NFC芯片相关的内容总结

前言

我们提到NFC的一些标准，这些标准主要是读卡器和标签卡之间的通信协议。所以我们要对标签卡进行读写就需要了解相关协议。我们先从ISO14443A开始了解，因为目前市面上使用该标准的卡最多。

ISO14443简介

ISO14443分为4个部分协议，这4个部分对应不同的分层。

ISO14443-1: 定义物理特性，可以理解为物理层。

ISO14443-2: 射频电源和信号接口。

ISO14443-3: 初始化和防碰撞。

ISO14443-4: 传输协议。

注意：ISO14443A和ISO14443B都是分成这4个部分，大多数是共用的，只是里面有部分是描述A的，部分是描述B的。

名词解析 PCD: Proximity Coupling Device, 近耦合设备, 简单理解就是读写卡设备。 PICC: Proximity Card, 感应卡，简单理解就是标签卡。 SAK: Select Acknowledge

UID: Unique Identifier, 唯一标识符

命令介绍

对于软件开发者而言，我们主要是研究ISO14443-3和ISO14443-4协议。初始化和防碰撞相关内容在ISO14443-3上。

ISO14443-3协议中定义了相关的时序和命令，我们先不探讨时序，本文主要来了解命令(Command)定义。

REQA/WUPA

读卡器发送REQA或WUPA命令来检查是否有卡存在。命令码如下:

*注意: 只有7个bit

那这两条命令有什么区别呢？

WUPA命令是处于IDLE或HALT状态的卡都会应答，而REQA命令只有处于IDLE状态的卡会应答。标签卡刚上电就处于IDLE状态，当读卡器发送HALT命令之后，标签卡就进入HALT状态(就是休眠状态)。

ANTICOLISION和SELECT

这两条命令是用来进行防碰撞的，所谓的防碰撞就是当有多张卡被检查到时，要如何选择卡。命令格式如下:

(1) SEL：选择码，选择代码分成三个层次，级别一选择代码为0x93，级别二为0x95，级别三为0x97。为什么会有三级呢? 因为一张卡的UID有可能是4Byte，7Byte或10Byte。可能有些人又会有疑问，上面UID字段不是才5Byte吗，如何读出7个和10个字节呢？下面内容会解释。

(2) NVB：有效比特数，指PCD传输了的字节数和比特位数。NVB的高4位表示已经传输的字节数，低4位表示已经传输的bit。比如:00100001, 就是2byte+1bit，总共传输了17bit。当NVB为0x70时，则表示的是SELECT命令。

(3)UID: 唯一ID,  传输的长度根据具体的碰撞情况而定，传输范围在0~40个比特位之间，它会由NVB指出。

防碰撞是用来确定要选择的卡的一个过程，它会循环轮询UID的每个bit，最终确定卡的UID。

HALT

HALT命令用来让卡进入休眠状态。命令格式如下：

CRC_A为两个字节, 这条指令是没有应答的！

ATQA

ATQA命令是REQA或WUPA命令的应答。命令格式如下：

(1)Proprietary coding：这几位留给厂家自定义

(2)UID size bit frame: 指示UID的长度

(3)Bit frame anticollision：防撞比特位，不为0时表示有多张卡响应REQA或WUPA命令。

SAK

SAK是SELECT命令的应答，命令格式如下：

SAK字段定义如下:

通过bit3和bit6来确定UID是否完整，以及PICC是否支持ISO14443-4。

PCD检测PICC流程

PCD检测PICC的主要包含PICC检测、防碰撞和确定PICC类型三个部分。

(1)PCD发出REQA命令，如果有PICC响应ATQA，则表示找到ISO14443A类型的PICC。

(2)进行防碰撞, 防碰撞的过程分成三个级别，第一个级别必须要有，第二和第三级别根据UID的长度而定。

(3)确定PICC类型，该部分主要由PICC发送SAK，然后PCD解析SAK，从而确定PICC是否支持ISO14443-4。

防碰撞流程

(1)上图中的流程1~3设置了SEL和NVB, 然后PCD发送ANTICOLLISION命令。上面解释过NVB的含义，所以0x20表示两个字节，也就对应SEL和NVB这两个字节。

(2)流程4~5会根据收到的数据判断是否有bit冲突。有冲突则要选择该位是0，还是1，然后继续发送ANTICOLLISION命令，直到没有冲突。

(3)没有bit冲突之后，PCD发送SELECT命令，最后收到PICC的SAK。

防碰撞级别

上面说过防碰撞级别，通过下图来更直观地理解。

如果UID为4个字节，则只需发送第一级ANTICOLISION(0x93)；如果UID长度为7个字节，则发完第一级ANTICOLISION(0x93)，  还要继续发第二级ANTICOLISION(0x95)；如果UID长度为10个字节，除了发送第一，二级，还要发送第三级ANTICOLISION(0x97)。

通过多级ANTICOLISION之后才能获取到标签卡(PICC)的完整UID。

总结

单纯看协议可能会比较枯燥，所以建议可以找一份代码，边看代码边阅读协议，比如RC522的参考代码。

审核编辑：刘清