ISO14443 Type B类型卡的防碰撞过程以及命令解析

一、介绍

本博文介绍了PCD（Proximity Coupling Device）使用ISO14443-3 Type B协议检测匹配的PICC（Polling For Proximity Cards）命令以及防碰撞过程（Anticollision Proccess）。

二、命令

2.1 REQB和WUPB

2.1.1 概要

REQB命令和WUPB命令是PCD用来检测PICC是否在无限射频场（RF）的命令。其中REQB命令用在PCD刚开始检测RF中的PICC时，而WUPB使用在PCD唤醒处于停止态（HALT State）的PICC时。

2.1.2 命令格式

说明:
（1）防碰撞前缀APf的值为0x05，即（0000 0101）b。
（2）Application Family Identifier（AFI）表示PCD检测的PICC类型，如果AFI的值为0，则表示PCD检测所有支持的PICC类型。AFI所支持的类型如下图所示。
注：X和Y的取值范围都为0x1~0xF。
（3）PARAM的编码格式如下图所示。

注：
A、所有的Reserved for Future ISO/IEC Use（RFU）比特位都为0。
B、如果b4比特位为0，表示该命令是REQB命令，PCD可以在空闲态（Idle State）或者准备态（Ready State）使用该命令去检测PICC；如果b4比特位是1，表示是WUPB命令，PCD可以在空闲态（Idle State）、准备态（Ready State）或者停止态（HALT State）使用该命令检测PICC。
C、b1、b2和b3共同组成槽序号（Number of slots）。它的编码以及含义如下图所示。

注：对于每一个PICC而言，用ATQB响应REQB第一个槽序号的概率都为1/N。因此，如果PCD使用的是概率响应的办法，N不作为调节槽序号的值，但是PICC会在特定ATQB槽序号里返回它的UID。即N只是槽序号总数，但是每个PICC在0~N的响应概率都为1/N，N不为ATQB中的b1、b2和b2的编码。

2.2 Slot-MARKER

2.2.1 概要

在PCD发送完REQB/WUPB命令后，它可以在槽序号N发送（N-1）个Slot-MARKER命令。Slot-MARKER命令在如下两种情况会被发送。
A、PCD接收到PICC的ATQB命令后开始下一个槽（时隙）时，即发送下一条命令时。
B、如果知道该槽是空的，并且没有ATQB到来，那么不需要等待ATQB，直到该槽结束的时候。即b1、b2和b3都为0时。
注：该命令不是PICC强制要支持的。如果PICC不支持该命令，那么它将会忽视该命令。此时PICC只能通过概率的方法用ATQB去响应PCD的REQB命令。

2.2.2 命令格式

说明：
A、APn为Slot-MARKER命令的第一个字节，它的二进制表示为（nnnn 0101）b，即它的低四比特为固定位0x5，即（0101）b；高四比特位编码如下所示。

注：slot-MARKER命令不强制要求随着槽序号递增而增加，只要在0~N之间即可。

2.3 ATQB

2.3.1 概要

ATQB命令是PICC对PCD发出的REQB/WUPB和Slot-MARKER命令的响应命令。

2.3.2 命令格式

说明：
（1）第一个字节值为0x50，是ATQB命令的前缀。
（2）第二到第五个字节表示PICC的Pseudo Unique PICC Identifier（PUPI），即Type B类型的卡号。表明Type B类型的卡号只有四个字节。
（3）第六到第九个字节是应用数据（Application Data），它的编码以及含义如下。

注：
A、应用数据的第一个字节是AFI，表明卡片的用途。
B、CRC_B的计算方法参照ISO14443-3文档。
C、应用序号（Number of Applications）占一个字节。高四个比特位与AFI一致，‘0’意味着无应用，‘0xF’意味着15种应用或者更多；低四比特位代表着应用总数，‘0’意味着没有应用，‘0xF’意味着15种应用或者更多。
（4）第十到第十二个字节是协议信息（Protocol Info）。它的编码以及含义如下。

注：
1）第一个字节表示的是数据传输的速率。编码以及含义如下

2）第二个字节的高四比特位表示最大帧值（Max_Frame_Size），低四比特位是PICC所支持协议类型（Protocol_Type）。

A、最大帧值编码以及含义如下图所示。

B、协议类型编码以及含义如下图所示。

3）第三个字节分成FWI、ADC和FO三部分。
A、第一部分是高四比特位的帧等待整数时间Frame Waiting time Integer(FWI)，它是用来定义帧等待时间Frame Waiting Time（FWT）的。它表示PICC响应PCD的最大时间，FWI与FWT之间的转换为：FWT = （256 * 16 / fc） * 2^FWI，其中FWI的取值范围是0~14，fc是射频场的频率13.56MHz。
B、第二部分是b4和b3比特位的PICC支持的应用数据编码（Application Data Coding）。它们的编码以及含义如下所示。

C、第三部分是b2和b1比特位的PICC支持的帧选项（Frame Option）。它们的编码以及含义如下图所示。

2.4 ATTRIB

2.4.1 概要

该命令是由PCD发给PICC的命令，一旦该命令发送，意味着PICC已经确定。

2.4.2 命令格式

说明：
（1）第一个字节值为0x1D，它是ATTRIB命令前缀。
（2）第二到第五个字节是Type B的卡号Identifier，值和PUPI一样。。
（3）第六个字节我们称之为参数1，它的编码以及含义如下。

说明：
1）b8和b7比特表示Minimum TR0，含义是PICC响应PCD命令的最小延迟时间。它的编码以及含义如下。

2）b6和b5比特表示Minimum TR1，含义是PICC副载波调制开始到数据传输的最小延迟时间。它的编码以及含义如下。

3）b4比特表示是否需要帧结束标识，0表示需要，1表示不需要。
4）b3比特表示是否需要帧开始标识，0表示需要，1表示不需要。
（4）第七个字节我们称之为参数2。它的编码以及含义如下。
1）b8和b7比特位的编码以及含义如下。

2）b6和b5比特位的编码以及含义如下。

3）b4到b1比特位表示PCD最大接收帧的大小，这四个比特位代表的含义如下。

（5）第八个字节我们称之为参数3。它的高四比特位为RFU，预留未来适用，值为0；低四比特位定义了PICC支持的协议类型。
（6）第九个字节我们称之为参数4。它的高四比特位为RFU，值为0；低四比特位为CID，它的取值范围为0~14。PCD定义了每个激活的PICC必须要有各自独特的CID，如果PICC不支持CID，那么CID的值为（0000）b。
（10）剩余字节是高层信息，它可有可无，视具体情况而定。PICC不强制要求含有该部分信息。但是像身份证类型的卡，必须要有高层信息。

2.5 ATTRIB命令的响应

命令格式

说明：
（1）第一字节分成两部分：高四比特位为Maximum Buffer Length Index（MBLI），它让PCD知道PICC内部缓冲到接收帧的限制。如果MBLI的值为0，意味着PICC没有提供信息给内部的输入缓冲；如果MBLI大于0，则MBL=（PICC最大帧大小）*2^（MBLI-1），PICC会在ATQB中返回PICC最大帧的大小。当PICC发送了MBL时，PCD应该确保帧的长度不会超过MBL。低四比特位为PICC返回给PCD的CID，如果PICC不支持CID，则返回（0000）b。
（2）高层信息响应字节根据卡片本身情况而定，可能有也可能没有。

2.6 HLTB

2.6.1 概要

该命令用于设置PICC处于停止态（HALT State），并且让它不要响应REQB命令。发送该命令成功之后，其它命令都会被忽视，只有WUPB命令能够响应。

2.6.2 命令格式

说明：
（1）第一个字节值为0x50，它是HLTB的命令前缀。
（2）第二到第五个字节是PICC的卡号Identifier，即PUPI。
（3）最后两个字节是CRC_B，计算方法参照ISO14443-3文档。

2.7 HLTB命令响应

命令格式

三、PCD检测PICC过程

流程图

注：
A、R是一个由PICC随机生成的在1~N之间的数。
B、Option 1是不支持Slot-MARKER命令的PICC分支。Option 2是支持Slot-MARKER命令的PICC分支。

四、防碰撞过程

4.1 描述

防碰撞过程是PCD通过一些命令控制执行的，PCD开始使用REQB命令，和一个或者多个发送ATQB的PICC的通信。如果在PCD发送REQB，具有不止一个PICC发送ATQB响应REQB，那么我们称该现象为“碰撞”。PCD在防碰撞过程执行的一系列命令就是为了选出一个特定的PICC。PCD完成防碰撞过程后，被选中的PICC的通信就会被PCD所掌控

4.2 原理

防碰撞的过程的原理是基于时隙的，在防碰撞过程中，PICC会在最短的时间内传输应用数据。在PCD发送的REQB/WUPB命令中槽序号可能会变化，PICC在每一时隙等可能的响应槽序号，所有的的PICC都可以在防碰撞的过程中进行应答（发送ATQB）。PCD在防碰撞过程设置的命令取决于PCD的使用策略，它既可以使用概率法（重复单槽序号，使PICC的随机数等于1时响应），也可以使用伪确定法（多槽序号，在碰撞过程中所有PICC可以响应，在某个特定槽序号确定PICC）。

4.3 规则

当PICC接收到REQB/WUPB命令后，处于READY-REQUESTED sub-state时，PICC的响应应该遵循下面规则（N是REQB/WUPB命令中的参数）：
—-如果N=1，PICC应该发送ATQB并且进入READY-DECLARED sub-state。
—-如果N>1:

PICC可以采用概率法（PCD检测PICC流程图中的Option 1），并且进入空闲态（Idle State）；
PICC采用发送Slot-MARKER命令的方法（PCD检测PICC流程图中的Option 2），一直到槽序号等于R，然后PICC发送ATQB并且进入READY-DECLARED sub-state。

五、实例