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摘要：本文給出了NFC技術(shù)給出常見(jiàn)的電路，展示OEM在便攜式電子產(chǎn)品中實(shí)現新型非接觸式NFC/RFID功能。利用電路，將NFC/RFID短距離無(wú)線(xiàn)技術(shù)增加到嵌入式電子平臺。 1 大多數設備還不支持NFC/RFID，立即行動(dòng)吧! 近場(chǎng)通信(NFC)仍然處在炒作與權衡狀態(tài)嗎?顯然不是!該項技術(shù)之前僅僅被看作是新一代的條形碼，事實(shí)證明其實(shí)用性和可靠性要高得多。在許多消費類(lèi)和工業(yè)市場(chǎng)，需要NFC和射頻識別(RFID)功能。這些應用不再局限于傳統的簡(jiǎn)單、直觀(guān)、安全的非接觸式數據交換，兩個(gè)支持NFC/RFID的設備之間可以靈活地交換信息(電話(huà)號碼、照片、海報數據等)，您需要做的就是將其靠近在一起。NFC/RFID的主要概念和傳統應用正伴隨著(zhù)嶄新的，非傳統思維方式而發(fā)展。實(shí)際上，我們正處在一個(gè)創(chuàng )新的年代。 您可能時(shí)常聽(tīng)到“NFC與傳統的RFID有何不同?”的問(wèn)題，在物理層或RF層，差別確實(shí)不太大!NFC本質(zhì)上是RFID的一種進(jìn)化形式。實(shí)際上，NFC工作在RFID的13.56MHz頻段(HF)。行業(yè)聯(lián)盟NFC論壇1從RFID物理層協(xié)議開(kāi)始，通過(guò)將幾個(gè)新層添加到協(xié)議棧對其進(jìn)行改進(jìn)。增加了NFC數據交換格式(NDEF)，以識別、封裝并在支持NFC的設備之間交換應用數據。這種標準化的格式使得NFC/RFID成為一種應用前途遠大的新興無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)，適應將來(lái)的普適計算。 為涵蓋較寬的應用，RFID和NFC在本文的隨后討論中可互換使用。我們將簡(jiǎn)要介紹NFC/RFID技術(shù)，給出常見(jiàn)的電路模塊，OEM可用來(lái)在便攜式電子產(chǎn)品中實(shí)現新型非接觸式NFC/RFID功能。示例電路基于DeepCover? MAX66242雙接口安全無(wú)源標簽。利用給出的電路，很容易將NFC/RFID短距離無(wú)線(xiàn)技術(shù)增加到嵌入式電子平臺。我們將結合幾種實(shí)際使用情況展開(kāi)討論。 2 讀卡器和標簽：NFC/RFID基礎 NFC/RFID是一種標準的近距離無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)，支持彼此位置相對距離較近的手持或其它設備之間的通信。NFC/RFID工作距離為幾英寸到1米。該技術(shù)采用電感耦合，是通過(guò)兩個(gè)設備之間的公共磁場(chǎng)傳遞能量的過(guò)程。這一過(guò)程實(shí)際上與空心變壓器的工作原理相同，讀卡器天線(xiàn)線(xiàn)圈相當于原邊，標簽的天線(xiàn)線(xiàn)圈相當于副邊。讀卡器利用電磁感應產(chǎn)生標簽能夠檢測得到的無(wú)線(xiàn)電波。因此，當標簽靠近讀卡器時(shí)，讀卡器天線(xiàn)線(xiàn)圈產(chǎn)生的電波將耦合到標簽天線(xiàn)線(xiàn)圈。在標簽內感應產(chǎn)生電壓，然后對其進(jìn)行整流并為標簽內部電路供電。 圖1所示為讀卡器對電波進(jìn)行調制并與標簽交換數據的方式。為了將數據從標簽傳輸至讀卡器，標簽電路改變其線(xiàn)圈負載(同時(shí)讀卡器的未調制載波保持打開(kāi));互耦使得讀卡器可檢測到這一變化。這種負載變化法稱(chēng)為負載調制。NFC/RFID的工作載頻為13.56 MHz，屬于全球范圍內無(wú)需許可的ISM頻段。關(guān)于該技術(shù)，有幾個(gè)已經(jīng)頒布的標準規范，包括ISO/IEC 14443 Types A&B和ISO/IEC 15693[2] 。 本例中，MAX66242為無(wú)源IC，無(wú)需外部電源即可工作的無(wú)源標簽。實(shí)際上，無(wú)源標簽從讀卡器的磁場(chǎng)獲得能量。使用這種NFC/RFID技術(shù)的典型應用包括接入控制、智能海報、會(huì )員卡和優(yōu)惠券、移動(dòng)支付(非接觸式信用卡)、票務(wù)和運輸收費。 3 工作原理——無(wú)源標簽認證器 設計者現在可利用便攜式電子產(chǎn)品收集、交換安全系統的配置/校準數據，即使便攜設備主電源斷電。圖1所示方案允許任何嵌入式電子產(chǎn)品通過(guò)無(wú)線(xiàn)方式與周?chē)魏卧O備進(jìn)行連接，并通過(guò)I2C接口與網(wǎng)絡(luò )連接。 幾種功能對于無(wú)線(xiàn)NFC/RFID應用非常重要：集成到無(wú)源標簽認證器的高級安全性(圖2)、集成無(wú)線(xiàn)NFC/RFID接口和I2C接口、數據保護模式、高速數據傳輸、標簽能量收集;MAX66242集成了SHA-256加密引擎，提供基于安全密鑰的對稱(chēng)式質(zhì)詢(xún)-應答安全認證。是控制NFC/RFID讀卡器與那些設備通信，以及如何與MAX66242通信的最好途徑。32字節SRAM緩存器有利于通過(guò)I2C接口進(jìn)行高速數據傳輸。標簽上的能量收集引腳VOUT使其利用天線(xiàn)從讀卡器的HF場(chǎng)收集能量。 由于采用SHA-256安全加密、高速數據傳輸以及能量收集——突出優(yōu)勢，對于希望將NFC/RFID嵌入式便攜系統用于開(kāi)放式可擴展平臺的OEM來(lái)說(shuō)，該無(wú)源標簽具有極大吸引力。 4 保證數據安全——只信任正版的從機設備 MAX66242使用SHA-256加密引擎實(shí)現讀卡器與從設備之間的安全、對稱(chēng)、雙向安全認證。SHA-256散列算法基于美國國家標準與技術(shù)研究院(NIST)頒布的安全散列標準FIPS PUB 180-4。SHA-256質(zhì)詢(xún)-應答安全機制在主機和從機器件之間交換數據，是控制NFC/RFID讀卡器與哪些設備通信，以及如何與MAX66242無(wú)源標簽通信的最好途徑。 SHA-256基于對稱(chēng)密鑰進(jìn)行雙向、安全認證，讀卡器(即發(fā)起者)僅接受正品標簽;只有正品讀卡器可更改標簽的存儲器。該方法假設便攜設備(采用MAX66242)和讀卡器系統具有相同的SHA-256安全算法。激活SHA-256時(shí)，便攜設備必須首先向NFC/RFID讀卡器提供有效應答或響應，以進(jìn)行安全認證。并且便攜設備的應答與接收到的質(zhì)詢(xún)及其儲存的密鑰相關(guān)。如果便攜設備應答質(zhì)詢(xún)不正確，那么讀卡器系統(例如智能電話(huà))將拒絕該便攜設備。 這種安全認證機制的主要元素包括256位隨機質(zhì)詢(xún)、MAX66242的ROM ID以及密鑰本身。ROM ID為唯一的64位序列號，在制造過(guò)程中嵌入到標簽中。讀卡器中必須設置相同的密鑰并進(jìn)行保護。圖3所示為安全門(mén)卡應用示例，其中NFC/RFID在打開(kāi)房間門(mén)、防火門(mén)或防彈門(mén)之前發(fā)起質(zhì)詢(xún)-應答認證。 為確保以最經(jīng)濟的形式預防對此類(lèi)安全IC的(不可避免的)惡意攻擊，無(wú)源標簽采用專(zhuān)有的管芯級物理技術(shù)和相應的電路、加密方法。這些防護技術(shù)可防止攻擊者為了克隆密鑰或更改專(zhuān)有的校準數據而提取密鑰(破壞系統的安全機制)。5 確保數據保護措施的安全性 保護數據安全至關(guān)重要，所以MAX66242提供4K位的用戶(hù)EEPROM，可劃分為開(kāi)放式訪(fǎng)問(wèn)區域(例如無(wú)保護)或讀卡器必須通過(guò)EEPROM寫(xiě)操作安全認證才可訪(fǎng)問(wèn)的區域。提供多種保護模式，包括EPROM仿真(EM)模式，允許使用不可復位的計數器，限制使用次數。激活EM模式時(shí)，標簽中的個(gè)體存儲器位只能從1變?yōu)?，但不能從0變?yōu)?。一旦選中EM模式，則不可逆。這一過(guò)程是實(shí)現倒計數或限制便攜設備使用次數的最佳方式，可能是最具挑戰的工作。 EM模式也使OEM能夠更好地控制允許哪個(gè)NFC/RFID讀卡器系統連接，無(wú)疑是保護設備中儲存的校準、配置以及診斷數據的絕佳方式。(未完待續) |
