基于RI-R6C-001A IC与ISO15693
摘要：文中给出了采用ti公司最新的射频收发器芯片ri-r6c-001a，并结合微处理器设计iso/iec15693读卡器的具体方法，同时介绍了ri-r6c-001a的通信协议和iso/iec15693标准。
１ 概述
ｉｃ卡的发展经历了从存储卡到智能卡、从接触式卡到非接触式卡、以及从近距离到远距离的过程。对于接触卡（ｉｓｏ／ｉｅｃ７８１６标准定义），读卡机必须和卡的触点接触才能与卡进行信息交换，因此存在磨损严重、易受污染、寿命短、操作费时等缺点。为解决上述问题，人们开始采用非接触式卡技术。
非接触式卡又称射频卡或感应卡。它采用无线电调制方式和读卡机进行信息交换。射频识别?ｒｆｉｄ?技术是从九十年代兴起的一项自动识别技术。它利用无线射频方式进行非接触双向通信，以达到识别目的并可进行数据交换。
ｒｆｉｄ与磁卡、ｉｃ卡等接触式识别技术不同，ｒｆｉｄ系统的电子标签和读写器之间无须物理接触就可完成识别，因此它具有多目标识别、运动目标识别的特点。
目前ｉｓｏ／ｉｅｃ１０５３６定义的卡称为密耦合卡；ｉｓｏ／ｉｅｃ １４４４３定义的卡则是近耦合卡（ｐｉｃｃ），对应的读卡机简写为ｐｃｄ；而ｉｓｏ／ｉｅｃ１５６９３对应的卡是遥耦合卡（ｖｉｃｃ），对应的读卡机简写为ｖｃｄ。ｖｉｃｃ比ｐｉｃｃ具有更远的读卡距离（为１ｍ左右），二者均采用１３．５６ｍｈｚ工作频率，并都具有防冲突机制。
２ 硬件设计
图１所示是一个射频读写系统的工作原理图，它主要由ａｓｉｃ和ｖｉｃｃ两部分组成。
２．１ ａｓｉｃ电路的工作原理
对于图１所示的射频读写系统，ｉｓｏ／ｉｅｃ １５６９３－２所规定的ｖｃｄ与ｖｉｃｃ通信物理层协议全部可由ａｓｉｃ芯片ｒｉ－ｒ６ｃ００１来实现，用户通过同步串行接口（ｓｐｉ），并遵照ａｓｃｉ的通信要求就可实现ｖｉｃｃ的读写操作。ｍｃｕ和ａｓｉｃ的通信接口有三根线：ｓｃｌｏｃｋ、ｄｉｎ、ｄｏｕｔ，分别代表时钟线、数据输入线、数据输出线。时钟线是双向的，发送数据时由ｍｃｕ控制，接收数据时则由ａｓｉｃ控制， ａｓｉｃ在时钟的上升沿锁存数据。ｄｏｕｔ除了具有在接收数据期间的数据输出功能外，还有表征ａｓｉｃ内部ｆｉｆｏ的功能。ｄｏｕｔ带有内部下拉，平时为低电平。输入数据过程中，当ａｓｉｃ的１６位ｆｉｆｏ寄存器满时，ｄｏｕｔ线会自动跳变为高电平，直到ｆｉｆｏ寄存器为空，ｄｏｕｔ线又会跳变为低电平。在ｄｏｕｔ为高电平期间，输入数据无效。除了通信线外，系统还有一条ｍ＿ｅｒｒ线，用于在同时读多张卡的时候表征数据的冲突情况。同样，ｍ＿ｅｒｒ线也有内部下拉，平时为低电平，冲突时此线会升为高电平。
对ａｓｉｃ的操作有三种模式：普通模式、寄存器模式和直接模式。直接模式下，ｍｃｕ要直接面向射频信号处理，比较复杂，所以此种模式一般不用。普通模式和寄存器模式均为标准的数字信号操作，其区别在于规定芯片操作的一些参数不同（例如规定所采用的射频协议、调制方式及传输速率是在命令序列中规定，还是由寄存器来设定的）。普通模式每条指令均含有该指令使用的参数，而寄存器模式指令序列中并不含这些参数，而是由预先写入的寄存器中的数值来决定。若使ｒｉ－ｒ６ｃ－００１ａ芯片正常工作，ａｓｉｃ上电后必须首先初始化时间寄存器。
２．２ ｖｉｃｃ－ｔａｇ－ｉｔ应答器
ｖｉｃｃ－ｔａｇ－ｉｔ应答器完全兼容于ｉｓｏ／ｉｅｃ１５６９３标准协议。ｖｉｃｃ－ｔａｇ－ｉｔ应答器内有国际统一且不重复的８字节（６４ｂｉｔ）唯一识别内码（ｕｎｉｑｕｅ ｉｄｅｎｔｉｆｉｅｒ，简称ｕｉｄ）。图２是ｕｉｄ唯一识别内码的格式示意图，其中第１～４８ｂｉｔ共６字节为生产厂商的产品编码；第４９～５６ｂｉｔ的１个字节为厂商代码（ｉｓｏ／ｉｅｃ７８１６－６／ａｍ１），最高字节固定为“ｅｏ”；８位ａｆｉ（应用识别号）和８位ｄｓｆｉｄ（数据存储格式）用来对卡和特定应用的特征进行标识。卡内有２ｋｂｉｔ ｅｅｐｒｏｍ，分成６４个块，每块３２个ｂｉｔ。每个块均可以锁定，以保护数据不被修改。ａｆｉ、ｄｓｆｉｄ和３２个块均可读可写，用以存储用户数据。ｖｉｃｃ－ｔａｇ－ｉｔ采用１３．５６ｍｈｚ的载波频率，工作于“ｒｅａｄｅｒ ｔａｌｋｓ ｆｉｒｓｔ”模式，即一问一答的模式。卡内有防冲突机制，可以同时读取多张卡而不会造成冲突。特别应当指出：ｖｉｃｃ－ｔａｇ－ｉｔ内没有逻辑加密电路，无法实现密码功能，也正是这一点限制了ｖｉｃｃ－ｔａｇ－ｉｔ在其它保密性要求较高领域的应用。
３ 通信协议
发给ａｓｉｃ的命令序列必须符合ａｓｉｃ通信协议和ｉｓｏ／ｉｅｃ１５６９３－３规范。
３．１ 命令结构
图３所示是该系统的命令序列时序图。在普通模式下，该系统的命令序列结构如下：
起始位（s1） 命令字（cmd） 数据 结束位（es1）
起始位（ｓ１）：收发器和微处理器之间的通信开始位，当ｓｃｌｏｃｋ位保持高电平时，将在ｄｉｎ产生一个上升沿（参见图３）。
命令字节：用于规定ａｓｉｃ与ｖｉｃｃ通讯时的有关参数。如果该端为３０ｈ则表示该系统支持的射频协议是ｉｓｏ１５６９３（２５６选１），采用ｆｍ调制方式，调制率１０％，返回数据波特率为６．６７ｋｂ／ｓ。注意：命令字节的发送顺序是高位在先，即：ｍｓｂ ｆｉｒｓｔ。
数据：数据域内容由１５６９３－３规定?这个数据一般发送到ｔａｇ。
结束位（ｅｓ１）：收发器和微处理器之间的通信结束位，当ｓｃｌｏｃｋ位保持高电平时，将在ｄｉｎ产生一个下降沿（见图３）。
通常在寄存器模式下，命令字节是１位，且该位为１。
ｉｓｏ１５６９３－３命令的一般格式如下：
起始位（s1） flags 命令顺号 命令内容 crc16 结束位（es1）
在ｉｓｏ１５６９３命令序列中，ｆｌａｇｓ用于规定命令内容中某些可选域的存在。由于ｓ１和ｅｓ１在ａｓｉｃ命令序列中已经存在，所以只须把ｉｓｏ１５６９３命令序列中ｆｌａｇｓ、命令序号、命令内容、ｃｒｃ１６等域的内容取出并填入ａｓｉｃ序列中的数据域然后打包即可。数据域的发送顺序为低位在先，即：ｌｓｂ ｆｉｒｓｔ。
３．２ 响应结构
图４所示是ｖｉｃｃ的响应时序。ｖｉｃｃ响应的一般格式是：
起始位（s2） flags 响应内容 crc16 结束位（es2）
其中起始位ｓ２用于表示ｖｉｃｃ响应数据的开始，其定义是当ｓｃｌｏｃｋ为高电平时，ｄｏｕｔ产生一个上升沿（参见图４）。而结束位ｅｓ２则表示ｖｉｃｃ响应数据的结束。它被定义为当ｓｃｌｏｃｋ为高电平时，ｄｏｕｔ产生一个下降沿（如图４）。
４ 结束语
考虑到命令字节（８位）发送的顺序是ｍｓｂ ｆｉｒｓｔ，其它数据均是ｌｓｂ ｆｉｒｓｔ；而且“ｓ１ ０１１１１０１１ ０００００００１ １１０００ｅｓ１”是时间寄存器的初始化序列；同时，在命令发送过程中，双向时钟ｓｃｌｏｃｋ线由ｍｃｕ控制，因此，在接收ｖｉｃｃ响应之前必须进行时钟线的切换，以将控制权交由ａｓｉｃ控制。对于ｆｉｆｏ管理，发送每一位时都要检测ｄｏｕｔ的电平，ｄｏｕｔ为高时停止发送，直到ｄｏｕｔ恢复到低电平为止。发送命令字节后，应适当延时，以利于ａｓｉｃ正确动作，同时应考虑电路的抗干扰能力。对于ｉｓｏ１５６９３－３规定的ｆｌａｇｓ、命令序列号、命令内容等字节，还应进行ｃｒｃ１６校验。关于反碰撞问题，可采用“二进制搜索”算法并选用曼彻斯特编码。为实现这种算法，需要一组命令并由应答器处理，同时应答器要拥有唯一的序列号（ｕｉｄ），例如磁场中有两张卡，其ｕｉｄ分别是：“ｅ００７０００００２３４ｄ１ｅ１”和“ｅ００７０００００２３４ｄ２ｄ８”，那么，用命令来查询当前磁场范围内卡的卡号，就能很好的解决碰撞问题。
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目前ｉｓｏ／ｉｅｃ１０５３６定义的卡称为密耦合卡；ｉｓｏ／ｉｅｃ １４４４３定义的卡则是近耦合卡（ｐｉｃｃ），对应的读卡机简写为ｐｃｄ；而ｉｓｏ／ｉｅｃ１５６９３对应的卡是遥耦合卡（ｖｉｃｃ），对应的读卡机简写为ｖｃｄ。ｖｉｃｃ比ｐｉｃｃ具有更远的读卡距离（为１ｍ左右），二者均采用１３．５６ｍｈｚ工作频率，并都具有防冲突机制。
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命令字节：用于规定ａｓｉｃ与ｖｉｃｃ通讯时的有关参数。如果该端为３０ｈ则表示该系统支持的射频协议是ｉｓｏ１５６９３（２５６选１），采用ｆｍ调制方式，调制率１０％，返回数据波特率为６．６７ｋｂ／ｓ。注意：命令字节的发送顺序是高位在先，即：ｍｓｂ ｆｉｒｓｔ。
数据：数据域内容由１５６９３－３规定?这个数据一般发送到ｔａｇ。
结束位（ｅｓ１）：收发器和微处理器之间的通信结束位，当ｓｃｌｏｃｋ位保持高电平时，将在ｄｉｎ产生一个下降沿（见图３）。
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起始位（s2） flags 响应内容 crc16 结束位（es2）
其中起始位ｓ２用于表示ｖｉｃｃ响应数据的开始，其定义是当ｓｃｌｏｃｋ为高电平时，ｄｏｕｔ产生一个上升沿（参见图４）。而结束位ｅｓ２则表示ｖｉｃｃ响应数据的结束。它被定义为当ｓｃｌｏｃｋ为高电平时，ｄｏｕｔ产生一个下降沿（如图４）。
４ 结束语
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