ISO14443 Type A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 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

2.1 REQA和 WUQA

2.1.1 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）。

2.1.2 命令格式

REQA命令和WUPA命令只有一個字節（短幀格式），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

注：RFU爲Reserved for Future ISO/IEC Use的縮寫，我喜歡稱之爲“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

2.2 ANTICOLISION和SELECT

2.2.1 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），佔一個字節。
（2） 有效字節（NVB），佔一個字節。
（3） 0~40個Unique Identifier（UID）比特位。
其中，選擇代碼分成三個層次，根據防碰撞的級別使用（根據參與防碰撞的UID長度使用）。級別一選擇代碼爲0x93，級別二爲0x95，級別三爲0x97。
有效字節是指PCD傳輸了的字節數和比特位數。NVB的高四個比特位表示已經傳輸的比特數除8得到的結果，它包含SEL和NVB字節。所以字節數最小值爲2（只有SEL和NVB），最大值爲7（含有SEL、NVB和5個字節的UID）；NVB的低四個比特位表示已經傳輸的比特位數模8，它包含SEL和NVB字節，因此它的最小值爲0，最大值爲7。

2.2.2 命令格式

B1	B2	B3~B7
SEL	NVB	UID

注：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個比特位之間。它會由NVB指出。

2.3 HLTA

2.3.1 命令概要

該命令用於PICC不響應PCD的解調命令，它佔兩個字節，後面跟着一個CRC_A。第一個字節爲0x50，第二個字節爲0x00，CRC_A的計算方法參見ISO14443-3文檔。

2.3.2 命令格式

1st Byte	2nd Byte	3rdByte 4th Byte
0x50	0x00	CRC_A

2.4 ATQA

2.4.1 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。

2.4.2 命令格式

注：
A、所有的RFU都默認設置爲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爲單尺寸時，表示PICC的UID長度爲4個字節；雙尺寸表示PICC的UID長度爲7個字節；三尺寸表示PICC的UID長度爲10個字節。
D、防撞比特位，該區域的值不爲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中的碰撞比特位不爲零，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級別，第一個級別必須要有，第二和第三級別視具體情況而定（ATQA的碰撞比特位和UID的長度）。如果只有一張PICC，那麼只進行第一級別的防碰撞過程；多張相應REQA，纔會進行第二第三級別的防碰撞過程。
——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設置SEL編碼和選擇碰撞級別。（當SEL編碼爲0x93時，表示碰撞級別一；當SEL編碼爲0x95時，表示碰撞級別二；當SEL編碼爲0x97時，表示碰撞級別三）。
（2）PCD設置NVB的初始值爲0x20。表示傳輸的字節（SEL和NVB）數爲2*8 / 8 = 2，傳輸的比特位爲 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中的碰撞比特位爲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）根據傳輸的字節數和比特位數重新設置NVB的值，PCD需要設置碰撞響應規則是以比特位1進行，還是以比特位0進行。
（8）PCD發送SELECT命令，傳輸重新設置好的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，進行更高級別的碰撞。
（11）如果更高級別的碰撞發生了，PCD應將NVB設置成0x70，表示傳輸了7字節。7 = 1 + 1 + 5（1個字節SEL，1個字節NVB和5個字節【可能是1個字節的CT（0x88）加上3個字節的UID，再加上一個字節的BCC（前面四個傳輸字節異或結果）；也可能是四個字節的UID加上一個字節的BCC（前面四個字節UID異或的結果）】）。
（12）PCD發送SELECT命令，傳輸1個字節SEL，1個字節NVB和5個字節UID。
（13）PICC響應SAK，PCD匹配5個字節的UID。
（14）如果UID是完整的，PICC傳輸的SAK清除碰撞級別比特位和從準備態（READY State）切換到激活態（ACTIVE State）或者從類準備態（READY* State）切換到類激活態（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級別。

注：
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、如果含有更高級別的防碰撞過程，那麼也就表示PICC的UID長度不止4個字節。因爲4個字節的UID只能進行級別一的防碰撞過程；7個字節的UID最多能進行級別二的防碰撞過程；10字節的UID最多能進行級別三的防碰撞過程。
C、同一碰撞級別裏可能發生多次碰撞。

4.2 流程圖

五、碰撞級別

六、防碰撞過程示例

注：
A、PICC #1是單尺寸UID，uid0的值是0x10；PICC #2是雙尺寸UID。
B、該實例的碰撞響應規則是按比特位1響應。