近距離通信的SWP方案及在SIM卡中的實現(xiàn)方法

1.1.2 主動模式通信原理

　　在主動模式下，NFC發(fā)起設(shè)備要發(fā)送數(shù)據(jù)給目標(biāo)設(shè)備時，必須產(chǎn)生自己的射頻場；被讀NFC設(shè)備發(fā)送響應(yīng)給發(fā)起設(shè)備時，也要產(chǎn)生自己的射頻場。發(fā)起設(shè)備和目標(biāo)設(shè)備都要產(chǎn)生自己的射頻場，這是對等網(wǎng)絡(luò)通信的標(biāo)準(zhǔn)模式，可以獲得非?？焖俚倪B接設(shè)置［1］。

　　移動設(shè)備主要工作在被動模式，可以大幅降低功耗，并延長電池壽命。主動模式主要是針對點對點模式，用于筆記本、手機、數(shù)碼相機之間的數(shù)據(jù)交換。

1.2 近距離通信與RFID的關(guān)系

　　NFC是一種基于RFID的無線通信技術(shù)，二者都工作在13.56 MHz頻帶。在標(biāo)簽?zāi)Ｊ较?，NFC利用RFID的通信原理，都基于無線頻率的電磁感應(yīng)耦合原理。

　　但是NFC技術(shù)是無線通信的新技術(shù)，與RFID還是有區(qū)別的：NFC技術(shù)增加了點對點通信功能，可以快速建立藍牙設(shè)備之間的P2P（點對點）無線通信，NFC設(shè)備彼此尋找對方并建立通信連接。P2P通信的雙方設(shè)備是對等的，而RFID通信的雙方設(shè)備是主從關(guān)系。

2 SWP標(biāo)準(zhǔn)及連接方案

2.1 SWP標(biāo)準(zhǔn)［3］

　　SWP連接方案基于ETSI（歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會）的SWP標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了SIM卡和NFC芯片之間的通信接口。

　　SWP(單線協(xié)議)是在一根單線上實現(xiàn)全雙工通信，即S1和S2這兩個方向的信號，如圖1所示。通信的雙方是UICC（Universal Integrated Circuit Card，通用集成芯片卡）和CLF（Contactless Frontend,非接觸前端）。S1是電壓信號，SIM卡通過電壓表檢測S1信號的高低電平，采用電平寬度調(diào)制；S2信號是電流信號，采用負載調(diào)制方式。S2信號必須在S1信號為高電平時才有效，S1信號為高電平時導(dǎo)通其內(nèi)部的一個三極管，S2信號才可以傳輸。S1信號和S2信號疊加在一起，在一條單線上實現(xiàn)全雙工通信［4］。

圖1 SWP信號定義

圖2 S1信號的編碼

　　S1信號的編碼如圖2所示，邏輯1在3/4周期（3/4T）內(nèi)為高電平，邏輯0在1/4周期（1/4T）內(nèi)為高電平。S2信號在S1信號為高時有效，在S1信號為低時才能進行由低電平到高電平的切換。SWP有3種傳輸速率：212 kbps、424 kbps、848 kbps，對數(shù)據(jù)位進行擴展之后，傳輸速率可以達到1 696 kbps。

　　SWP協(xié)議是關(guān)于物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的協(xié)議。物理層負責(zé)UICC和CLF之間物理鏈路的激活、保持、解除工作。SWP協(xié)議要求UICC的工作電壓為1.8～3.3 V。

　　與OSI協(xié)議類似，數(shù)據(jù)鏈路層分為MAC（媒介訪問控制）層和鏈路控制層。在MAC層采用位填充的成幀方法。鏈路控制層包括3種類型的幀協(xié)議：ACT協(xié)議、SHDLC協(xié)議以及CLT（非接觸通道）協(xié)議。在SWP接口的設(shè)計中，使用了前兩種協(xié)議。

　　ACT協(xié)議是接口激活協(xié)議，用于激活SWP接口。在沒有射頻場時，SWP接口處于去激活狀態(tài)。在標(biāo)簽?zāi)Ｊ较拢袘?yīng)到外界存在射頻場后，NFC芯片被激活，UICC收到NFC芯片的高電平信號后，使用ACT幀建立物理鏈路的連接。

　　SHDLC協(xié)議是ISO制定的高級數(shù)據(jù)鏈路控制規(guī)范的簡單版本，也是面向位的同步鏈路。該協(xié)議主要用來傳輸交互的數(shù)據(jù)信息，其信息幀承載上層HCP（主機控制協(xié)議）的包數(shù)據(jù)。此外，SHDLC協(xié)議還具有流控管理、錯誤檢查、出錯后數(shù)據(jù)重傳等功能。為了保證數(shù)據(jù)的正確發(fā)送與接收，兼容NFC芯片與UICC不同速率傳輸?shù)耐ㄐ拍芰?，在使用SHDLC協(xié)議通信前，首先要建立數(shù)據(jù)鏈路，雙方協(xié)商滑動窗口的大小。

2.2 SWP連接方案

　　本文中，CLF嵌入在手機內(nèi)部，UICC使用的是SIM卡，手機通過SIM卡與NFC芯片通信。NFC芯片與SIM卡的連接方案有多種，本文提出的是基于C6引腳的SWP（單線協(xié)議）方案。SWP協(xié)議連接手機NFC芯片與SIM卡，規(guī)定兩者之間的通信接口。圖3是SWP連接方案的示意圖。［4］

圖3 SWP連接方案示意圖