目前廣泛使用的非接觸讀卡芯片主要是Philips公司的RC500，RC531和RC632,，以及TI公司的部分非接觸讀卡芯片,，但是由于這些芯片功能不強(qiáng)，具有較大的偏向性,。文中介紹了Inside Contactless公司推出的PicoRead RF芯片較好地解決了上述問(wèn)題,。在介紹PicoRead RF芯片的特點(diǎn)、工作原理和內(nèi)部結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上,，對(duì)軟件實(shí)現(xiàn)的流程進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明,。
1 PicoRead RF的特點(diǎn)
PicoRead RF芯片為一款標(biāo)準(zhǔn)的13．56 MHz非接觸讀卡芯片，采用該芯片設(shè)計(jì)的非接觸讀卡器滿足ISO14443,，ISO15693,，Sony Felica等協(xié)議，它支持非接觸卡片(或者非接觸標(biāo)簽)發(fā)送數(shù)據(jù)和能量,，并從非接觸卡片(或者非接觸標(biāo)簽)中獲取相關(guān)數(shù)據(jù),。
PicoRead RF芯片可支持ISO15693規(guī)范，ISO14443 TypeA,，TrypeB規(guī)范,，Sony Felica協(xié)議,，以及其他的傳輸速度為26～848 kB／s的非接觸協(xié)議；并支持?jǐn)?shù)據(jù)和能量的非接觸傳輸,；支持SPI協(xié)議和并口傳輸協(xié)議,；其操作距離可達(dá)10 cm，并具有卡檢測(cè)和感應(yīng)區(qū)載波信號(hào)檢測(cè)機(jī)制,，實(shí)行1 Byte-2級(jí)FIFO管理,，非常適用于NFC手機(jī)之類的應(yīng)用場(chǎng)合，以及PayPass讀卡器的設(shè)計(jì),。
2 PiCORead RF的硬件設(shè)計(jì)與工作原理
非接觸IC卡與讀卡器之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^(guò)程和原理如下：當(dāng)卡片在一定距離靠近讀卡器表面時(shí),，非接觸性IC卡與讀卡器之間通過(guò)無(wú)線電波來(lái)完成讀寫操作。非接觸IC卡本身是無(wú)源卡,，當(dāng)讀卡器對(duì)卡進(jìn)行讀寫操作時(shí),，讀卡器發(fā)出兩部分信號(hào)：一部分是電源信號(hào)，該信號(hào)由卡接收后,，與本身的器件一起產(chǎn)生瞬間能量來(lái)供給芯片工作,；另一部分則是指令和數(shù)據(jù)信號(hào)，指揮芯片完成數(shù)據(jù)的讀取,、修改,、儲(chǔ)存等，并返回信號(hào)給讀卡器完成一次讀寫操作,。
文中所設(shè)計(jì)的IC卡讀卡器由微控制器(MCU),、射頻發(fā)射和接收處理單元、接口電路,、時(shí)鐘電路,、液晶顯示(LCD)模塊、時(shí)鐘以及存儲(chǔ)器組成,。本設(shè)計(jì)采用PicoRead RF芯片作為讀卡器中的射頻發(fā)射和接收處理單元讀寫芯片。結(jié)構(gòu)如圖1所示,。
讀卡器中的微控制器為主控制單元,。PicoReadRF芯片作為讀卡器中的射頻發(fā)射和接收處理單元讀寫芯片。它是微控制器與非接觸式IC卡之間的“橋梁”,，它一方面可以將微控制器發(fā)送給IC卡的指令和數(shù)據(jù)調(diào)制在13．56 MHz的振蕩信號(hào)上,，通過(guò)高頻天線發(fā)射出去；另一方面接收來(lái)自IC卡的應(yīng)答信息,，并將其解調(diào)成數(shù)字信號(hào)傳給微控制器,，實(shí)現(xiàn)微控制器與IC卡之間的雙向通信。
接口電路是微控制器與PC機(jī)之間的通信“橋梁”,，可以實(shí)現(xiàn)讀卡器和PC機(jī)之間的串行或并行通信,。時(shí)鐘電路為系統(tǒng)提供實(shí)時(shí)時(shí)鐘,，液晶顯示模塊平時(shí)顯示時(shí)間，讀卡時(shí)顯示所讀到的內(nèi)容,。上述幾個(gè)模塊以邏輯設(shè)計(jì)配合,，通過(guò)程序控制完成對(duì)非接觸式IC卡的讀寫。
3 PiCORead RF的軟件設(shè)計(jì)
PicoRead RF應(yīng)用于非接觸支付環(huán)境時(shí),，大致的控制流程,，如圖3所示。
PicoRead RF的軟件設(shè)計(jì)和指令控制分以下3個(gè)階段：
(1)寄存器構(gòu)造階段(Configuration Mode),，主要完成系統(tǒng)的初始化,。當(dāng)卡片靠近讀卡器表面時(shí)，讀卡器發(fā)出電源信號(hào),，并產(chǎn)生能量供給芯片工作,，此時(shí)芯片進(jìn)入寄存器構(gòu)造階段：主要完成芯片復(fù)位、初始化以及本次交易所使用非接觸協(xié)議的相關(guān)參數(shù)配置,，以實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)的非接觸通信協(xié)議,。相應(yīng)參數(shù)設(shè)置成功后，讀卡器的液晶屏?xí)@示“系統(tǒng)初始化成功”,。
(2)數(shù)據(jù)發(fā)送階段(Emission),，當(dāng)成功進(jìn)行初始化之后，讀卡器識(shí)別出在作用范圍內(nèi)有IC卡的存在,，通過(guò)微控制器發(fā)出控制指令,，將芯片設(shè)置為數(shù)據(jù)發(fā)送模式，并檢測(cè)FIFO數(shù)據(jù)緩存器的狀態(tài),，從而保證數(shù)據(jù)可以順序讀入和讀出,。接下來(lái)就可以進(jìn)行數(shù)據(jù)的發(fā)送，發(fā)送完畢后,，微控制器會(huì)發(fā)出指令判斷是否有多余數(shù)據(jù),，若有，則重復(fù)上述操作,，繼續(xù)傳輸,，若無(wú)，則進(jìn)入數(shù)據(jù)接收階段,。在數(shù)據(jù)發(fā)送階段,，除完成幀數(shù)據(jù)的發(fā)送以外，還需對(duì)相關(guān)奇偶位,、CRC校驗(yàn)值進(jìn)行配置,。
(3)數(shù)據(jù)接收階段(Reception)，微控制器發(fā)出控制指令,，將芯片設(shè)置為數(shù)據(jù)接收模式,，并指揮芯片完成數(shù)據(jù)的接收,，接收完畢，返回信號(hào)給讀卡器完成一次讀寫操作,。若未接受完畢,，則返回初始狀態(tài)重新上述操作。數(shù)據(jù)接收階段除完成幀數(shù)據(jù)的接收以外,，還會(huì)進(jìn)行奇偶校驗(yàn)和CRC校驗(yàn),。
4 結(jié)束語(yǔ)
對(duì)PicoRead RF的特點(diǎn)和應(yīng)用進(jìn)行了描述，并就如何在硬件和軟件上實(shí)現(xiàn)PicoRead RF的非接觸應(yīng)用做了介紹,。Inside Contactless公司推出的這款非接觸芯片性能穩(wěn)定,、支持的非接觸協(xié)議多，同時(shí)較其他的非接觸芯片在價(jià)格上有一定的優(yōu)勢(shì),，因此在設(shè)計(jì)非接觸讀卡設(shè)備(NFC手機(jī),、PayPass讀卡器等)時(shí)是一種較好的選擇。