ISO14443 Type B類型卡的防碰撞過程以及命令解析

一、介紹

本博文介紹了PCD（Proximity Coupling Device）使用ISO14443-3 Type B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

2.1 REQB和WUPB

2.1.1 概要

REQB命令和WUPB命令是PCD用來檢測PICC是否在無限射頻場（RF）的命令。其中REQB命令用在PCD剛開始檢測RF中的PICC時，而WUPB使用在PCD喚醒處於停止態（HALT State）的PICC時。

2.1.2 命令格式

說明:
（1）防碰撞前綴APf的值爲0x05，即（0000 0101）b。
（2）Application Family Identifier（AFI）表示PCD檢測的PICC類型，如果AFI的值爲0，則表示PCD檢測所有支持的PICC類型。AFI所支持的類型如下圖所示。
注：X和Y的取值範圍都爲0x1~0xF。
（3）PARAM的編碼格式如下圖所示。

注：
A、所有的Reserved for Future ISO/IEC Use（RFU）比特位都爲0。
B、如果b4比特位爲0，表示該命令是REQB命令，PCD可以在空閒態（Idle State）或者準備態（Ready State）使用該命令去檢測PICC；如果b4比特位是1，表示是WUPB命令，PCD可以在空閒態（Idle State）、準備態（Ready State）或者停止態（HALT State）使用該命令檢測PICC。
C、b1、b2和b3共同組成槽序號（Number of slots）。它的編碼以及含義如下圖所示。

注：對於每一個PICC而言，用ATQB響應REQB第一個槽序號的概率都爲1/N。因此，如果PCD使用的是概率響應的辦法，N不作爲調節槽序號的值，但是PICC會在特定ATQB槽序號裏返回它的UID。即N只是槽序號總數，但是每個PICC在0~N的響應概率都爲1/N，N不爲ATQB中的b1、b2和b2的編碼。

2.2 Slot-MARKER

2.2.1 概要

在PCD發送完REQB/WUPB命令後，它可以在槽序號N發送（N-1）個Slot-MARKER命令。Slot-MARKER命令在如下兩種情況會被髮送。
A、PCD接收到PICC的ATQB命令後開始下一個槽（時隙）時，即發送下一條命令時。
B、如果知道該槽是空的，並且沒有ATQB到來，那麼不需要等待ATQB，直到該槽結束的時候。即b1、b2和b3都爲0時。
注：該命令不是PICC強制要支持的。如果PICC不支持該命令，那麼它將會忽視該命令。此時PICC只能通過概率的方法用ATQB去響應PCD的REQB命令。

2.2.2 命令格式

說明：
A、APn爲Slot-MARKER命令的第一個字節，它的二進制表示爲（nnnn 0101）b，即它的低四比特爲固定位0x5，即（0101）b；高四比特位編碼如下所示。

注：slot-MARKER命令不強制要求隨着槽序號遞增而增加，只要在0~N之間即可。

2.3 ATQB

2.3.1 概要

ATQB命令是PICC對PCD發出的REQB/WUPB和Slot-MARKER命令的響應命令。

2.3.2 命令格式

說明：
（1）第一個字節值爲0x50，是ATQB命令的前綴。
（2）第二到第五個字節表示PICC的Pseudo Unique PICC Identifier（PUPI），即Type B類型的卡號。表明Type B類型的卡號只有四個字節。
（3）第六到第九個字節是應用數據（Application Data），它的編碼以及含義如下。

注：
A、應用數據的第一個字節是AFI，表明卡片的用途。
B、CRC_B的計算方法參照ISO14443-3文檔。
C、應用序號（Number of Applications）佔一個字節。高四個比特位與AFI一致，‘0’意味着無應用，‘0xF’意味着15種應用或者更多；低四比特位代表着應用總數，‘0’意味着沒有應用，‘0xF’意味着15種應用或者更多。
（4）第十到第十二個字節是協議信息（Protocol Info）。它的編碼以及含義如下。

注：
1）第一個字節表示的是數據傳輸的速率。編碼以及含義如下

2）第二個字節的高四比特位表示最大幀值（Max_Frame_Size），低四比特位是PICC所支持協議類型（Protocol_Type）。

A、最大幀值編碼以及含義如下圖所示。

B、協議類型編碼以及含義如下圖所示。

3）第三個字節分成FWI、ADC和FO三部分。
A、第一部分是高四比特位的幀等待整數時間Frame Waiting time Integer(FWI)，它是用來定義幀等待時間Frame Waiting Time（FWT）的。它表示PICC響應PCD的最大時間，FWI與FWT之間的轉換爲：FWT = （256 * 16 / fc） * 2^FWI，其中FWI的取值範圍是0~14，fc是射頻場的頻率13.56MHz。
B、第二部分是b4和b3比特位的PICC支持的應用數據編碼（Application Data Coding）。它們的編碼以及含義如下所示。

C、第三部分是b2和b1比特位的PICC支持的幀選項（Frame Option）。它們的編碼以及含義如下圖所示。

2.4 ATTRIB

2.4.1 概要

該命令是由PCD發給PICC的命令，一旦該命令發送，意味着PICC已經確定。

2.4.2 命令格式

說明：
（1）第一個字節值爲0x1D，它是ATTRIB命令前綴。
（2）第二到第五個字節是Type B的卡號Identifier，值和PUPI一樣。。
（3）第六個字節我們稱之爲參數1，它的編碼以及含義如下。

說明：
1）b8和b7比特表示Minimum TR0，含義是PICC響應PCD命令的最小延遲時間。它的編碼以及含義如下。

2）b6和b5比特表示Minimum TR1，含義是PICC副載波調製開始到數據傳輸的最小延遲時間。它的編碼以及含義如下。

3）b4比特表示是否需要幀結束標識，0表示需要，1表示不需要。
4）b3比特表示是否需要幀開始標識，0表示需要，1表示不需要。
（4）第七個字節我們稱之爲參數2。它的編碼以及含義如下。
1）b8和b7比特位的編碼以及含義如下。

2）b6和b5比特位的編碼以及含義如下。

3）b4到b1比特位表示PCD最大接收幀的大小，這四個比特位代表的含義如下。

（5）第八個字節我們稱之爲參數3。它的高四比特位爲RFU，預留未來適用，值爲0；低四比特位定義了PICC支持的協議類型。
（6）第九個字節我們稱之爲參數4。它的高四比特位爲RFU，值爲0；低四比特位爲CID，它的取值範圍爲0~14。PCD定義了每個激活的PICC必須要有各自獨特的CID，如果PICC不支持CID，那麼CID的值爲（0000）b。
（10）剩餘字節是高層信息，它可有可無，視具體情況而定。PICC不強制要求含有該部分信息。但是像身份證類型的卡，必須要有高層信息。

2.5 ATTRIB命令的響應

命令格式

說明：
（1）第一字節分成兩部分：高四比特位爲Maximum Buffer Length Index（MBLI），它讓PCD知道PICC內部緩衝到接收幀的限制。如果MBLI的值爲0，意味着PICC沒有提供信息給內部的輸入緩衝；如果MBLI大於0，則MBL=（PICC最大幀大小）*2^（MBLI-1），PICC會在ATQB中返回PICC最大幀的大小。當PICC發送了MBL時，PCD應該確保幀的長度不會超過MBL。低四比特位爲PICC返回給PCD的CID，如果PICC不支持CID，則返回（0000）b。
（2）高層信息響應字節根據卡片本身情況而定，可能有也可能沒有。

2.6 HLTB

2.6.1 概要

該命令用於設置PICC處於停止態（HALT State），並且讓它不要響應REQB命令。發送該命令成功之後，其它命令都會被忽視，只有WUPB命令能夠響應。

2.6.2 命令格式

說明：
（1）第一個字節值爲0x50，它是HLTB的命令前綴。
（2）第二到第五個字節是PICC的卡號Identifier，即PUPI。
（3）最後兩個字節是CRC_B，計算方法參照ISO14443-3文檔。

2.7 HLTB命令響應

命令格式

三、PCD檢測PICC過程

流程圖

注：
A、R是一個由PICC隨機生成的在1~N之間的數。
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、防碰撞過程

4.1 描述

防碰撞過程是PCD通過一些命令控制執行的，PCD開始使用REQB命令，和一個或者多個發送ATQB的PICC的通信。如果在PCD發送REQB，具有不止一個PICC發送ATQB響應REQB，那麼我們稱該現象爲“碰撞”。PCD在防碰撞過程執行的一系列命令就是爲了選出一個特定的PICC。PCD完成防碰撞過程後，被選中的PICC的通信就會被PCD所掌控

4.2 原理

防碰撞的過程的原理是基於時隙的，在防碰撞過程中，PICC會在最短的時間內傳輸應用數據。在PCD發送的REQB/WUPB命令中槽序號可能會變化，PICC在每一時隙等可能的響應槽序號，所有的的PICC都可以在防碰撞的過程中進行應答（發送ATQB）。PCD在防碰撞過程設置的命令取決於PCD的使用策略，它既可以使用概率法（重複單槽序號，使PICC的隨機數等於1時響應），也可以使用僞確定法（多槽序號，在碰撞過程中所有PICC可以響應，在某個特定槽序號確定PICC）。

4.3 規則

當PICC接收到REQB/WUPB命令後，處於READY-REQUESTED sub-state時，PICC的響應應該遵循下面規則（N是REQB/WUPB命令中的參數）：
—-如果N=1，PICC應該發送ATQB並且進入READY-DECLARED sub-state。
—-如果N>1:

PICC可以採用概率法（PCD檢測PICC流程圖中的Option 1），並且進入空閒態（Idle State）；
PICC採用發送Slot-MARKER命令的方法（PCD檢測PICC流程圖中的Option 2），一直到槽序號等於R，然後PICC發送ATQB並且進入READY-DECLARED sub-state。

五、實例