NFC，全稱是Near Field Communication，即“近場通信”，也叫“近距離無線通信”。NFC誕生于2004年，是基于RFID非接觸式射頻識別技術(shù)演變而來，由當時的龍頭企業(yè)NXP(原飛利浦半導(dǎo)體)、諾基亞以及索尼聯(lián)合發(fā)起。NFC采用13.56MHz頻段，設(shè)計運行于20厘米距離之間，傳輸速度分為13.25KB/s、26.5KB/s、53KB/s三種。

NFC雖然具有只需要靠近就能快速完成配對和傳輸全過程的優(yōu)勢，但是所謂成也蕭何敗也蕭何，其短距離才能建立連接，以及低帶寬的特點在面對手機與其他電子設(shè)備無線連接需求時劣勢盡顯，再加上跟藍牙相比，其需要單獨的天線（藍牙可以wifi公用），所以其在剛誕生之際鮮有移動設(shè)備搭載此項功能，倒是在門禁等安防系統(tǒng)中有所應(yīng)用。后來隨著移動支付的需求增加，NFC功能又迎來了新的機遇。

本篇文章從NFC的技術(shù)誕生背景將起，從最常見的應(yīng)用入手，由上到下講述了整個NFC技術(shù)從理論到實現(xiàn)的過程，NFC讀卡器使用的是復(fù)旦微電子的FM17XX系列芯片,NFC卡片為M1。

目錄

NFC技術(shù)概述

防止沖突機制?

卡片認證

實現(xiàn)原理?

嵌入式軟件?

卡片觸發(fā)

INITVAL VALUE

讀卡

寫卡?

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NFC技術(shù)概述

在講NFC之前，先講講它的前輩：RFID，其英文全稱是radio-frequency identification，即射頻識別技術(shù)。RFID系統(tǒng)使用標簽(Tag)來識別物體。除了標簽，RFID系統(tǒng)還有一個雙向無線收發(fā)機，被稱為讀寫器(Interrogator/Reader)，向標簽發(fā)送信號，并讀取標簽的反饋。RFID屬于自動識別（AIDC：Automatic Identification and Data Capture）技術(shù)中的一種。這個識別過程如下：

1. 首先，跟物品綁定的數(shù)據(jù)會預(yù)先通過讀寫器存儲在RFID標簽中。
2. 當標簽進入讀寫器掃描天線的范圍內(nèi)時，無源RFID標簽的天線將接收到的電磁波能量轉(zhuǎn)化成電能，激活RFID標簽中的芯片，并將RFID芯片中的數(shù)據(jù)發(fā)送出來。
3. 無線電波被讀寫器的天線接收，讀寫器將這些無線電波解碼為數(shù)字信息。

NFC作為RFID技術(shù)的后輩，在設(shè)計之初旨在智能設(shè)備的近場雙向通信，但是其誕生之后，應(yīng)用最為廣泛還是門禁的功能。

ISO14443協(xié)議是Contactless card standards（非接觸式IC卡標準）協(xié)議，它定義了以下兩個主體：

• PICC：接近式卡 Proximity Card(PICC) (卡片)。
• PCD : 接近式耦合設(shè)備 Proximity coupling device (PCD)(讀卡器)

根據(jù)信號發(fā)送和接收方式的不同，ISO/IEC14443-3定義了TYPEA、TYPEB兩種卡型。??以飛利浦，西門子公司為代表的TYPEA。?以摩托羅拉，意法半導(dǎo)體公司為代表的TYPEB。今天我們講到的為M1卡，指的是菲利浦下屬子公司恩智浦出品的芯片縮寫，全稱為NXP Mifare1系列，常用的有S50及S70兩種型號，屬于TYPEA類型。

讀卡機我們文章涉及到的FM17XX系列芯片，可分別支持13.56MHz頻率下的typeA、 typeB、15693三種非接觸通信協(xié)議，支持MIFARE和SH標準的加密算法。

標準不僅定義了射頻卡和讀寫器的物理特性，例如頻率和天線設(shè)計，還描述了射頻卡與讀寫器之間的初始化和防沖突機制以及數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議和指令集。下圖是文章涉及的讀卡機與卡片的通信流程。

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防止沖突機制?

讀卡器正常情況下一個時間點只能對磁場中的一張卡進行讀或?qū)懖僮?#xff0c;但是實際應(yīng)用中經(jīng)常有當多張卡片同時進入讀寫器的射頻場，讀寫器怎么處理呢?讀寫器需要選出特定的一張卡片進行讀或?qū)懖僮?#xff0c;這就是標簽防碰撞。常見的防沖突機制主要有以下幾種：

• 面向比特的防沖突機制,ISO14443A(TYPEA)使用這種防沖突機制，其原理是基于卡片有一個全球唯一的序列號。比如Mifare1卡，每張卡片有一個全球唯一的32位二進制序列號。
• 面向時隙的防沖突機制,ISO14443B(TYPEB)中使用這種防沖突機制。
• 位和時隙相結(jié)合的防沖突機制,ISO15693中使用這種機制。一方面每張卡片有一個7字節(jié)的全球唯一序列號，另一方面讀寫器在防沖突的過程中也使用時隙叫號的方式，不過這里的號不是卡片隨機選擇的，而是卡片唯一序列號的一部分。

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卡片認證

三重加密算法被用于執(zhí)行標準認證。在密鑰緩沖器中必須存儲準確的密鑰以便能夠進行成功的認證操作。

1. 通過LoadKeyE2或者LoadKey加載密鑰到內(nèi)部密鑰緩沖器。
2. 啟動Authent1指令結(jié)束之后，檢查錯誤標志來判斷執(zhí)行結(jié)果。
3. 啟動Authent2指令，結(jié)束之后，檢查錯誤標志以及Crypto1On標志來判斷執(zhí)行結(jié)果。

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實現(xiàn)原理?

使用任意型號的MCU（一般需要具有低功耗模式）作為微處理器（下圖中的uProcessor）,MCU與FM17XX系列芯片采用SPI接口進行通信，天線直接連接FM17XX，具體如下圖。

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嵌入式軟件?

嵌入式軟件從下到上主要分為以下三層：

1. 常用/基本函數(shù)，包括卡片UID種類判斷，FM17XX初始化，命令傳輸，向EEPROM以及FIFO讀寫數(shù)據(jù)等。
2. FM17XX卡片操作基本函數(shù)，包括HALT,LOADKEY,REQUEST,ANTICOLLISION,SELECT,AUTHENTICATION,READ,WRITE,INCREMENT,DECREMENT,RESTORE,TRANSFER。
3. 應(yīng)用功能函數(shù)。

下面主要將應(yīng)用功能的部分函數(shù)貼上來供各位深入理解讀卡器對卡片的操作功能。

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卡片觸發(fā)

/*************************************
/*名稱: HL Active
/*功能: 該函數(shù)實現(xiàn)高級 MIFARE 卡激活命今
/*輸入: Secnr: 扇區(qū)號
/*      Block Adr: 塊地址
/*輸出:操作狀態(tài)碼
/*     讀出數(shù)據(jù)存于 buffer 中
*************************************/
uchar HL_Active(uchar Block_Adr,uchar Mode)
{uchar temp;Secnr = Block_Adr/4;MIF_Halt();                        //Halttemp = Request(RF_CMD_REQUEST+STD);//Requestif(temp != FM1715_OK){return(FM1715_REQERR);}temp = AntiColl();                //AntiColif(temp != FM1715_OK){return(FM1715_ANTICOLLERR);}temp = Select_Card();             ///Selectif(temp != FM1715_OK){return(FM1715_SELERR);}Load_keyE2_CPY((Secnr%16)，Wode);//LoadKeytemp = Authentication(UID, Secnr, Mode);//Authenticationif(temp != FM1715_OK){return(FM1715 AUTHERR)}return FM1715_OK;
}

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INITVAL VALUE

/**************************************
/*名稱:MIF_Initival
/*功能: 該函數(shù)實現(xiàn) MIFARE 卡初始化值操作
/*輸入: buff: 四個字節(jié)初始化數(shù)值起始地加
/*      Block Adr: 塊地址
/*輸出: FM1715 NOTAGERR:無卡
/*      FM1715 BYTECOUNTERR: 接收字節(jié)錯誤
/*      FM1715 NOTAUTHERR: 未經(jīng)權(quán)威認證
/*      FM1715 EMPTY:數(shù)據(jù)溢出錯誤
/*      FM1715 CRCERR: CRC 校驗錯
/*      FM1715 PARITYERR: 奇偶校驗錯
/*      FM1715 WRITEERR: 寫卡塊數(shù)據(jù)出錯
/*      FM1715 0K: 應(yīng)答正確
/**************************************
uchar MIF_Initival(uchar idata *buff,uchar Block_Adr)
{uchar idata temp;uchar i;for (i = 0; i < 4: i++){*(buff + 4 + i)=~(*(buff + i));}    for (i = 0;i < 4: i++){*(buff + 8 + i)=*(buff + i);}*(buff + 12) = Block Adr;*(buff + 13) =Block Adr;*(buff + 14) = Block Adr;*(buff + 15) =Block Adr;temp = MIF_Write(buff, Block_Adr);return temp;
}

---

讀卡

/***************************
/*名稱: HL Read
/*功能:該函數(shù)實現(xiàn)高級讀命令
/*輸入:Secnr: 扇區(qū)號
/*     Block Adr: 塊地址
/*輸出:操作狀態(tài)碼
/*讀出數(shù)據(jù)存于 buffer 中
/***************************
uchar HL_Read(uchar idata *buff,uchar Block_Adr,uchar Mode)
{uchar temp;temp = HL Active(Block_Adr, Mode);if(temp != FM1715_OK){return temp;}//Readtemp = MIF_READ (buff,Block_Adr);if(temp != FM1715_OK){return temp;}return FM1715_OK
}

---

寫卡?

/*******************************
/*名稱: HL Write
/*功能:該函數(shù)實現(xiàn)高級寫命令
/*輸入: buff: 待寫入數(shù)據(jù)的首地址
/*      Secnr: 刷區(qū)號
/*      Block Adr: 塊地址
/*輸出:操作狀態(tài)碼
/*******************************
uchar HL_Write(uchar idata *buff,uchar Block_Adr,uchar Mode)
{uchar temp;temp = HL_Active(Block_Adr, Mode);if(temp != FM1715_OK){return temp;}//Writetemp = MIF_Write(buff, Block_Adr);if(temp != FM1715_OK){return FM1715_WRITEERR;}return FM1715_OK;
}

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