第5章 非接触式IC卡国际标准课件

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(proximitycouplingdevice)第5章非接触式IC卡国际标准第5章非接触式IC卡国际标准5.1非接触式IC的概述5.2PICC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）第5章非接触式IC卡国际标准非接触式IC卡的分类（读写器发射距离）：CICC卡（Close-CoupleICC）PICC卡（ProximityICC)VICC卡（VicinityICC）IC卡读写器国际标准读写距离CICCCCDISO/IEC10536紧靠PICCPCDISO/IEC14443<10cmVICCVCDISO/IEC15693<50cm5.1非接触式IC的概述第5章非接触式IC卡国际标准IC卡如何获得能量？IC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/IEC14443-1/2/3/4第5章非接触式IC卡国际标准5.2PICC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。第5章非接触式IC卡国际标准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）。第5章非接触式IC卡国际标准PICC获得能量后，将其转换成直流电压。RF场的频率：fc=13.56MHz±7kHzRF场的磁场强度：H=1.5A/m～7.5A/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。第5章非接触式IC卡国际标准

5.3.3信号接口TypeA；TypeB；PCD→PICC；PICC→PCD；类型传输方向第5章非接触式IC卡国际标准1.从PCD—PICC的信号（TypeA）（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（amplitudeshiftkeying）：100%；以间隙Pause传送数据（2）调制第5章非接触式IC卡国际标准（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第5章非接触式IC卡国际标准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第5章非接触式IC卡国际标准2.从PICC—PCD的信号（TypeA）（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。第5章非接触式IC卡国际标准调制深度ASK（amplitudeshiftkeying）：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第5章非接触式IC卡国际标准信息的编码逻辑“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。第5章非接触式IC卡国际标准5.4初始化与防冲突（14443-3）ISO/IEC14443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。第5章非接触式IC卡国际标准PICC应遵守的最大登记复位（PollingReset）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”。第5章非接触式IC卡国际标准

5.4.2TypeA－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。第5章非接触式IC卡国际标准该时序的应用范围：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）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。第5章非接触式IC卡国际标准（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。第5章非接触式IC卡国际标准

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n≥1；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5章非接触式IC卡国际标准第一部分（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：第5章非接触式IC卡国际标准

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。第5章非接触式IC卡国际标准S1000ESELNVBUID0UID1S001E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第5章非接触式IC卡国际标准S1001001ESELNVBUID0UID1S10000001E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第5章非接触式IC卡国际标准2.PICC状态（1）POWEROFFPICC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。第5章非接触式IC卡国际标准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。第5章非接触式IC卡国际标准（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）状态第5章非接触式IC卡国际标准PICC状态图（图5.9）POWEROFFIDLE状态HALT状态REQA命令READY状态ACTIVE状态防冲突循环Select命令HALT命令应用Wake-up命令第5章非接触式IC卡国际标准3.命令集－PCD管理进入能量场的多张卡的命令REQAWAKE-UPANTICOLLISIONSELECTHALT第5章非接触式IC卡国际标准（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。b7b6b5b4b3b2b1说明“26”＝REAQ“52”＝Wake-up第5章非接触式IC卡国际标准

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的区别第5章非接触式IC卡国际标准ATQA编码表：表5.4。其中：UID（唯一标识符）。UID（UnityIdentification）

b16~b9b8b7b6b5b4b3b2b1RFU保留于将来置0UID大小比特帧RFU比特帧防冲突（只有1位置1）表5.4ATQA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；第5章非接触式IC卡国际标准PCD接收ATQA应答，PICC进入READY状态，执行防冲突循环操作。第5章非接触式IC卡国际标准－用于防冲突循环，组成如下：SELNVBUIDCLn数据位BCC校验位（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UIDCLn（0～40位）

命令格式：1字节1字节0～4字节1字节校验位仅当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UIDCLn的一部分或全部，从而选出一张卡。第5章非接触式IC卡国际标准ATQ的b8b7UID的大小最大级联CLUID的字节数0001101231234710表5.5UID的大小表5.6UID的结构见教材P124第5章非接触式IC卡国际标准表5.7SEL的编码b8b7b6b5b4b3b2b1说明100100111001010110010111“93”选择UIDCL1“95”选择UIDCL2“97”选择UIDCL3SEL的编码表见教材P125。

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UIDCLn），表明是Select命令。第5章非接触式IC卡国际标准S5000CRC（循环校验码）E（3）HALD命令HALD命令由4个字节组成：1字节1字节0～4字节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。第5章非接触式IC卡国际标准

开始发送REQA接收ATQA选择UIDCL1完成比特帧防冲突检测ATQA专用帧和协议CL+1定义在ISO/IEC14443－4中命令专用防冲突比特帧防冲突UID完整UID不完整检测SAKPCD初始化和防冲突第5章非接触式IC卡国际标准SAK是一个标准帧，结构如下：SAKCRC1字节2字节SAK的编码：b8b7b6b5b4b3b2b1RFU附加信息RFUB3=0,UID完整B3=1,还有部分UIDCLn需确认RFU第5章非接触式IC卡国际标准PCD防冲突循环流程（图5.11）以从冲突的PICC中找出与40位UIDCLn匹配的卡为目标。见教材P127.要求：课堂看书，基本掌握流程。请见例题：第5章非接触式IC卡国际标准例题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：PICC＃1的UID大小：1，UID0=“10”PICC＃2的UID大小：2约定：PCDtoPICCPICCtoPCD（×××‥×）b发送的第1位（最低位）第5章非接触式IC卡国际标准

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）REQAATQAPICC#1b1（1000000000000000）b16卡＃1采用比特防冲突，b8b7=00,∴UID＝1ATQAPICC#2b1（1000001000000000）b16卡＃2采用比特防冲突，b8b7=01,∴UID＝2’26’所有卡PICC应答ATQA第5章非接触式IC卡国际标准

（2）Anticollisionloop,cascadelevel1（防冲突循环CL1）PICC#1b1（00001000）b8

∵UID＝1PICC#2b1（00010001）b8

∵UID＝2’93’SELNVB’20’UID0UID1UID2UID3BCCCTUID0UID1UID2BCC表5.6Firstcollisionatbitpoint＃4SELNVB’93’’24’

UID0UID1UID2BCCb1（0001）b4（0001）PICC#2

∴coll＝4SELNVBCTUID0UID1UID2BCCCRC-ASEL命令’93’’70’b1（00010001）b8SAKCRC-Ab1（××

1

×××××

）b8b3=1,UID不完整只有卡2响应，故不冲突PCD发防冲突命令第5章非接触式IC卡国际标准

（3）Anticollisionloop,cascadelevel2（防冲突循环CL2）’95’SELNVB’20’PICC#2UID3UID4UID5UID6BCCSELNVBCTUID0UID1UID2BCCCRC-ASEL命令SAKCRC-Ab1（××

0

×××××

）b8b3=0,UID完整’95’’70’现在已完整，从UID0～UID7“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状态第5章非接触式IC卡国际标准5.4.3TypeB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.命令集第5章非接触式IC卡国际标准

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TypeA和TypeB两种情况。1.字节格式和帧格式遵照ISO/IEC14443中为PICCTypeA和TypeB定义的格式。第5章非接触式IC卡国际标准4.PICCTypeA的激活过程2.位持续时间用基本时间单元eut表示。1etu=128/D*fc3.等待时间：14443-3第5章非接触式IC卡国际标准激活顺序PCD检查SAK字节；如果SAK已根据UID选中了一张卡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第5章非接触式IC卡国际标准PICC完成一次交易之后，将被置于HALT状态。

从PCD角度观察PICCTypeA的激活顺序。见图P138。第5章非接触式IC卡国际标准5.PICCTypeB的激活自学第5章非接触式IC卡国际标准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，在任一方向至少交换一个分组或分组链。第5章非接触式IC卡国际标准1.分组格式开始字段信息字段结尾字段PCB（CID）（NAD）INFEDC分组格式开始字段信息字段结尾字段第5章非接触式IC卡国际标准（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

（protocolcontrolbyte）（必备）；卡标识符CID（CardIdentifier）（可选）；结点地址字段NAD

（NadeAddress）（可选）；第5章非接触式IC卡国际标准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制；

第5章非接触式IC卡国际标准PCB的编码（1）I-blockb8b700（I-block）b60

b5更多数据位需传送b4后面有CID（b4=1）b3后面有NAD（b3=1）b21？0b1分组号第5章非接触式IC卡国际标准（2）R-blockb8b710（R-block）b6b500（无错误）、11（EDC，奇偶错）b4后面有CID（b4=1）b3后面有NAD（b3=1）b21？0b1分组号第5章非接触式IC卡国际标准（3）S-blockb8b711（S-block）b6b500（HALT）、11（WTX）b4后面有CID（b4=1）b3后面有NAD（b3=1）b21？0b10S（‥request）

1S（‥response）第5章非接触式IC卡国际标准CID访问指定的PICC（可选）开始字段信息字段结尾字段PCB（CID）（NAD）INFEDC该PICC的标识符在卡激活时指定；CID的编码：0000b4b3b2b1，其中

b4～b1为标识符；PICC激活时固定不变；当PICC进入HALT状态时，CID失效。第5章非接触式IC卡国际标准NAD结点地址（可选）开始字段信息字段结尾字段PCB（CID）（NAD）INFEDC在PCD和PICC间建立逻辑连接；NAD的编码：0b7b6b50b3b2b1

其中b7b6b5为目标结点地址、

b3b2b1为源结点地址；第5章非接触式IC卡国际标准该字段包含发送分组的错误检测码EDC

（ErrorDetectionCode），规定使用循环冗余校验码CRC（CyclicRedundancycheck）。（2）信息字段信息字段是可选的。如有INF，在I-block中，为应用数据；在S-block中，为状态数据；（3）结束字段第5章非接触式IC卡国际标准（1）帧等待时间FWT（Framewaitingtime）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＝FWT×WTXM其中WTXM为等待时间扩展倍增因子第5章非接触式IC卡国际标准（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。FGT<t<FWTFGT<tPCD发送PICC发送PCD发送第5章非接触式IC卡国际标准5.5.3专用接口参数5.5.4协议操作参见教材P144在激活之后，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。第5章非接触式IC卡国际标准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