ISO14443-3 TypeA防碰撞過程以及命令解析

標籤：

一、介紹

本博文介紹了PCD（Proximity Coupling Device）使用ISO14443-3 Type A協議檢測匹配的PICC（Polling For Proximity Cards）命令以及防碰撞過程（Anticollision Proccess）。

二、命令1 REQA和 WUQA1.1 命令概要

REQA命令和WUPA命令是PCD用來檢測Type A類型卡是否在無線射頻場（RF）。區別在於REQA命令是用PCD在剛開始檢測PICC是否在RF中，而WUPA是用在PCD讓PICC由停止態（HALT State）回到類準備態（READY* State）。

1.2 命令格式

REQA命令和WUPA命令只有一個位元組（短框架格式），它們的格式如下(b表示bit；B表示Byte)：

A、REQA命令：0x26

b8	b7	b6	b5	b4	b3	b2	b1
RFU	0	1	0	0	1	1	0

註：RFU為Reserved for Future ISO/IEC Use的縮寫，我喜歡稱之為“預留”或者“未使用”。

B、WUPA命令：0x52

b8	b7	b6	b5	b4	b3	b2	b1
RFU	1	0	1	0	0	1	0

2 ANTICOLISION和SELECT2.1 命令概要

這兩個命令用在防碰撞過程，他們共同包含以下三部分：
（1） 選擇代碼（SEL），佔一個位元組。
（2） 有效位元組（NVB），佔一個位元組。
（3） 0~40個Unique Identifier（UID）位元位。
其中，選擇代碼分成三個層次，根據防碰撞的層級使用（根據參與防碰撞的UID長度使用）。層級一選擇代碼為0x93，層級二為0x95，層級三為0x97。
有效位元組是指PCD傳輸了的位元組數和位元位元。NVB的高四個位元位表示已經傳輸的位元數除8得到的結果，它包含SEL和NVB位元組。所以位元組數最小值為2（只有SEL和NVB），最大值為7（含有SEL、NVB和5個位元組的UID）；NVB的低四個位元位表示已經傳輸的位元位元模8，它包含SEL和NVB位元組，因此它的最小值為0，最大值為7。

2.2 命令格式

B1	B2	B3~B7
SEL	NVB	UID

註：UID傳輸的長度根據具體的碰撞請情況而定，傳輸範圍在0~40個位元位之間。它會由NVB指出。

3 HLTA3.1 命令概要

該命令用於PICC不響應PCD的解調命令，它佔兩個位元組。第一個位元組為0x50，第二個位元組為0x00。

3.2 命令格式

               B1                 |                 B2

b16	b15	b14	b13	b12	b11	b10	b9	b8	b7	b6	b5	b4	b3	b2	b1
0	1	0	1	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0

4 ATQA4.1 命令概要

ATQA命令是PICC對PCD發出的REQA或WUPA命令的響應命令。當PCD發出REQA命令時，多張PICC都有響應時，該命令可以指出防撞的發生情況。

4.2 命令格式

註：
A、所有的RFU都預設設定為0.
B、專有編碼（Proprietary Coding）根據製造廠商而定，由PICC自己響應。
C、UID類型（UID size bit frame）分成三種。

其中UID為單尺寸時，表示PICC的UID長度為4個位元組；雙尺寸表示PICC的UID長度為7個位元組；三尺寸表示PICC的UID長度為10個位元組。
D、防撞位元位，該地區的值不為0時表示有多張卡響應REQA命令。

三、PCD檢測PICC過程3.1 描述

PCD檢測PICC的UID包含卡檢測、防碰撞和具體PICC類型識別三個部分。
——第一部分是卡檢測。主要是由PCD發出REQA命令，在RF場中的PICC發出ATQA進行響應的部分。如果有PICC響應ATQA，則表示RF場中含有ISO14443 Type A類型的PICC。若ATQA中的碰撞位元位不為零，表示有多張PICC存在RF中，需要進行多次防碰撞。
——第二部分是防碰撞。防碰撞的過程分成三個層級，第一個層級必須要有，第二和第三層級視具體情況而定（ATQA的碰撞位元位和UID的長度）。如果只有一張PICC，那麼只進行第一層級的防碰撞過程；多張相應REQA，才會進行第二第三層級的防碰撞過程。
——第三部分是具體PICC類型識別。該部分主要由PICC發送SAK，由PCD解析SAK從而確定PICC的具體類型。

3.2 流程圖

說明：該流程圖包含三個部分：卡檢測、防碰撞、卡具體類型識別。

四、防碰撞4.1 描述

（1）PCD設定SEL編碼和選擇碰撞層級。（當SEL編碼為0x93時，表示碰撞層級一；當SEL編碼為0x95時，表示碰撞層級二；當SEL編碼為0x97時，表示碰撞層級三）。
（2）PCD設定NVB的初始值為0x20。表示傳輸的位元組（SEL和NVB）數為2*8 / 8 = 2，傳輸的位元位為 2*8 % 8 = 0；
（3）PCD發送SELECT命令，傳輸SEL和NVB。
（4）所有在RF中的PICC發送ATQA進行響應REQA。
（5）假定所有的PICC都有自己獨特的UID序列。如果只有一張PICC進行響應，那麼ATQA中的碰撞位元位為0；否則進行第（6）步到第（10）步。
（6）PCD根據ATQA識別PICC的UID中碰撞的位置。
（7）根據傳輸的位元組數和位元位元重新設定NVB的值，PCD需要設定碰撞響應規則是以位元位1進行，還是以位元位0進行。
（8）PCD發送SELECT命令，傳輸重新設定好的SEL和NVB。
（9）只有PICC的UID等於PCD發送SELECT命令的UID時，表示防碰撞過程成功。
（10）如果還沒選出PICC中的UID，即還有多張卡響應，那麼重複第（6）步到第9步，進行更進階別的碰撞。
（11）如果更進階別的碰撞發生了，PCD應將NVB設定成0x70，表示傳輸了7位元組。7 = 1 + 1 + 5（1個位元組SEL，1個位元組NVB和5個位元組【可能是1個位元組的CT（0x88）加上3個位元組的UID，再加上一個位元組的BCC（前面四個傳輸位元組異或結果）；也可能是四個位元組的UID加上一個位元組的BCC（前面四個位元組UID異或的結果）】）。
（12）PCD發送SELECT命令，傳輸1個位元組SEL，1個位元組NVB和5個位元組UID。
（13）PICC響應SAK，PCD匹配5個位元組的UID。
（14）如果UID是完整的，PICC傳輸的SAK清除碰撞層級位元位和從準備態（READY State）切換到啟用態（ACTIVE State）或者從類準備態（READY* State）切換到類啟用態（ACTIVE* State）。
（15）PCD會檢查SAK去決定是否進行更高層次的防碰撞過程，如果需要則會提升碰撞層級。

註：
A、如果PCD一開始就知道PICC的UID是完整的，那麼PCD會跳過步驟（2）到（10），也就是沒有防碰撞過程。
B、如果含有更進階別的防碰撞過程，那麼也就表示PICC的UID長度不止4個位元組。因為4個位元組的UID只能進行層級一的防碰撞過程；7個位元組的UID最多能進行層級二的防碰撞過程；10位元組的UID最多能進行層級三的防碰撞過程。
C、同一碰撞層級裡可能發生多次碰撞。

4.2 流程圖

五、碰撞層級

六、防碰撞過程樣本

註：
A、PICC #1是單尺寸UID，uid0的值是0x10；PICC #2是雙尺寸UID。
B、該執行個體的碰撞響應規則是按位元位1響應。

ISO14443-3 TypeA防碰撞過程以及命令解析