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近距离通信的SWP方案及在SIM卡中的实现方法

北京邮电大学计算机科学与技术学院 韩丽英 陈绍强?? 2010年07月05日 ?? 收藏0

?  1.1.2? 主动模式通信原理

  在主动模式下,NFC发起设备要发送数据给目标设备时,必须产生自己的射频场;被读NFC设备发送响应给发起设备时,也要产生自己的射频场。发起设备和目标设备都要产生自己的射频场,这是对等网络通信的标准模式,可以获得非常快速的连接设置[1]。

  移动设备主要工作在被动模式,可以大幅降低功耗,并延长电池寿命。主动模式主要是针对点对点模式,用于笔记本、手机、数码相机之间的数据交换。

  1.2? 近距离通信与RFID的关系

  NFC是一种基于RFID的无线通信技术,二者都工作在13.56 MHz频带。在标签模式下,NFC利用RFID的通信原理,都基于无线频率的电磁感应耦合原理。

  但是NFC技术是无线通信的新技术,与RFID还是有区别的:NFC技术增加了点对点通信功能,可以快速建立蓝牙设备之间的P2P(点对点)无线通信,NFC设备彼此寻找对方并建立通信连接。P2P通信的双方设备是对等的,而RFID通信的双方设备是主从关系。

  2? SWP标准及连接方案

  2.1? SWP标准[3]

  SWP连接方案基于ETSI(欧洲电信标准协会)的SWP标准,该标准规定了SIM卡和NFC芯片之间的通信接口。

  SWP(单线协议)是在一根单线上实现全双工通信,即S1和S2这两个方向的信号,如图1所示。通信的双方是UICC(Universal Integrated Circuit Card,通用集成芯片卡)和CLF(Contactless Front?瞖nd,非接触前端)。S1是电压信号,SIM卡通过电压表检测S1信号的高低电平,采用电平宽度调制;S2信号是电流信号,采用负载调制方式。S2信号必须在S1信号为高电平时才有效,S1信号为高电平时导通其内部的一个三极管,S2信号才可以传输。S1信号和S2信号叠加在一起,在一条单线上实现全双工通信[4]。

SWP信号定义

图1? SWP信号定义

S1信号的编码

图2? S1信号的编码

  S1信号的编码如图2所示,逻辑1在3/4周期(3/4T)内为高电平,逻辑0在1/4周期(1/4T)内为高电平。S2信号在S1信号为高时有效,在S1信号为低时才能进行由低电平到高电平的切换。SWP有3种传输速率:212 kbps、424 kbps、848 kbps,对数据位进行扩展之后,传输速率可以达到1 696 kbps。

  SWP协议是关于物理层和数据链路层的协议。物理层负责UICC和CLF之间物理链路的激活、保持、解除工作。SWP协议要求UICC的工作电压为1.8~3.3 V。

  与OSI协议类似,数据链路层分为MAC(媒介访问控制)层和链路控制层。在MAC层采用位填充的成帧方法。链路控制层包括3种类型的帧协议:ACT协议、SHDLC协议以及CLT(非接触通道)协议。在SWP接口的设计中,使用了前两种协议。

  ACT协议是接口激活协议,用于激活SWP接口。在没有射频场时,SWP接口处于去激活状态。在标签模式下,感应到外界存在射频场后,NFC芯片被激活,UICC收到NFC芯片的高电平信号后,使用ACT帧建立物理链路的连接。

  SHDLC协议是ISO制定的高级数据链路控制规范的简单版本,也是面向位的同步链路。该协议主要用来传输交互的数据信息,其信息帧承载上层 HCP(主机控制协议)的包数据。此外,SHDLC协议还具有流控管理、错误检查、出错后数据重传等功能。为了保证数据的正确发送与接收,兼容NFC芯片与UICC不同速率传输的通信能力,在使用SHDLC协议通信前,首先要建立数据链路,双方协商滑动窗口的大小。

  2.2? SWP连接方案

  本文中,CLF嵌入在手机内部,UICC使用的是SIM卡,手机通过SIM卡与NFC芯片通信。NFC芯片与SIM卡的连接方案有多种,本文提出的是基于C6引脚的SWP(单线协议)方案。SWP协议连接手机NFC芯片与SIM卡,规定两者之间的通信接口。图3是SWP连接方案的示意图。

SWP连接方案示意图

图3? SWP连接方案示意图

  本方案使用了SIM卡的3个引脚连接NFC芯片:C1(VCC)、C5(GND)、C6(SWP)。其中,SWP引脚在一根单线上基于电压和负载调制原理实现全双工通信。SIM卡支持ISO7816和SWP两个接口,在大容量卡项目中还支持高速下载接口,通过预留的C4和C8接口来实现。支持 SWP的SIM卡必须同时支持两个协议栈——ISO7816和SWP协议栈,这需要SIM卡的COS(片上操作系统)是多任务系统。

  SIM卡需要单独管理这两个协议栈。SWP方案加入SIM卡系统后,不能影响ISO7816接口。举个例子,SIM卡有8个引脚,RST引脚用于复位SIM卡的ISO7816接口,SWP方案加入SIM卡后,RST引脚的Reset信号对SWP接口没有作用,SWP接口通过SWP引脚复位。


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近距离通信? SWP? SIM卡? RFID?

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