致终将火爆的NFC——ISO14443 TypeA

毫无疑问，当NFC终端越来越普及，逐渐成为智能手机标配功能后，我们终将迎来NFC的火爆。国内NFC应用最为广泛的将是TypeA，如Mifare、NFC Tag、移动支付等，所以接下来将主要研究TypeA相关的协议细节。

ISO14443分为4部分，硬件主要了解前两部分，软件和应用开发则需要了解后两部分ISO14443-3和ISO14443-4。

ISO14443-1定义了IC卡的物理特性。

ISO14443-2定义了频率、射频能量、编码等内容。

ISO14443-3定义了TypeA/TypeB的初始化和防冲突机制。其中Mifare 1就只到这一层。

ISO14443-4定义了卡片的数据传输协议。

第1部分关于物理特性，内容很少，过一下即可。

第2部分定义了NFC的频率为13.56MHz±7KHz，定义了最大和最小的能量场的范围值，以及TypeA、TypeB的调制方式。见下图，

对比可以看见TypeA的PCD采用了100%的调制方式，而TypeB则采用了10%的调制方式，TypeA能量传送并不均匀，而TypeB采用的10%ASK方式对于射频卡来说可以获得更稳定的能量供给。

再看一下TypeA对信号的要求。

他通过一个2-3us的通信间隙来传递数据，这也意味着PICC在这个时间间隙中无法得到PCD的能量，只能靠卡片内部电容放电来维持内部逻辑电路的工作。

1、PCD to PICC即读卡器到卡，TypeA的PCD采用改进的米勒(Modified Miller)编码，通信速率为106Kbps(13.56MHz/128)，码元周期为9.4us，调制深度为100%，ASK方式。

首先有以下序列定义：

X序列	从码元的中心位置开始调制2-3us
Y序列	整个码元周期内不进行调制
Z序列	在码元始起处调制载波2-3us

然后根据上述序列，进行以下编码：

开始位	序列Z
结束位	逻辑0后接着一个序列Y
逻辑0	若前一个码远是X序列则输出Y序列，否则输出Z序列
逻辑1	序列X
无信息	至少2个Y序列

PCD to PICC sample (0x26)

2、PICC to PCD即射频卡到读卡器，TypeA的PICC采用曼切斯特(Manchester)编码，通信速率也为106Kbps，调制深度为10%，ASK方式。射频卡到读卡器的信号并非由基带信号直接调制载波信号，而是由848KHz的副载波信号对载波信号进行调制。编码定义如下：

起始位	在码元的前半周期，用副载波对载波进行调制
结束位	在整个码元周期内不使用副载波调制
逻辑0	在码元的后半周期，使用副载波对载波进行调制
逻辑1	在码元的前半制期，用副载波对载波进行调制

PICC to PCD sample (0x0400)

TypeA使用了半双工通信，通过电磁场传递能量及数据。PCD和PICC通过数据帧交换数据。帧理解为数据流，TypeA分为标准帧和短帧。

短帧用于通信初始化，只具有开始位、7位数据位、结束位。数据部分LSB先发送。

标准帧用于普通的数据交换，每帧包括开始位、字节数据、校验位……结束位。而每字节数据则包含了8位数据，校验位。数据部分LSB先发送。

应用中可能有当多张卡同时放置于PCD上，这时会产生冲突问题。在TypeA中设计了防冲突机制来解决，A卡使用了比特碰撞检测，速度较快。

首先PCD发送REQA(26h)，接着放置于PCD能量场中的所有PICC将同步发出ATQA应答，接着，双方进入防冲突循环，PCD利用ANTICOLLISION和SELECT命令进行防冲突循环。

根据上一文章的TypeA PICC编码知道，逻辑1是在码元的前半周期进行调制，而逻辑0是在码元的后半周期进行调制。

如有多张卡片其ID并不相同，则会在某一位产生冲突，具体现象是某一位的前后周期都被调制。而PCD将识别出这个冲突位置，根据这个值设定NVB，然后进行SELECT，如果这个NVB条件下仍有多张卡，将再次产生冲突，此时进行上述循环，直到不再冲突，然后选择出最后的卡。

如下图，可看到Start位之后出现了连续的调制，而正常数据应该只有前半周期或后半周期调制，所以PCD此时可判断出来比特位冲突。

下图是ISO14443中的冲突、选卡实例：

PICC分为IDLE、READY、ACTIVE、HALT几个状态。当PICC靠近PCD并从PCD能量场中获得能量后即进入IDLE状态，此时卡片可以通过REQA和WUPA命令进入READY状态；READY状态的卡片接受PCD的防冲突选卡，一旦选卡成功，卡片进入ACTIVE状态；ACTIVE状态可进行ISO14443-4的操作；在ACTIVE状态下，PCD发HLTA命令可让卡片进入HALT状态，此时需要重新WUPA后才能重新选卡。

有了HALT命令，当几个PICC放置在PCD之上时，可以在用户不移动卡片的条件下，由PCD轮流选择卡片使用。