HF RFID实验手册.doc

1、HF RFID基础实验1.1、读ISO15693标签UID号、读/写/锁定数据块命令实验目的通过本实验使学生了解 RFID 的基本原理，熟悉 ISO15693标签的基本特征以及协议规范，理解并掌握实验过程中所用到的基本概念。通过使用开发系统的 TI-TRF7960开发系统理解本节所用的的命令操作以及通讯机制。实验设备TI TRF7960读卡器一个、USB 连接线一条、电脑一台、HF RFID实验 上位机软件、ISO156963 标签若干张实验知识预备及原理缩略语AFI（application family identifier） 应用族识别符，应用的卡预选准则 CRC（cyclic redundancy check） 循环冗余校验 DSFID（data storage format identifier）数据储存格式标识符EOF （end of frame） 帧结束 LSB（least significant bit） 最低有效位 MSB（most significant bit） 最高有效位 RFU（reserved for future use0） 留作将来 ISO/IEC 使用 SOF （start of frame） 帧的起始 UID （unique identifier） 唯一标识符 VCD（vicinity coupling device） 附近式耦合设备 VICC（vicinity integrated circuit card） 附近式卡理解Ti_RF7960 硬件连接原理框图将迷你USB线缆直接连入读卡器和电脑即可。数据速率和数据编码数据编码采用脉冲位置调制，VICC应能够支持两种数据编码模式。VCD决定选择哪一种模式，并在帧起始（SOF）时给与VICC指示。（1）数据编码模式：256取1一个单字节的值可以由一个暂停的位置表示。在 256/fC（约 18.88s）的连续时间内 256 取 1 的暂停决定了字节的值。传输一个字节需要 4.833 ms，数据速率是 1.54 kbits/s（fC/8192）。最后一帧字节应 在VCD发出EOF前被完整传送，如图2-1所示。图1-1 256 取 1 编码模式在图 1-1中数据E1 = (11100001)b = (225) 是由 VCD 发送给 VICC 的。 暂停产生在已决定值的时间周期的后一半，如图 1-2所示。图1-2 1 个时间周期的延迟（2）数据编码模式：4 取 1使用 4取 1脉冲位置调制模式，这种位置一次决定 2个位。4个连续的位对构成 1个字节，首先传送最低的位对。数据速率为26.48 kbits/s (fC/512)。如图 1-3示出了 4取 1脉冲位置技术和编码。图1-3 4 取 1 编码模式例如：图1-4示出了 VCD 传送E1 = (11100001)b = 225。图1-4 4 取 1 编码示例VICC到VCD通信信号接口对于一些参数定义了多种模式，以满足不同的噪声环境和不同的应用需求。1负载调制VICC 应能经电感耦合区域与 VCD 通信，在该区域中，所加载的载波频率能产生频率为 fs 的副载波。该副载波应能通过切换 VICC 中的负载来产生。2副载波由VCD通讯协议报头的第一位选择使用一种或两种副载波，在GB/T XXXXX.3中定义。VICC应支持 两种模式。当使用一种副载波，副载波负载调制频率fS1应为fC/32（约423.75 kHz）。 当使用两种副载波，频率fS1应为fC/32（约423.75 kHz），频率fS2应为fC/28（约484.28 kHz）。 若两种副载波都出现，它们之间应有连续的相位关系。3数据速率使用低或高数据速率。由VCD通讯协议报头的第二位选择使用何种速率，在GB/TXXXXX.3中有定义。 VICC应支持表1.1示出的数据速率。表 1.1数据速率数据速率单副载波双副载波低6.62 kbits/s (fC/2048)6.67 kbits (fC/2032)高26.48 kbits/s (fC/512)26.69 kbits (fC/508)4位表示和编码根据以下方案，数据应使用曼彻斯特编码方式进行编码。所有时间参考了VICC到VCD的高数据速率。 对低数据速率，使用同样的副载波频率或频率，因此，脉冲数和时间应乘以4。（1） 使用一个副载波时的位编码逻辑0以频率为fC/32（约423.75 kHz）的8个脉冲开始，接着是非调制时间256/fC（约18.88s）， 见图1-5。 图1-5 逻辑0逻辑1以非调制时间256/fC（约 18.88s）开始，接着是频率为fC/32（约 423.75 kHz）的8个脉冲，见图1-6。图1-6 逻辑1 （2） 使用两个副载波时的位编码逻辑0以频率为fC/32（约423.75 kHz）的8个脉冲开始，接着是频率为fC/28（约484.28 kHz）的9个脉冲，见图1-7。图1-7 逻辑0逻辑 1 以频率为fC/28（约 484.28 kHz）的 9 个脉冲开始，接着是频率为fC/32（约 423.75 kHz）的8个脉冲，见图1-8图1-8 逻辑1VICC到VCD帧选择帧为了容易同步和不依赖协议。帧由帧起始（SOF）和帧结束（EOF）来分隔，使用编码违例来实现此功能。ISO/IEC保留未使用项 以备将来使用。所有时间参考了VICC到VCD的高数据速率。 对低数据速率，使用同样的副载波频率或频率，因此，脉冲数和时间应乘以4。 在发送一帧数据给VCD后，VICC应准备在300s内接收来自VCD的一帧数据。1 使用一个副载波时的 SOFSOF包含三个部分： 个非调制时间 768/fC (56.64s)。 频率为fC /32 (423.75 kHz)的24个脉冲 。 逻辑1以非调制时间256/fC（18.88s）开始，接着是频率为fC/32（423.75 kHz）的8个脉冲。 单副载波SOF见图1-9。 图1-9 使用 1 个负载波时的开始帧 2使用两种副载波时的 SOF SOF包含三个部分： 频率为fC/28（约 484.28 kHz）的脉冲。 频率为fC/32（约 423.75 kHz）的24个脉冲 逻辑1以频率为fC/28（约 484.28 kHz）的9个脉冲开始，接着是频率为fC/32（约 423.75 kHz）的8个脉冲。双副载波时的SOF见图1-10。图1-10使用双副载波时的 SOF 3使用两个副载波时的 EOFEOF包含三个部分：逻辑0以频率为fC/32（约 423.75 kHz）的8个脉冲开始，接着是频率为fC/28（约 484.28 kHz） 的9个脉冲。 频率为fC /32（约 423.75 kHz）的24个脉冲 。 频率为fC /28（约 484.28 kHz）的27个脉冲 。 双副载波时的EOF见图1-11图1-11 使用双副载波的 EOF4使用一个副载波时的 EOFEOF包含三个部分： 逻辑0以频率为fC/32（约 423.75 kHz）的8个脉冲开始，接着是非调制时间256/fC（约 18.88 s）。 频率为fC /32（约 423.75 kHz）的24个脉冲 。 一个非调制时间 768/fC (约 56.64s)。单副载波时的EOF见图1-12。图1-12使用单副载波时 EOF注：详细请参阅高频RFID技术高级教程实验准备本节介绍的内容为如何连接目标板通过PC的串口（本系统为USB转串口）与上位机软件连接演示不同协议标签的读写。1. 下载程序注：出厂时程序已下载无须重复下载。如需要独自完成开发或修改源代码可从我公司，或市面上购买普通MSP430仿真器，连接硬件接口即可完成程序，烧写。即修改程序需配合MSP430仿真器在IAR编译环境下进行。对应版本的IAR安装目录：RFID技术实验工具软件IAR(MSP430程序读写软件)接上MSP430仿真器系统会自动更新驱动，如下图：图1-13 设备管理器仿真器与TI TRF7960目标板接好。打开目录： 新感知RF2-V210RFID技术实验2-HF RFID实验TRF7960_Parallel_SPI_Firmware_Ver3-2_EXP_MIFARE下的工程文件。下载程序如下图：图1-14 工程界面2. 安装USB驱动程序 注：须将TI TRF7960读卡器右下角的拨码开放拨向 usb端驱动安装目录：:新感知RF2-V210RFID技术实验工具软件USB串口驱动，安装方案参看该目录下的“安装简要说明”。安装成功在设备描述中有一个串口端口，安装完成后在设备管理器中查看COMxx端口，（例如COM8）如下图所示：图1-16 查看系统分配的端口号2、上位机软件介绍确保TI TRF7960RFID与电脑连接正常，打开上位机软件（路径：RFID技术实验2-HF RFID实验PC软件TRF7960EVM GUI Software）无线龙RFID。选择可用COMxx端口连机，如下图所示：标签类型功能选项RSSI窗口芯片状态特殊功能 选择协议命令 数据窗口 GUI控制LOG窗口图1-17标签类型：(ISO/IEC) 15693 (ISO/IEC) 14443A (ISO/IEC) 14443B Tag-it TI公司的协议卡功能选项：Find Tags-该功能可以读各种协议的标签Registers-允许用户手动设置TRF7960的寄存器Test- 测试LOG 窗口：MSP430回应卡片回应请求回应主机请求 RSSI 窗口：UID号插槽（slot）号 RSSI主通道（AM）RSSI副通道（PM）实验过程1、将TI TRF7960读卡器右下角的拨码开放拨向 usb端，然后使用 mini USB线将TI TRF7960目标板与电脑连接起来，并查看相应端口号。2、确保TI TRF7960RFID与电脑连接正常，打开上位机软件无线龙RFID选择可用COMxx端口连机，如下图所示： 3、标签类型选择15693，并设置协议。点击设置协议命令时会发送3条命令（写寄存器、设置AGC、设置接收器模式（AM/PM） 写寄存器命令：010C00030410002101020000设置AGC命令：0109000304F0000000设置接收器模式命令：0109000304F1FF00004、询卡Inventory(0x01)，当标签接收到inventory的命令，芯片将执行防冲撞序列。操作如下： （a）选择询卡命令 （b）选择设置协议 （c）选择执行选择命令图1-20设置协议图1-21 卡号执行图1-22询卡请求命令：010B000304140401000000卡片在16个时间槽中的一个时间段返回UID值，如下所示：408C4503000104E0,7F （408C4503000104E0为标签号，7F为RSSI寄存器 值）,40,40,40,40,40,40,40,40,40,40,40,40,40,40,405、 设置标签标志位：双幅载波、搞数据率，选择数据编码模式 1 out of 4 或者1 out 256。分别设置不同组合的参数，设置完成 单击“设置协议”， 主机会发送3条命令（写寄存器、设置AGC、设置接收器模式（AM/PM）。其中在发送写寄存器命令时，将不同的设置写入到相应寄存器中。图1-23写寄存器命令：010C00030410002101XX0000其中寄存器不同数值的函数，如下如所示：2.2、ISO15693防冲撞协议原理实验 实验目的通过本实验使学生了解 RFID 的防冲撞原理的实现方法，掌握时间槽、VICC 四种状态的含义以及状态的切换规律。实验设备TI TRF7960读卡器一个、usb 连接线一条、电脑一台、HF RFID实验 上位机软件、ISO15693 标签若干张实验知识预备及原理1、VICC 状态一个 VICC 可能处于以下 4 种状态中的一种：l 断电l 准备l 静默l 选择这些状态间的转换在图 中有规定。断电、准备和安静状态的支持是强制性的。选择状态的支持是可选的。（1）断电状态当VICC不能被VCD激活的时候，它处于断电状态。（2）准备状态当 VICC 被 VCD 激活的时候，它处于准备状态。选择标志没有置位时，它将处理任何请求。（3）安静状态当 VICC 处于安静状态，目录标志没有设置且寻址标志已设置情况下，VICC 将处理任何请求。（4）选择状态只有处于选择状态的 VICC 才会处理选择标志已设置的请求。图1-24VICC 状态转换图注 1：状态转换方法的意图是，某一时间只有一个 VICC 应处于选择状态。注 2：VICC 状态转换图只图示出有效的转换。在所有的其它情况下，当前的 VICC 状态保持不变。当 VICC 不能处理一 个 VCD 请求（例如 CRC 错误，等等），它将仍然处于当前状态。注 3：虚线表示的选择状态图示出 VICC 支持的选择状态是可选的。2、上位机软件防碰撞算法实现流程上位机界面打开默认设置：支持ISO15693，高速率，数据编码1/4操作，寄存器会自动设置一些参数:1)在询卡请求时检测标志位（B5）如果设置了，slots=1，如果没有设置，slots=16 同时使能不反应中断。2). 初始化mask length=0；mask value=03)初始化slot数指针为04). 发送询卡请求命令带上mask length，mask value值5). 等待发送完成中断6).等待下一个中断，中断可能是以下情况： a接受完成 b碰撞 c没有反应 检测IRQ状态寄存器中断类型如果是接收完成中断，就意味着没有错误/碰撞在FIFO接收UID过程中，从FIFO中可以读出完整的UID如果是碰撞中断，在slot指针里记录碰撞位置，指针数值加1如果是标签没反应中断，忽略。7). 复位FIFO8). 如果slots数是16，发送EOF；如果slots数是1，退出。9). 对以所有的16个slots重复步骤5和6，在16个slots结束时，屏蔽不反应中断。10). 检查slot指针数值，如果不为0，计算新的mask；如果为0，退出。 a增加mask 长度4 bits bnew mask=slot数（碰撞位置slot数）+old mask11).返回到第4步骤（new mask value 和length）12) slot指针加113) 返回到第10步骤实验过程1、 确保TI TRF7960RFID与电脑连接正常，打开上位机软件无线龙RFID选择可用COMxx端口连机。标签类型选择15693，并设置相应的协议。2、保持等待Stay quiet(0x02)当接受到 Stay quiet命令时，芯片将进入quiet状态，而且不会返回响应。对于Stay quiet命令是没有响应的。操作： （a）选择保持等待命令 （b）在UID下拉框中选择标签，如果只有一个标签默认选择 （c）选择执行命令图1-25保持等待数据请求命令：010A00030418000200003、选中命令Select(0x25) 当收到 Select命令，如果 UID等于芯片的 UID，则进入 selected状态,并返回响应。如果 UID不相等，芯片返回 Ready状态，不发出响应。Select命令只能在Addressed模式下执行。 操作: （a）选择保持等待命令 （b）在标签标志位中选择Addressed命令（c）在UID下拉框中选择标签，如果只有一个标签默认选择（d）选择执行命令图1-26选中命令数据请求命令：0112000304182225408C4503000104E00000标签返回值：00 有标签反应 没有标签反应4、 复位到准备状态位Reset to ready(0x26) 收到 Reset to ready命令，芯片将返回到 Ready状态。操作：（a）选择复位到准备状态命令 （b）在标签标志位中选择高数据率命令（一般可以不选择）（c）在UID下拉框中选择标签，如果只有一个标签默认选择（d）选择执行命令图1-28复位到准备状态数据请求命令：010A0003041800260000标签返回数据：00 5、单槽模式读卡（非防冲撞模式）操作：a) 在标签标志位窗口中 选择“单槽模式”b) 选择执行命令。当读卡器上方只有一张标签时，可正常读卡。但是当放置多张标签时，则会出现标签冲撞情况，造成无法正常读取卡，如下图： 图1-292.3、读/写ISO15693标签存储空间实验实验目的通过本实验掌握ISO15693 标签的存储器结构，并熟练使用标签存储空间的读写命令。理解AFI、DSFID等相关概念。实验设备TI TRF7960读卡器一个、usb 连接线一条、电脑一台、HF RFID实验 上位机软件、ISO15693 标签若干张实验知识预备与原理缩略语AFI（application family identifier） 应用族识别符，应用的卡预选准则 CRC（cyclic redundancy check） 循环冗余校验 DSFID（data storage format identifier）数据储存格式标识符EOF （end of frame） 帧结束 LSB（least significant bit） 最低有效位 MSB（most significant bit） 最高有效位 RFU（reserved for future use0） 留作将来 ISO/IEC 使用 SOF （start of frame） 帧的起始 UID （unique identifier） 唯一标识符 VCD（vicinity coupling device） 附近式耦合设备 VICC（vicinity integrated circuit card） 附近式卡ISO15693的EEPROM存储空间一般ISO15693的存储器结构如下图所示。2K bits位EEPROM共分为64块，每块4 字节共32位，另外2位（寻址时每位视作一个字节）用于写保护。以字节作为最小读写单位。字节地址最高位（A9）用于区分数据区（A90）和锁存区（A91），块写（锁）或双块写（锁）时，多余的低位地址被忽略（即只比较地址高位）。图2-30:一般符合ISO15693标准的芯片存储区分配实验过程1、 确保TI TRF7960RFID与电脑连接正常，打开上位机软件无线龙RFID选择可用COMxx端口连机。标签类型选择15693，并设置相应的协议。2、 读单个数据块Read single block(0x20) ，当标签收到Read single block命令，芯片读取指定的块，并在响应中返回数据。操作如下： （a）选择读单块命令 (b) 选择标签 （c）填入块号（注意：填入数字必需是两位十六进制数，例如00/01.） （d）执行选择命令选择标签图1-31返回数据执行填入块号图1-32读单块数据请求命令：010B000304180020000000卡片返回00111111113、 写单个数据块Write single block(0x21)，标签收到Write single block命令，芯片在指定的块中写入命令中包含的数据，并在响应中报告操作是否成功。 （a）选择写单块命令 （b）在下拉菜单中选择标签，如果只有一个标签不需要选择 （c）在块号里填入两位十六进制数 （d）在数据框里填入8位十六进制数 （e）执行选择命令执行填入8位数据填入块号写单块数据请求命令：010F00030418002101111111110000标签写成功返回 004、 锁定块Lock block(0x22)，收到Lock block命令，芯片将永久的锁存指定的块中的数据。操作如下：（a）选择读单块命令 (b) 选择标签 （c）执行执行选择命令锁定块数据请求命令：010B000304180022010000卡片数据锁定成功返回 005、读多块数据Read multiple block(0x23)，收到 Read multiple block命令后，芯片读取指定的(多)块，并在响应中返回数据。操作： （a）选择读多块命令 （b）在UID下拉框里选择标签，如果只有一个标签默认选择 （c）在起始块里填入两位十六进制数 （d）在块数中填入两位十六进制数 （e）选择执行命令起始块返回数据块数选择命令读多块数据请求命令：010C00030418002300010000标签读成功返回数据0011111111111111116、 写多个数据块操作： （a）选择命令写多个数据块 （b）在UID下拉框里选择标签，如果只有一张标签默认选择 （c）在起始块里输入两位十六进制数 （d）在块号里输入两位十六进制数 （e）在数据框里输入十六进制数（数据长度：（块数+1）*8） （f）选择执行命令选择命令输入数据块数起始块写多块数据请求命令：010F00030418002100111111110000010F00030418002101000000000000010F00030418002102222222220000标签写数据成功返回数据：007、写AFI命令AFIWrite AFI(0x27) 收到 Write AFI命令后，芯片会把 AFI的数据写入它的存储区中。如果在命令中指定该选项，芯片将等待 VCD发出一个 100%调制的 EOF信号，然后返回响应。如果不做指定，芯片立即返回 Error_code“0x03” 。 操作:（a）选择写AFI命令 （b）在UID下拉框中选择标签，如果只有一个标签默认选择 （c）在AFI中输入两位十六进制数（d）选择执行命令写AFI命令数据请求命令：010B0003041842270500008、 锁定AFI命令AFILock AFI(0x28) 收到 Lock AFI命令，芯片将永久的锁存 AFI块中的数据。如果在命令中指定，芯片将等待 VCD发出一个 100%调制的 EOF信号，然后返回响应。如果不指定，芯片立即返回 Error_code“0x03” 。 操作：（a）选择锁定AFI命令 （b）在UID下拉框中选择标签，如果只有一个标签默认选择 （c）选择执行命令锁定AFI数据请求命令：010A0003041842280000标签返回数据 没有标签错误9、 写DSFIDWrite DSFID (0x29) 收到 Write DSFID命令后，芯片会把 DSFID的数据写入它的存储区中。 如果在命令中指定，芯片将等待 VCD发出一个 100%调制的 EOF信号，然后返回响应。如果不指定，芯片立即返回 Error_code“0x03” 。 操作：（a）选择写DSFID命令 （b）在UID下拉框中选择标签，如果只有一个标签默认选择 （c）在DSFID中输入两位十六进制数（d）选择执行命令写DSFID数据请求命令：010B000304184229180000标签返回数据 00 没有标签错误 10、 锁定DSFID命令Lock DSFID(0x2A) 收到 Lock DSFID命令，芯片将永久的锁存 AFI块中的数据。如果在命令中指定该选项，芯片将等待 VCD发出一个 100%调制的 EOF信号，然后返回响应。如果不指定，芯片立即返回 Error_code“0x03” 。 操作: （a）选择锁定DSFID命令 （b）在UID下拉框中选择标签，如果只有一个标签默认选择 （c）选择执行命令锁定DSFID数据请求命令：010A00030418422A0000标签返回数据 没有标签反应11、获得系统信息命令Get system information (0x2B) 这条命令允许从芯片处得到系统信息。操作：（a）选择获得系统信息命令 （b）在UID下拉框中选择标签，如果只有一个标签默认选择 （c）选择执行命令获得系统信息数据请求命令：010A00030418022B0000标签返回数据12、 获得多块数据安全命令Get multiple block security status(0x2C) 收到这条命令后，芯片会发送块的安全信息。命令中块的数目比芯片在响应中返回的块安全信息的数目少 1。例如：在“Number of blocks”中的值是“06”，就要求返回 7个块的安全信息。“00”则要求返回一个块的安全信息。 操作：（a）选择获得多块数据安全命令 （b）在UID下拉框中选择标签，如果只有一个标签默认选择 （c）在起始块中输入两位十六进制数 （d）在块数中输入两位十六进制数（e）选择执行命令获得多块数据安全数据请求命令：010C00030418022C01020000标签返回数据：0001000000 没有标签错误01 数据块01安全状态00 数据块02安全状态00 数据块03安全状态2.3.5 实验总结学生通过实验3.13.3实验，亲自动手实践，直观形象地理解RFID的工作原理，同时加深对RFID 重要概念、命令的理解。2.4、ISO14443标签读写实验实验目的理解ISO14443A 、B标签特点以及两种标签的异同，掌握ISO14443的重点概念以及命令。实验设备TI TRF7960读卡器一个、usb 连接线一条、电脑一台、HF RFID实验 上位机软件、ISO14443A/B 标签若干张实验知识预备与原理至今为止，ISO14443标准中的非接触式智能卡的类型可以分为Type A和Type B。Type CG目前已经暂时被列入ISO14443标准之外。ISO14443标准中的非接触型智能卡Type A释义Type A是由Philips(Siemen)等半导体公司最先首次开发和使用。在亚洲等地区，Type A技术和产品占据了很大的市场份额。其主要原因是由于亚洲等区域是一个非常年轻、尚待非接触智能卡技术市场开发、机遇繁多的、被欧洲一些著名智能卡公司忽略了的区域。 代表Type A非接触智能卡芯片主要有：Mifare_Light (MF1 IC L10系列)、MIFARE1 (S50系列、内置ASIC)、Mifare2 (即：Mifare Pro) （MF2 ICD8x系列：接触/非接触双接口系列、内置兼容Intel18051的微处理控制器MCU）等。相应的Type A卡片读写设备核心ASIC芯片，以及由此组成的核心保密模块MCM（Mifare_Core_module）的主要代表有：RC150、RC170、RC500等，以及MCM200、MCM500等。所以，总体来说，Type A技术的确是一个非常优秀的非接触技术，设计简单扼要，应用项目的开发周期可以很短，同时又能起到足够的保密作用，可以适用于非常多的应用场合。ISO14443标准中的非接触型智能卡Type B释义Type B是一个开放式的非接触式智能卡标准。所有的读写操作可以由具体的应用系统开发者定义。正因为这一点，它可以被世界上众多的智能卡厂家所广泛接受。正由于Type B具有开放式特点，所以每个厂家在具体设计、生产其本身的智能卡产品时，将会把其本身的一些保密特性融入其产品中，例如加密的算法，认证的方式等等。 Type