無(wú)線(xiàn)射頻識別(RFID)芯片技術(shù)

　　l Mifare lS50卡的結構及主要特性

　　Mifare 1 S50卡是一種非接觸式IC卡，又稱(chēng)RFID卡(射頻卡)。RFID卡是世界上最近幾年蓬勃發(fā)展起來(lái)的一項新技術(shù)，他成功地將射頻識別技術(shù)和IC卡技術(shù)結合起來(lái)，解決了卡中無(wú)電源和免接觸使用這一難題，是電子器件領(lǐng)域的

　　Mifare 1S50卡的電氣部分只由一個(gè)天線(xiàn)和一塊RFID芯片組成。其中天線(xiàn)是只有幾組繞線(xiàn)的線(xiàn)圈，封裝到ISO卡片中。數據保存期為10年，可改寫(xiě)10萬(wàn)次，讀無(wú)限次?？ㄅc讀寫(xiě)器之間的通訊采用國際通用的DES和RES保密交叉算法，具有極高的保密性能。其主要特性
如下：

　　工作頻率：13．56 MHz；

　　通信速率：106 kb／s；

　　防沖突：同一時(shí)間可處理多張卡；

　　讀寫(xiě)距離：在100 mm內(與天線(xiàn)形狀有關(guān))能方便快速地傳遞數據；

　　握手式半雙工通訊方式；

　　在無(wú)線(xiàn)通訊過(guò)程中通過(guò)以下機制來(lái)保證數據完整防沖突機制；每塊有16位CRC糾錯；每字節有奇偶校驗位；檢查位數；用編碼方式來(lái)區分"1"、"0"或無(wú)信息；信道監測(通過(guò)協(xié)議順序和位流分析)；

　　支持多卡操作；

　　材料：PVC；

　　尺寸：符合ISO10536標準；

　　無(wú)電池：無(wú)線(xiàn)方式傳遞數據和能量；

　　芯片加工技術(shù)：采用高速的CMOS E2PROM工藝；

　　安全性：3次相互認證(ISO／IEC DIS 9798-2)；通訊過(guò)程中所有數據均加密以防止信號截??；每一扇區有相互獨立的密碼；每張卡有32位全球惟一的序列號；傳輸密瑪保護；

　　支持一卡多用的存儲結構；

　　典型交易過(guò)程<100 ms。

　　2 Mifare 1S50卡的RFID芯片的內部結構

　　Mifare 1S50卡的芯片由RF-Interface(射頻接口)和Digtal Section(數字模塊)兩部分組成，如圖1所示。

　　射頻接口部分由整流器、電壓調節器、上電復位(POWER ON RESET，POR)模塊、時(shí)鐘再生器、調制器／解調器等部分組成。主要有4個(gè)功能：

　　(1)為RFID芯片內部各部分電路提供工作時(shí)所需要的能量。

　　(2)提供POR信號，使各部分電路同步啟動(dòng)工作。

　　(3)從載波中提取電路正常工作所需要的時(shí)鐘信號。

　　(4)將載波上的指令和數據解調出來(lái)供數字模塊處理以及對待發(fā)送的數據進(jìn)行調制。
數字模塊主要由如下部分組成：

　　ATR(Answer to Request)模塊：卡在讀寫(xiě)器的天線(xiàn)工作范圍內時(shí)，當讀寫(xiě)器向卡發(fā)出Request all(或：Requeststd)命令后，芯片的此模塊啟動(dòng)，藉此建立與讀寫(xiě)器的第一步通信。

　　AntiCollision模塊：起防止卡片重疊。具體原理如下：若有多張卡在讀寫(xiě)器天線(xiàn)的工作范圍內時(shí)，芯片的此模塊啟動(dòng)，讀寫(xiě)器首先與所有的卡片通信，獲取每一張卡的序列號，然后，根據序列號選定一張卡片。

　　Select Application模塊：確認對卡片的選擇。

　　Authentication & Access Control模塊：卡片確認被選中后，啟動(dòng)此模塊，進(jìn)行卡片與讀寫(xiě)器之間相互認證。只有通過(guò)相互認證，才能進(jìn)行進(jìn)一步的操作。

　　Control ＆ Arithmetic Unit模塊：此模塊是整塊芯片的控制中心，芯片內建的中央處理機單元。

　　RAM：配合Control&Arithmetic Unit，將運算結果進(jìn)行暫時(shí)存儲；若有數據要存到E2PROM，則取出數據存到E2PROM中；若有數據要傳送到讀寫(xiě)器，則取出數據，讓射頻接口電路進(jìn)行處理，通過(guò)卡上的天線(xiàn)傳送給讀寫(xiě)器。

　　ROM：固化卡片運行所需要的必要的程序指令。

　　Crypto Unit：此模塊完成對數據的加密處理及密碼保護。

　　E2PROM Interface：此模塊為E2PROM的接口電路。

　　E2PROM Memory：E2PROM存儲器。

    3 Mifare 1S50卡的RFID芯片通信技術(shù)

　　卡與讀寫(xiě)器之間的通信速率為106 kb／s。從卡向讀寫(xiě)器傳送信號時(shí)，使用的副載波頻率為847 kHz(fc／16)，采用Manchester編碼方式，開(kāi)關(guān)鍵控(On-off Keying，OOK)調制信號；讀寫(xiě)器向卡傳輸信號時(shí)，使用的射頻載波頻率是13．56 MHz，采用同步時(shí)序、改進(jìn)的：Miller 編碼方式，調制深度為100％的ASK(Amplirude Shift Keying，幅移鍵控)信號。

　　Miller 編碼用在半個(gè)比特周期的任意邊緣表示二進(jìn)制1，而經(jīng)過(guò)下一個(gè)周期中不變的電平表示二進(jìn)制O，如果連續一串O，則在O比特周期開(kāi)始時(shí)產(chǎn)生電平交變。改進(jìn)Miller編碼是對Miller編碼的改型，每個(gè)邊沿都用凹槽來(lái)代替。Manchester編碼的方法是用在半個(gè)比特周期的負邊沿表示二進(jìn)制1，半個(gè)比特周期中的正邊沿表示二進(jìn)制0。圖2為10100110采用Manchester，MillermModifiedMiller編碼方式的結果。

　　4 Mifare

　　芯片中的E2PROM Memory容量為8 kh，一共分為16個(gè)扇區，每個(gè)扇區為4塊(塊0～塊3)，即整個(gè)E2PROMMemory共64塊，塊號編址為0～63，每塊16個(gè)字節(0～15 B)，一塊為一個(gè)存取單位。各扇區的塊0(注：第0扇區的塊0例外，他用于存放廠(chǎng)商代碼，已經(jīng)固化不可改寫(xiě)。其中：第0～4字節為卡的序列號；第5字節為序列號的校驗碼；第6字節為卡的容量"SIZE"字節；第7，8字節為卡的類(lèi)型字節，即Tag type字節；其他字節由廠(chǎng)商另加定義)、塊1、塊2為數據塊，用于存儲用戶(hù)數據；各扇區的塊3為各個(gè)扇區控制塊，用于存放密碼A(0～5字節)、存取控制(6～9字節)、密碼B(10～15字節)。

　　在存取控制中，每一塊(塊0，1，2，3)都由3個(gè)控制位決定對該數據塊或控制塊的操作權限，控制位表示形式為"CXxy"。其中：CX表示控制位號(X可以是1、2或3，例如：C1則表示第一控制位)；z表示扇區；y表示塊號。例如："C2x1"表示某一扇區塊1的第2控制位)。3個(gè)控制位在存取控制字節(即各扇區塊3中的第6～9字節)中的位置，見(jiàn)表1(注：表中"_b"表示取反。例如：第6字節的bit7中存放"1"時(shí)，C2x3=0;而B(niǎo)則表示備用位。

　　控制位對各扇區數據塊（塊0、1或2）的控制，見(jiàn)表2（注：表中KeyA︱B表示密碼A或密碼B，Never表示沒(méi)有條件實(shí)現。

　　控制位對各扇區數據塊3 的控制，見(jiàn)表3 。

　　塊3中，存取控制4B的初始化值（產(chǎn)商初始值）分別為"FF 07 80 69""。根據表1可推斷出各塊的3位控制位的初始值如下：C1x0 C2x0 C3x0=000，C1x1 C2x1 C3x1=000，C1x2 C2x2 C3x2=000，C1x3 C2x3 C3x3=001；根據表2可推斷出(表2中的第一種情況)，在初始的狀態(tài)下驗證密碼A或密碼B后，可以對數據塊0～2進(jìn)行讀、寫(xiě)加值、減值、初始化等操作；根據表3可推斷出(表3中的第五種情況)，驗證密碼A或B后，可以寫(xiě)密碼A、可以讀寫(xiě)控制位、可讀寫(xiě)密碼B、但不能讀密碼A。

　　芯片中的數據塊有兩種應用方法，一種是用作一般的數據保存用，直接讀寫(xiě)。另一種用法是用作數值塊，可以進(jìn)行初始化、加值、減值、讀值的運算。應用系統配用相應的函數完成相應的功能。

　　綜上所述，Mifare 1S50卡的芯片中E2PROM Memory分為16個(gè)扇區，他們互不干擾，每個(gè)扇區均可分別設置各自的不同的密碼及按需要設置存取控制(不用產(chǎn)商的初始值)。因此，每個(gè)扇區可以獨立應用于一個(gè)應用場(chǎng)合，實(shí)現"一卡通"，例如：交通一卡通、校園一卡通、企業(yè)一卡通、家庭繳費一卡通等。

　　5 結 語(yǔ)

　　RFID卡是射頻識別技術(shù)與IC技術(shù)相結合的產(chǎn)物，與接觸式IC卡相比較，他使用時(shí)無(wú)需與讀寫(xiě)器接觸，操作方便、快捷，使用可靠性高且使用壽命長(cháng)，此外，加密性能好有防沖突機制，可以一卡多用。目前，RFID卡在我國電子身份證、城市公共交通支付、證照與商品防偽、特種設備強檢、安全管理、動(dòng)植物電子標識、現代物流管理等領(lǐng)域展示了其美好的應用前景，所以，應加大研發(fā)RFID芯片的力度。