CPU_卡技术-CH_4-非接触式_IC卡

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）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/IEC1444310cmVICCVCDISO/IEC1569350cm5.1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/IEC14443-1/2/3/45.2PICC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。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。5.3.3信号接口TypeA；TypeB；PCD→PICC；PICC→PCD；类型传输方向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（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Y1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Z2.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。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/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。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”。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。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。（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）①REQA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。②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。第一部分（从PCD到PICC）第二部分（从PICC到PCD）①面向比特防冲突帧的组成②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：③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。S110010011000000100010011000000010000ESELNVBUID0UID1S110101010101100110001000101E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S11001001100000010001001ESELNVBUID0UID1S1000000010000110101010101100110001000101E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）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。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）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。b7b6b5b4b3b2b1说明“26”＝REAQ01001101010010“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（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；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：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。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。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。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RFUPCD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：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）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（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∴co