RFID協(xié)議體系課件

1、 ISO/IEC 14443標(biāo)準(zhǔn)是近耦合非接觸式IC卡的國際標(biāo)準(zhǔn)，可用于身份證和各種智能卡、存儲(chǔ)卡。ISO/IEC 14443標(biāo)準(zhǔn)由四部分組成，即ISO/IEC 14443-1/2/3/4。 在ISO/IEC 14443標(biāo)準(zhǔn)中，閱讀器稱為PCD（Proximity Coupling Device，近耦合設(shè)備），應(yīng)答器稱為PICC（Proximity IC Card，近耦合IC卡）。 本書配套高頻RFID閱讀器，即是符合ISO/IEC 14443 TYPEA協(xié)議的PCD設(shè)備。 ISO/IEC 14443-1部分是ISO/IEC 14443的物理特性，協(xié)議中對(duì)近耦合卡做了相關(guān)規(guī)定，具體內(nèi)容如下所述

2、： PICC的機(jī)械性能。 PICC尺寸應(yīng)滿足ISO 7810中的規(guī)范，即85.72mm*54.03mm*0.76mm。 對(duì)PICC進(jìn)行彎曲和扭曲實(shí)驗(yàn)、紫外線、X射線和電磁射線的輻射實(shí)驗(yàn)的附加說明。 ISO/IEC 14443-2部分主要規(guī)定了ISO/IEC 14443的射頻能量和信號(hào)接口。 1. 射頻能量 閱讀器（PCD）產(chǎn)生耦合到應(yīng)答器（PICC）的射頻電磁場，用以傳送能量。 PICC通過耦合獲取能量，并轉(zhuǎn)換成芯片工作直流電壓。 PCD和PICC間通過調(diào)制與解調(diào)實(shí)現(xiàn)通信。 射頻頻率為13.56MHz，閱讀器產(chǎn)生的磁場強(qiáng)度為1.5A/m=H256（備用）字節(jié)；低4位編碼CID（卡標(biāo)識(shí)符），定義

3、了對(duì)PICC尋址的邏輯號(hào)，編碼值為014，值15為備用（Reserved for Future，RFU）。 RATS組成字節(jié)組成字節(jié)第一字節(jié)第一字節(jié)第二字節(jié)第二字節(jié)第三、四字節(jié)第三、四字節(jié)編碼及含義E0HFSDICIDCRC 2. ATS ATS的結(jié)果如表2- 8所示。 1) 長度字節(jié)TL 長度字節(jié)TL用于給出ATS響應(yīng)的長度，包括TL字節(jié)，但不包含兩個(gè)CRC字節(jié)。ATS的最大長度不能超出FSD的大小。 2) 格式字節(jié)T0 格式字節(jié)T0是可選的，只要它出現(xiàn)，長度字節(jié)TL的值大于1。T0的組成如表2- 9所示。 FSCI用于編碼FSC，F(xiàn)SC為PICC可接收的最大幀長，F(xiàn)SCI編碼和FSDI編碼

4、定義的最大幀長（字節(jié)）相同。FSCI的默認(rèn)值為2H（FSC=32字節(jié)）。 名稱名稱長度字節(jié)長度字節(jié)格式字節(jié)格式字節(jié)接口字節(jié)接口字節(jié)歷史字符歷史字符CRC內(nèi)容TLT0TA（1）TB（1）TC（1）T1TkCRC-1CRC-2含義編碼Ds和Dr編碼FWI和SFGI編碼協(xié)議選項(xiàng)b8b7b6b5b4b3b2b10,1為RFUb7=1，傳送TC（1）b6=1，傳送TB（1）b5=1，傳送TA（1）FSCI 3) 接口字節(jié)TA（1） TA（1）用于決定參數(shù)因子D，確定PCD至PICC和PICC至PCD的數(shù)據(jù)傳輸速率。 TA（1）編碼的結(jié)構(gòu)如表2- 10所示。 D=2時(shí)比特率為212kbps，其余D值對(duì)應(yīng)的

5、比特率可類推。 上表中Dr（稱為接收因子）表示PCD向PICC通信時(shí)，PICC的數(shù)據(jù)傳輸速率能力；Ds（稱為發(fā)送因子）表示PICC向PCD通信時(shí)，PICC的數(shù)據(jù)傳輸速率能力。 b8b7b6b5b4b3b2b10DsDr0默認(rèn)0默認(rèn)0默認(rèn)0默認(rèn)0默認(rèn)0默認(rèn)0默認(rèn)1Ds=Dr1Ds=81Ds=41Ds=21RFU1Dr=81Dr=41Dr=2 4) 接口字節(jié)TB（1） TB（1）由兩部分組成，分別定義了幀等待時(shí)間和啟動(dòng)幀的保護(hù)時(shí)間。高半字節(jié)為FWI，用于編碼幀等待時(shí)間FWT。FWT定義為PCD發(fā)送的幀和PICC發(fā)送的應(yīng)答幀之間的最大延遲時(shí)間，表示為： FWT=（256*16/fc）*2FWI 其中

6、，fc為載波頻率；FWI值的范圍為014，15為RFU。當(dāng)FWI=0時(shí)，F(xiàn)WT=FWTmin=302us；當(dāng)FWI=14時(shí)，F(xiàn)WT=FWTmax=4949ms。 如果TB（1）是默認(rèn)的，則FWI的默認(rèn)值為4，相應(yīng)的FWT為4.8ms。 PCD可用FWT值來檢測協(xié)議錯(cuò)誤或未應(yīng)答的PICC。若在FWT時(shí)間內(nèi)，PCD未從PICC接收到相應(yīng)，則可重發(fā)幀。 TB（1）的低半字節(jié)為SFGI，用于編碼SFGT（啟動(dòng)幀保護(hù)時(shí)間），這是PICC在它發(fā)送ATS以后，到準(zhǔn)備接收下一幀之前所需要的特殊保護(hù)時(shí)間。 SFGI編碼值為014，15為RFU。SFGI值為0表示不需要SFGT，SFGI=114對(duì)應(yīng)的SFGT計(jì)算

7、式為： SFGT=（256*16/fc）*2SFGI 其中，fc為載波頻率，SFGI的默認(rèn)值為0。 5) 接口字節(jié)TC（1） TC（1）描述協(xié)議參數(shù)，它由兩部分組成。 第1部分從b8至b3，置為0，其他值作為RFU。 第2部分的b2和b1用于編碼PICC對(duì)CID（卡標(biāo)識(shí)符）和NAD（結(jié)點(diǎn)地址）的支持情況，b2位為1時(shí)支持CID，b1位為1時(shí)支持NAD。b2b1位默認(rèn)值為（10）b，表示支持CID不支持NAD。 6) 歷史字符 歷史字符T1至Tk是可選項(xiàng)，歷史字符的大小取決于ATS的最大長度。 3. PPS（協(xié)議和參數(shù)選擇）請(qǐng)求 PPS請(qǐng)求的結(jié)構(gòu)如表2- 11所示。 它由一個(gè)起始字節(jié)后跟兩個(gè)參數(shù)

8、字節(jié)加上兩字節(jié)CRC組成。 起始字節(jié)PPSS，PPSS的高4位編碼為1101，其他值時(shí)為RFU。低4位定義CID，即對(duì)PICC的尋址的邏輯號(hào)。 PPS0，PPS0用于表明可選字節(jié)PPS1是否出現(xiàn)。當(dāng)該字節(jié)b8b7b6=000b，b5=1b，b4b3b2b1=0001b時(shí)，表示后面出現(xiàn)PPS1字節(jié)。起始字節(jié)起始字節(jié)參數(shù)參數(shù)0參數(shù)參數(shù)1CRCPPSSPPS0PPS1CRC-1CRC-2 PPS1，PPS1字節(jié)b8b7b6b5=0000b，b4b3為DSI（設(shè)置發(fā)送因子Ds的值），b2b1為DRI（設(shè)置接收因子Dr的值）。DSI和DRI的兩位編碼“00、01、10、11”對(duì)應(yīng)的D值為1、2、4、8。

9、 4. PPS響應(yīng) 它為PICC接收PPS請(qǐng)求后的應(yīng)答，由3字節(jié)組成，第一字節(jié)為PPSS（同PPS請(qǐng)求的PPSS），后兩字節(jié)為CRC字節(jié)。 起始字節(jié)起始字節(jié)參數(shù)參數(shù)0參數(shù)參數(shù)1CRCPPSSPPS0PPS1CRC-1CRC-2 ISO/IEC 18000-6標(biāo)準(zhǔn)定義了工作頻率在860930MHz的閱讀器和應(yīng)答器之間的物理接口、協(xié)議、命令和防碰撞機(jī)制。 它包含TypeA、TypeB和TypeC三種無源標(biāo)簽的接口協(xié)議，通信距離最遠(yuǎn)可以達(dá)到10m。 目前，TYPE A和TYPE B發(fā)展已停滯，而TYPE C是EPC class1 gen2所采協(xié)議并且發(fā)展較快。基于上述原因和篇幅限制，本節(jié)只簡要介紹T

10、ypeC。 本書配套超高頻RFID閱讀器，即是符合ISO/IEC 18000-6B/C協(xié)議的閱讀器。 ISO/IEC 18000-6標(biāo)準(zhǔn)中的TYPE C與EPC class1 gen2（簡稱EPC C1 G2）協(xié)議相同，本書對(duì)兩者不加區(qū)分， 下述內(nèi)容將從接口參數(shù)，存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)等方面對(duì)其進(jìn)行介紹。 本節(jié)內(nèi)容為EPC C1 G2簡要說明，以幫助用戶對(duì)該標(biāo)準(zhǔn)有一個(gè)了解。詳細(xì)說明請(qǐng)參考EPC C1 G2標(biāo)準(zhǔn)。 1. 系統(tǒng)介紹 EPC系統(tǒng)是一個(gè)針對(duì)電子標(biāo)簽的應(yīng)用規(guī)范。 一般系統(tǒng)包括有讀寫器、電子標(biāo)簽、天線以及上層應(yīng)用接口程序等部分。 每家廠商提供的產(chǎn)品應(yīng)符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，所提供的設(shè)備在性能上有不同，但功能會(huì)是

11、相似的。 2. 操作說明 讀寫器向一個(gè)或一個(gè)以上的電子標(biāo)簽發(fā)送信息，發(fā)送方式是采用無線通信的方式調(diào)制射頻載波信號(hào)。 標(biāo)簽通過相同的調(diào)制射頻載波接收功率。 讀寫器通過發(fā)送未調(diào)制射頻載波和接收由電子標(biāo)簽反射(反向散射)的信息來接收電子標(biāo)簽中的數(shù)據(jù)。 2. 操作說明 EPC C1 G2 UHF段的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的無線接口頻率為：860MHz-960MHz。 但每個(gè)國家在使用時(shí)，會(huì)根據(jù)情況選擇其中某段頻率作為自己的使用頻段。 用戶在選用電子標(biāo)簽和讀寫器時(shí)，應(yīng)選用符合國家標(biāo)準(zhǔn)的電子標(biāo)簽及讀寫器。 一般來說，電子標(biāo)簽的頻率范圍較寬，而讀寫器在出廠時(shí)會(huì)嚴(yán)格按照國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的頻率來限定。 3. 頻道工作模式 讀寫器

12、將有效的頻段分為20個(gè)頻道，在某個(gè)時(shí)刻讀寫器與電子標(biāo)簽的通信只占用一個(gè)頻道。 為防止占用某個(gè)頻道時(shí)間過長或該頻道被其他設(shè)備占用而產(chǎn)生的干擾，讀寫器使用會(huì)自動(dòng)跳到下一個(gè)頻道。 3. 頻道工作模式 用戶在使用讀寫器時(shí)，如發(fā)現(xiàn)某個(gè)頻道己被其他的設(shè)備所占用或某個(gè)頻道上的信號(hào)干擾很大，也可在讀寫器系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定中，先將該頻道屏蔽掉， 這樣讀寫器在自動(dòng)跳頻時(shí)，會(huì)自動(dòng)跳過該頻道，以避免與其他設(shè)備的應(yīng)用沖突。 4. 發(fā)射功率 讀寫器的發(fā)射功率是一個(gè)很重要的參數(shù)。讀寫器對(duì)電子標(biāo)簽的操作距離主要會(huì)由該發(fā)射功率來確定，發(fā)射功率越大，則操作距離越遠(yuǎn)。 我國的暫訂標(biāo)準(zhǔn)為2W，讀寫器的發(fā)射功率可以通過系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)置來進(jìn)行調(diào)

13、整。 4. 發(fā)射功率 可分為幾級(jí)或連續(xù)可調(diào)，用戶需根據(jù)自己的應(yīng)用調(diào)整該發(fā)射功率，使讀寫器能在用戶設(shè)定的距離內(nèi)完成對(duì)電子標(biāo)簽的操作。 對(duì)于滿足使用要求的，將發(fā)射功率調(diào)到較少，以減少能耗。 5. 天線 天線作為RFID系統(tǒng)中非常重要的一部份，它對(duì)讀寫器與電子標(biāo)簽的操作距離有很大的影響。 天線的性能越好，則操作距離會(huì)越遠(yuǎn)。 用戶在選用時(shí)需作較多的關(guān)注。 讀寫器與天線的連接有二種情況，一種是讀寫器與天線裝在一起，稱為一體機(jī) 另一種是通過50 Ohm的同軸電纜與天線相連，稱為分體機(jī)。 5. 天線 天線的指標(biāo)主要有使用效率（天線增益）、有效范圍（方向性選擇）、匹配電阻（50 Ohm）、接口類型等。 用戶在

14、選用時(shí)，需根據(jù)自己的需要選用相關(guān)的天線。 一個(gè)讀寫器可以同時(shí)連接多個(gè)天線，在使用這種讀寫器時(shí)，用戶需先設(shè)定天線的使用序列 6. 密集讀寫器環(huán)境（DRM） 在實(shí)際應(yīng)用場合,可能會(huì)同時(shí)存在多個(gè)讀寫器同時(shí)運(yùn)行的情況，被稱為密集讀寫器環(huán)境。 在這種情況下，各個(gè)讀寫器會(huì)占用各自的操作頻道對(duì)自己的某類電子標(biāo)簽自行操作。 用戶在使用時(shí)，需根據(jù)需要選用可在DRM環(huán)境下可靠運(yùn)行的讀寫器。 7. 數(shù)據(jù)傳輸速率 有高/低二種傳輸速率。一般的廠商都選擇高速數(shù)據(jù)傳輸速率。 本節(jié)說明電子標(biāo)簽是指EPC C1 G2中定義的標(biāo)簽，對(duì)于每個(gè)廠商生產(chǎn)的電子標(biāo)簽，其存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)是相同的，但容量大小會(huì)有差別。 1. 電子標(biāo)簽存儲(chǔ)器 在

15、邏輯上來說，一個(gè)電子標(biāo)簽分為四個(gè)存儲(chǔ)體，每個(gè)存儲(chǔ)體可以由一個(gè)或一個(gè)以上的存儲(chǔ)器字組成。其存儲(chǔ)邏輯圖如圖2- 6所示。 從上述結(jié)構(gòu)圖中可以看到，一個(gè)電子標(biāo)簽的存儲(chǔ)器分成四個(gè)存儲(chǔ)體分別是：存儲(chǔ)體00、存儲(chǔ)體01、存儲(chǔ)體10和存儲(chǔ)體11。 1） 存儲(chǔ)體00 存儲(chǔ)體00為保留內(nèi)存，保留內(nèi)存為電子標(biāo)簽存儲(chǔ)口令（密碼）的部份。包括滅活口令和訪問口令。滅活口令和訪問口令都為4個(gè)字節(jié)。 其中： 滅活口令的地址為00H-03H（以字節(jié)為單位）； 訪問口令的地址為04H-07H。 2） 存儲(chǔ)體01 存儲(chǔ)體01為EPC存儲(chǔ)器，EPC存儲(chǔ)器用于存儲(chǔ)電子標(biāo)簽的EPC號(hào)、PC（協(xié)議-控制字）以及CRC-16校驗(yàn)碼。 CR

16、C-16為本存儲(chǔ)體中存儲(chǔ)內(nèi)容的CRC校驗(yàn)碼。 PC：電子標(biāo)簽的協(xié)議-控制字。 PC表明本電子標(biāo)簽的控制信息。 PC為2個(gè)字節(jié)，16位，其每位的定義如表2- 12所示。 EPC號(hào)是識(shí)別標(biāo)簽對(duì)象的電子產(chǎn)品碼，由PC的值來指定的若干個(gè)字。EPC存儲(chǔ)在以20h存儲(chǔ)地址開始的EPC存儲(chǔ)器內(nèi)，MSB優(yōu)先。 位位數(shù)值數(shù)值04-00位電子標(biāo)簽的EPC號(hào)的數(shù)據(jù)長度00000EPC為一個(gè)字，16位00001EPC為兩個(gè)字，32位00010EPC為三個(gè)字，48位11111EPC為32個(gè)字07-05位000RFU0F-08位00000000 3） 存儲(chǔ)體10 存儲(chǔ)體10是TID存儲(chǔ)器，該存儲(chǔ)體是指電子標(biāo)簽的產(chǎn)品類識(shí)別

17、號(hào)，每個(gè)生產(chǎn)廠商的TID號(hào)都會(huì)不同。 用戶可以在該存儲(chǔ)區(qū)中存儲(chǔ)其自身的產(chǎn)品分類數(shù)據(jù)及產(chǎn)品供應(yīng)商的信息。 一般來說，TID存儲(chǔ)區(qū)的長度為4個(gè)字。 但有些電子標(biāo)簽的生產(chǎn)廠商提供的TID區(qū)會(huì)為2個(gè)字或5個(gè)字。 用戶在使用時(shí)，需根據(jù)自己的需要選用相關(guān)廠商的產(chǎn)品。 4） 存儲(chǔ)體11 存儲(chǔ)體11是用戶存儲(chǔ)器，該存儲(chǔ)區(qū)用于存儲(chǔ)用戶自定義的數(shù)據(jù)。 用戶可以對(duì)該存儲(chǔ)區(qū)進(jìn)行讀、寫操作。 該存儲(chǔ)器的長度由各個(gè)電子標(biāo)簽的生產(chǎn)廠商確定。 相對(duì)來說，存儲(chǔ)長度大的電子標(biāo)簽價(jià)格會(huì)高一些。 用戶應(yīng)根據(jù)自身應(yīng)用的需要，來選擇相關(guān)長度的電子標(biāo)簽，以減低標(biāo)簽的成本。 2. 存儲(chǔ)器的操作 由電子標(biāo)簽供應(yīng)商提供的標(biāo)簽為空白標(biāo)簽，用戶首先

18、會(huì)在電子標(biāo)簽的發(fā)行時(shí)，通過讀寫器將相關(guān)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在電子標(biāo)簽中（發(fā)行標(biāo)簽）。 然后在標(biāo)簽的流通使用過程中，通過讀取標(biāo)簽存儲(chǔ)器的相關(guān)信息，或?qū)⒛碃顟B(tài)信息寫入到電子標(biāo)簽中得完成系統(tǒng)的應(yīng)用。 對(duì)于電子標(biāo)簽的四個(gè)存儲(chǔ)區(qū)，讀寫器提供的存儲(chǔ)命令都能支持對(duì)其的讀寫操作。 但有些電子標(biāo)簽在出廠時(shí)就己由供應(yīng)商設(shè)定為只讀的，而不能由用戶自行改寫，這點(diǎn)在選購電子標(biāo)簽時(shí)需特別注意。 本節(jié)內(nèi)容描述應(yīng)用電子標(biāo)簽的命令集，用戶若需詳細(xì)了解，請(qǐng)參考EPC C1 G2 UHF的標(biāo)準(zhǔn)資料。 電子標(biāo)簽的操作命令集 在對(duì)電子標(biāo)簽的操作中，有三組命令集用于完成相關(guān)的操作。 這三組命令集分別是：選擇、盤存及訪問，分別由一個(gè)或多個(gè)命令組成。 1） 選擇（SELECT） 選擇命令集由一條命令組成。 讀寫器對(duì)電子標(biāo)簽的讀寫操作前，需應(yīng)用選擇命令集