（Card Identifier）（可选）；结点地址字段NAD（Nade Address）（可选）；,PCB 协议控制字节，包含三种基本分组类型,信息分组I-block：包含应用层所用的信息，还包含正、负的确认；接受准备分组R block：包含正负的确认，与最后接收的分组有关；管理分组S block：用于在PCD和PICC之间交换控制信息、INF字段是否存在有赖于它的控
20、制；,PCB 的编码,（1）I-block,b8b7 00（I-block）b6 0 b5 更多数据位需传送b4 后面有CID（b4=1）b3 后面有NAD（b3=1）b2 1？0b1 分组号,（2）R-block,b8b7 10（R-block）b6b5 00（无错误）、11（EDC，奇偶错）b4 后面有CID（b4=1）b3 后面有NAD（b3=1）b2 1？0b1 分组号,（3）S-block,b8b7 11（S-block）b6b5 00（HALT）、11（WTX）b4 后面有CID（b4=1）b3 后面有NAD（b3=1）b2 1？0b1 0 S（request）1 S（respon
21、se）,CID 访问指定的PICC（可选）,该PICC的标识符在卡激活时指定；CID的编码：0000b4b3b2b1，其中 b4b1 为标识符；PICC激活时固定不变；当PICC进入HALT状态时，CID失效。,NAD 结点地址（可选）,在PCD和PICC间建立逻辑连接；NAD的编码：0 b7 b6 b5 0 b3 b2 b1 其中b7 b6 b5为目标结点地址、b3 b2 b1为 源结点地址；,该字段包含发送分组的错误检测码EDC（Error Detection Code），规定使用循环冗余校验码CRC（Cyclic Redundancy check）。,（2）信息字段,信息字段是可选的。如
22、有INF，在I-block中，为应用数据；在S-block中，为状态数据；,（3）结束字段,（1）帧等待时间FWT（Frame waiting time）,2.等待时间,FWT用以检查错误或PICC无应答。,超过FWT，卡无应答，PCD收回发送权；PICC可用S-block请求扩展等待时间WTX；扩展后FWT为临时值FWTt。,FWTt FWTWTXM,其中WTXM为等待时间扩展倍增因子,（2）帧保护时间FGT,接收分组与发送分组间的最小延迟。见图5.22。,FGTtFWT,FGTt,PCD发送,PICC发送,PCD发送,5.5.3 专用接口参数,5.5.4 协议操作,参见教材 P 144,在
23、激活之后，PCD获得发送权。无论PCD或PICC在发送一分组后，将处于接收方式。当PCD或PICC接收一分组或FWT超时，将获得发送权。,I-block包含一分组号（1位），起始值对PCD为0，对PICC为1。如确认已接收到一个I-block或一个R-block，分组号将改变。PCD检查每一次接收到的I-block或R-block的号码，假如该block的号码与期望号不相等，则重发最后一个分组。PICC不必检查所接收的分组号码，在发送后面的block，指出有错的R-block带有下一个期望的分组号。,5.5.5 多卡激活,多卡激活过程（表5.10）,PCD在激活状态可同时处理几张卡，可直接在几
24、张卡之间接通而不需为解除当前已激活的卡和激活新卡多花时间。在关闭场之前，所有激活的卡都应处于HALT状态。,说明：,1、链接,链接功能允许PCD或PICC发送的信息长度比FSD或FSC规定的最大分组长度还要长。如FCD或FICC要发送的信息长度长于1个分组的最大值，将信息分成几组。每组长度各自等于FSD或FSC，并利用链接功能。I-block PCB中的M1时，将被R-block确认。,M=1 在以后分组中有链接数据。M0 链的最后一个分组。I（M）x 分组号为x的R-block表示确认（无错误）。,例：发送数据012345F，分组链接如 下：,发送（）,接收（）,I（1）0,I（1）1,I（0）0,R（ACK）0,R（ACK）1,2、解除激活序列,当PCD与PICC之间的交易完成后，PICC应处于HALT状态。PCD将发送S（HALT请求）block将PICC置于HALT状态。PICC发送S（HALT应答）后，并且PCD从PICC接到一个有效S（HALT应答）后，PICC进入HALT状态，并释放CID。,3、无差错操作协议规则,规则1 PCD发送第一个分组。规则2 接收器应该确认发送器发送的I-block，确认可由I-block或R-block表示，如果有链接，接收器应转为发送器。规则3 S-block成对使用，S（请求）分组的后面经常跟随S（应答）分组。,
