RF_ID使用的标准介绍

1、RF ID使用的标准介绍使用的标准介绍XYQ2008-4-9ISO相关标准相关标准IC 卡(Integrated Circuit Card)的发明和发展吸引了世界众多厂商的参与，在这期间涌现了大量新技术和应用。国际标准化组织(ISO)为IC 卡及相关设备制订了大量的标准，其中包括：1 接触式接触式IC 卡国际标准卡国际标准(a) ISO/IEC7816-1 : 接触式IC 卡的物理特性；(b) ISO/IEC7816-2 : 接触式IC 卡的触点尺寸和位置；(c) ISO/IEC7816-3 :接触式IC 卡(异步卡)的电信号和传输协议(T=0/T=1),适用于CPU 卡；(d) ISO/IE

2、C7816-10 : 接触式IC 卡(同步卡)的电信号和复位应答，适用于存储卡和加密卡。2 非接触式非接触式IC 卡标准卡标准(a) ISO/IEC14443-1 : 非接触式IC 卡的物理特性；(b) ISO/IEC14443-2 : 非接触式IC 卡的射频能量和信号接口；(c) ISO/IEC14443-3 : 非接触式IC 卡的初始化和防冲突(Type A/Type B)；(d) ISO/IEC14443-4 : 非接触式IC 卡的选择应答和传送协议(T=CL)。3 传输层及应用层标准传输层及应用层标准(a) ISO/IEC7816-4 : 行业间交换用命令；(b) ISO/IEC781

3、6-5 : 应用标识符的编号系统和注册过程；(c) ISO/IEC7816-6 :行业间数据元；(e) ISO/IEC7816-7 : 结构化卡查询语言的行业间命令；(f) ISO/IEC7816-8 ： 安全有关行业间命令。在IC 卡相关标准制订过程中遵循了国际标准化组织的开放系统互连模型(OSIOpen System Interconnection model),各标准之间也相应地存在层次依附关系.ISO开放系统互连模型开放系统互连模型MIFARE是Philips所拥有的13.56MHz非接触性辨识技术，现在市场上应用广泛的Mifare 系列非接触卡都遵循ISO/IEC14443-1、IS

4、O/IEC14443-2、ISO/IEC144443-3 Type A 标准；此外，新出现的Mifare DESfire 与Mifare Pro 非接触卡还遵循14443-4(T=CL)协议标准，见下表：什么是什么是MIFARE?MifareUltraLightMifareStandard(1K)MifareStandard(4K)MifareDESfireMifarePro XISO14443-4TransmissionProtocolNONONOYESYESISO14443-3Initialization &AnticollisionYESYESYESYESYESISO14443-

5、2RF-Power andSignal InterfaceYESYESYESYESYESISO14443-1PhysicalCharacteristicsYESYESYESYESYESPICC： proximity cards邻近卡PCD：Proximity Coupling Device邻近耦合设备，可以理解为读卡器fc：Carrier frequency载波频率，这里为13.56Mfs：Subcarrier frequency副载波频率ASK：Amplitude Shift Keying幅频键控NRZ：None-Return to Zero不归零REQA：Request Command,

6、Type AA型请求命令REQB：Request Command, Type BB型请求命令WUPA：Wake-UP Command, Type AA型唤醒命令WUPB：Wake-UP Command, Type BB型唤醒命令ATQA： Answer To Request, Type AA型请求回应命令ATQB： Answer To Request, Type BB型请求回应命令NVB：Number of Valid Bits, Type AA型有效位地址SAK：Select AcKnowledge, Type AA型选择应答命令标准中使用的缩略词标准中使用的缩略词ISO14443-1ISO

7、/IEC14443的这一部分规定了邻近卡（proximity cards：PICC）的物理特性。一、一般物理特性和尺寸：一、一般物理特性和尺寸：一般特性参照ID1型识别卡的一般特性来定义。ID1型识别卡是在ISO7810中定义的，ISO7810定义了ID1型识别卡的物理特性，包括材料、构造和尺寸。 ID1型识别卡尺寸如下：ISO14443-1二、附加特性：二、附加特性：附加特性包括：u紫外线。uX射线。u动态弯曲应力：短边和长边的最大偏移为hwA=20mm，hwB=10mm能正常工作。u动态扭曲应力：旋转角度为15，能正常工作。u可变磁场、u可变电场、u静态电流、u静态磁场、u工作温度：0-5

8、0oC，能正常工作。ISO14443-2ISO/IEC14443的这一部分规定了需要供给能量的场的性质与特征，以及邻近耦合设备（Proximity Coupling Device：PCDs）和邻近卡（PICCs）之间的双向通信。一、邻近卡的初始化对话一、邻近卡的初始化对话 邻近耦合设备和邻近卡之间的初始化对话通过下列连续操作进行：PCD的射频工作场激活PICC邻近卡静待来自邻近耦合设备的命令邻近耦合设备命令的传送邻近卡响应的传送 这些操作使用下面段落中规定的射频功率和信号接口。二、功率传输二、功率传输 射频工作场频率（fc）是13.56MHz7KHz。最小未调制工作场的值是1.5A/mrms，

9、以Hmin表示。最大未调制工作场的值是7.5A/mrms，以Hmax表示。邻近卡应持续工作在Hmin和Hmax之间。 从制造商特定的角度说（工作容限），邻近耦合设备应产生一个大于Hmin，但不超过Hmax的场。 另外，从制造商特定的角度说（工作容限），邻近耦合设备应能将功率提供给任意的邻近卡。 在任何可能的邻近卡的状态下，邻近耦合设备不能产生高于在ISO/IEC144431中规定的交变电磁场。 邻近耦合设备工作场的测试方法在国际标准ISO/IEC10373中规定。三、信道接口三、信道接口 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。由阅读器产生的磁场必须在1.5A

10、/m7.5A/m之间。国际标准ISO14443规定了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。 ISO14443-2四、通讯信道接口四、通讯信道接口-Type A和和Type B比较比较PCD-PICCType AType B说明波特率106kbit/s106kbit/s在初始化和反冲突期间的波特率都为fs(13.5M)/128=106K调制ASK 100% ASK 10%(键控度8%12%)Amplitude Shift Ke

11、ying位编码改进的Miller编码NRZ编码同步位级同步(帧起始，帧结束标记)每个字节有一个起始位和一个结束位调制ISO14443-2PICC-PCDType AType B说明波特率106kbit/s106kbit/s在初始化和反冲突期间的波特率都为fs(13.5M)/128=106K调制用幅移键控ASK调制847kHz的负载调制的负载波用相移键控PSK调制847kHz的负载调制的负载波位编码Manchester编码NRZ编码同步1位”帧同步“(帧起始，帧结束标记)每个字节有1个起始位和1个结束位编码ISO14443-3ISO/IEC14443的这一部分规定了邻近卡（PICCs）进入邻近耦

12、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，初始化阶段的其它必须的参数。 一、轮询机制一、轮询机制 为了检测PICC卡是否进入了工作场，读卡设备PCD应该重复的发送请求命令，请求命令必需是REQA和REQB。当一个PICC卡进入一个未调制的工作场，它必须在5ms内能够接收请求命令。二、二、A型卡初始化和防碰撞型卡初始化和防碰撞 (1)帧格式和时序：帧格式和时序：帧传输必须成对发生，PCD到PICC传输后面跟着 PICC到PCD的传输，具体如下：-PCD帧-PCD开始通信-PCD发送的信息、请求、错误检测位-PCD

13、结束通信-PCD到PICC的帧延时时间(此时间覆盖PCD结束通信时间)-PICC帧-PICC开始通信-PICC发送的信息、请求、错误检测位-PICC结束通信-PICC到PCD的帧延时时间TYPE AISO14443-3uPCDPICC帧延时TYPE AISO14443-3uPICCPCD帧延时PICC的最后一个调制发送到PCD的第一个暂停(pause)发送时间间隔至少为1172/fc (1172/13.56M=86.43us)。u在两个连续的REQA命令起始位之间，至少要保证7000/fc的时间间隔。u帧格式有以下三种：Short frame(短帧)Standard frame(标准帧)Bit

14、 oriented anticollision frame(位导向防碰撞帧)位导向防碰撞帧仅用在7个字节长度的标准帧发生碰撞时。位碰撞后分成两个帧：part1(PCDPICC传输)、part2(PICCPCD传输)，并遵循以下规则：1、数据位的总和为56个bit，也即7个字节。2、part1最小长度为16个数据位。3、part1最大的长度位55个数据位。TYPE A一个整字节完成后发生位碰撞，分成了两个帧。一个字节中发生位碰撞，分成了两个帧。碰撞帧主要是用于选择卡，用卡的唯一ID号来产生碰撞，让读卡器知道，并发出选卡命令。与MMC的选卡有点类似，但又不相同。NVB编码TYPE AuCRC_AC

15、RC是所有数据位的校验值，数据位为8bit的倍数，CRC校验不包括奇偶位P、起始位S、结束位E、和CRC_A本身。CRC在标准帧中以两个字节发送，在结束位E之前发送。ISO14443-3(2)PICC卡状态：卡状态：u掉电状态掉电状态(POWER-OFF)没有载波能量而不能启动的状态。u闲置状态闲置状态(IDLE)在闲置状态，PICC卡上电工作，并可以接收REQA命令或WUPA命令。当接收命令后，会返回ATQA。u准备状态准备状态(READY)在准备状态，实现位帧的防碰撞算法或其它可行的防碰撞算法。u激活状态激活状态(ACTIVE)在此状态，PICC卡可以接收任何更高层的信息。u挂起状态挂起状

16、态(HALT)在此状态，仅可以接收并响应WUPA命令。当接收命令后，会返回ATQA。TYPE A(3)A型命令集：型命令集：总共包含如下几个命令：REQA：A型请求命令WUPA：A型唤醒命令ANTICOLLISION：防碰撞命令SELECT：选择卡命令HALT：挂起命令ISO14443-3uREQA and WUPA COMMANDPCD发送这两个命令来检测是否有PICC卡在邻近，这两命令是以短帧的方式发送的。命令格式如下：TYPE AISO14443-3uANTICOLLISION and SELECT COMMAND这两个命令是防碰撞环时使用，命令由以下三部分组成：-选择命令，1字节。-有

17、效位地址，即NVB。-根据NVB描述的0到40个有效位数据。ANTICOLLISION发送使用位导向防碰撞帧发送。SELECT使用标准帧发送。如果卡唯一ID号(UID)有效数据位40位(即NVB70h)，命令就是SELECT命令，否则是ANTICOLLISION命令。如果PICC卡传送完全部UID，卡就会从READY状态转为ACTIVE状态。同时发出传输完全部UID的响应命令SAK。否则PICC卡还是在READY状态。uHALT COMMANDHALT命令用标准帧发送，格式如下。TYPE A(3)选择流程：选择流程：选择流程的目的是从一张PICC卡得到UID，并且把此卡选中建立后续的通讯。IS

18、O14443-3TYPE APCD端看到的选择流程ISO14443-3卡被选中后回复的应答命令TYPE AISO14443-3TYPE Au选择卡的命令选择卡的命令三、三、B型卡初始化和防碰撞型卡初始化和防碰撞 (1)帧格式和时序：帧格式和时序：u字节传输格式字节传输格式ISO14443-3u帧传输格式帧传输格式etu：Elementary time unit，基本时间单元SOF(Start Of Frame)组成：1、一个下降边缘。2、十个逻辑0时间单元。3、一个上升边缘。4、接着两至三个逻辑1。EOF(End Of Frame)组成：1、一个下降边缘。2、十个逻辑0时间单元。3、一个上升边

19、缘。TYPE BuPICC SOF帧之前的时序帧之前的时序ISO14443-3(default：64/fs)TR0(256/fs) (80/fs)TR1 0，计算公式为MBL = (PICC Maximum Frame Size)* 2(MBLI-1)， PICC Maximum Frame Size为PICC在ATBQ返回给PCD的。PCD要确保发送给PICC的数据长度不要超过MBL。低半字节为CID值，如果没有CID则四位置为0。如果没有更高层数据，则响应格式如下：TYPE BuHLTB命令的格式命令的格式ISO14443-3PICC发送响应ATQB中PUPI的值uHLTB命令的响应格式命

20、令的响应格式ISO14443-3TYPE BuType B 卡状态转换图卡状态转换图R is a random number chosen by the PICC in the range from 1 to NOption 1 For PICCs not supporting Slot-MARKER CommandOption 2 For PICCs supporting Slot-MARKER CommandISO14443-4TYPE A一、一、TYPE A型卡激活流程型卡激活流程如果SAK中表示和ISO14443-4兼容，则ATS可用PCD发送RATS命令PICC发送ATS命令从PIC

21、C发送的ATS数据中看是否支持PPS(Protocol and Parameter Selection)如果参数需要改变的话，PCD发送PPS Req命令TYPE AuRATS：(Request for Answer to Select)，请求选择应答命令FSD定义了PCD能接收的最大帧大小CID定义了PICC的逻辑地址号，取值范围为0-14，15为保留值。ISO14443-4the bit rate capability of the PICC for the direction from PICC to PCD, called DS.the bit rate capability of t

22、he PICC for the direction from PCD to PICC, called DR.应用信息字节，如果有，最少4字节。格式字节(format byte)Interface byte TA1Interface byte TB1Interface byte TC1uATS：(Answer to Select)，选择应答命令TLT0TA1TB1TC1A1AkCRC1CRC2命令长度，包括TL本身计算在内，不包括CRC两字节。FSC定义了PICC能接收的最大帧大小，编码格式跟FSD一样， FSCI缺省值为2b8b7b6b5b4b3b2b1FWISFGIFWI用来计算最大的帧等待

23、时间，PCD发送完PICC开始发送的时间。最小时间在ISO14443-3中定义了，缺省值为4，取值范围为0-14，值15保留。SFGI用来计算PICC发送ATS后到准备接收下一次帧信息的保证时间。ISO14443-4TYPE AuPPS Req：(Protocol and Parameter Selection request)，协议和参数选择请求命令PPSSPPS0PPS1CRC1CRC2b8b7b6b5b4b3b2b1DCIDStart byteformat byteformat byteparameter byteISO14443-4PPSSCRC1CRC2Start byteuPPS

24、Res：(Protocol and Parameter Selection response)，协议和参数选择应答命令b8b7b6b5b4b3b2b1DCIDTYPE AuActivation frame waiting time：激活状态帧等待时间ISO14443-4定义最大的帧等待时间为65536/fc，此时间为从PCD发布完一帧到PICC开始回应的时间。最小的帧等待时间在ISO14443-3中已定义。uError detection and recovery：错误检测和恢复RATS和ATS期间的错误处理。PPS request和PPS response期间的错误处理。激活器件CID错误的

25、处理。TYPE A/B二、二、TYPE B型卡激活流程型卡激活流程B型卡激活流程在ISO14443-3里面已经有定义。三、半双工块传输协议三、半双工块传输协议ISO14443-4此协议参考OSI(Open System Interconnection )来定义，分为四层：物理层(Physical layer)，ISO14443-3定义。数据链路层(Data link layer)，本节定义。会话层(Session layer)。应用层(Application layer)。(1)块格式块格式(block format)：Frame Size proximity CardFrame Size p

26、roximity coupling Device可选必需Protocol control byte(PCB)ISO14443-4定义了三可基本类型块：I-block，R-block，S-blockInformation block：用来传输应用层的信息Receive ready block：用来传输双方的应答，此块不能包含INF信息。Supervisory block：用来交换双方的控制信息Card identifier (CID)ISO14443-4Node address (NAD)用来建立和寻址不同的逻辑连接。Information field(INF)Epilogue field跟IS

27、O14443-3定义的CRC功能一样。(2)帧等待时间：帧等待时间： Frame waiting time (FWT)：ISO14443-4PCDPICCPICCPCDWTXM取值范围为1-59，其他保留当PICC需要比FWT更长的时间来处理最后接收到的数据块时，就可以发送S(WTX)，此字节在INF段中传送。FWI在ATS中的TB1字节中定义，在本文33页。ISO14443-4(3)协议操作协议操作(Protocol operation)：多激活功能多激活功能(Multi-Activation)多激活功能允许PCD同时使几个PICC处于激活状态，可以使PCD在几个PICC间切换，而不需额外的

28、时间来屏蔽一个PICC，激活另外一个PICC。数据链数据链(Chaining)ISO14443-4数据链功能可以使PCD和PICC传输多于单个块允许传输的数据量。数据链把信息分成多个块来传输，使数据量适合每个单个块。下图表示传输16字节的数据分成三个块来传输。ISO14443-4错误检测和恢复错误检测和恢复(Error Detection and recovery)lPCD要能检测如下的错误：(a)传输错误或者FWT time-out。PCD可以尝试如下方式恢复错误：重新传输数据块发送deselect请求命令忽略这张PICC卡(b)协议错误。 PCD可以尝试如下方式恢复错误：发送deselec

29、t请求命令忽略这张PICC卡lPICC要能检测如下的错误：(a)传输错误(b)协议错误PICC检测到错误发生后，要回到接收状态，并且不发响应命令。ISO14443-4块编号规则块编号规则(Block numbering rules)lPCD规则：(a)PCD要为每个PICC卡把PCD的块编号初始化为0。(b)当PCD接收到一个和当前块编号一样的应答块(I-block or R-block)，PCD要在下一次发 送块之前翻转块编号。lPICC规则：(a)PICC应该初始化块编号为1(b)当收到一个I-block，PICC在发送一个块之前翻转块编号。(c)当收到一个R-block，其块编号和PIC

30、C当前的块编号不一样，PICC要在发送一个块之前翻转块编号块处理规则块处理规则(Block handling rules)l普通规则：(a)第一个块由PCD发送。(b)当一个表示了数据链标记的块I-block收到了后，PICC应该发送一个R(ACK) block。(c)S-block是成对出现的。S-block之后总是跟着一个S-block。谢谢 谢谢 ！无线电调制方法无线电调制方法传统的无线电技术中，主要时众所周知的模拟调制方法，根据电磁波的三个参数，可以区分为振幅调制，频率调制和相位调制。所有的其他的调制方法都是从这三种类型之一中引申出来的。射频识别系统采用的调制方法是幅移键控(ASK)、

31、频移键控(FSK)和相移键控(PSK)的数字调制法。三种调制方法示例如下：幅移键控(ASK)即按载波的幅度受到数字数据的调制而取不同的值，例如对应二进制0，载波振幅为0；对应二进制1，载波振幅为1。调幅技术实现起来简单，但容易受增益变化的影响，是一种低效的调制技术。在电话线路上，通常只能达到1200bps的速率频移键控(FSK)即按数字数据的值（0或1）调制载波的频率。例如对应二进制0的载波频率为F1，而对应二进制1的载波频率为F2。该技术抗干扰性能好，但占用带宽较大。在电话线路上，使用FSK可以实现全双工操作，通常可达到1200bps的速率。相移键控(PSK)即按数字数据的值调制载波相位。例如用180相移表示1，用0相移表示0。这种调制技术抗干扰性能最好，且相位的变化也可以作为定时信息来同步发送机和接收机的时钟，并对传输速率起到加倍的作用。返回Miller 编码用在半个比特周期的任意边缘表示二进制1，而经过下一个周期中不变的电平表示二进制O，如果连续一串O，则在O比特周期开始时产生电平交变。改进Miller编码是对Mille