SHC1102無線電子標(biāo)簽技術(shù)

　電子標(biāo)簽，又名智能標(biāo)簽，它是使用小型天線的非接觸式IC卡，其核心是采用了RFID射頻識別技術(shù)、存儲容量較小的芯片，具有智能讀寫及加密通信的能力。
　　上海華虹集成電路有限責(zé)任公司繼成功開發(fā)出具有自主知識產(chǎn)權(quán)的8k bit非接觸式IC卡芯片（成功應(yīng)用于上海公共交通卡項目），64k bit接觸式CPU卡（成功應(yīng)用于上海社會保障卡項目）等一系列智能卡產(chǎn)品后，又推出SHC1102無線電子標(biāo)簽產(chǎn)品。該產(chǎn)品出自對實用性，可靠性和經(jīng)濟性等方面的考慮，面向低成本運用，并具有易于回收的特點。其技術(shù)和測試標(biāo)準(zhǔn)都符合ISO14443 Type A國際標(biāo)準(zhǔn)。華虹SHC1102無線電子標(biāo)簽產(chǎn)品適用于軌道交通AFC收費系統(tǒng)中的IC卡單程票、供應(yīng)鏈管理、專業(yè)防偽、巡更、航空包裹管理、電子門鎖等經(jīng)濟型領(lǐng)域。

　　1 電子標(biāo)簽的特性
　　數(shù)據(jù)存儲：數(shù)據(jù)可隨時更新。
　　讀寫速度：與條形碼相比，無須直線對準(zhǔn)掃描，讀寫速度更快，可多目標(biāo)識別和運動識別。
　　使用方便：體積小，容易封裝，可以嵌入產(chǎn)品內(nèi)。
　　安全：序列號惟一，采用認(rèn)證來防止數(shù)據(jù)的非法讀寫，難以偽造。
　　耐用：避免了機械故障、壽命長（一般可達(dá)十年以上）、可抵抗惡劣環(huán)境。

　　2 技術(shù)原理
　　無線電子標(biāo)簽(SHC1102)由射頻電路、控制邏輯、EEPROM接口和小容量EEPROM組成。對 SHC1102 的操作可通過讀寫機具中承擔(dān)著數(shù)據(jù)編解碼、相互認(rèn)證、加解密等功能的專用集成電路 SHC1501 進(jìn)行。華虹SHC1101和SHC1102產(chǎn)品可以使用同一臺讀寫器進(jìn)行操作。

　　2.1系統(tǒng)架構(gòu)
　　SHC1102 的系統(tǒng)由讀寫器和無線電子標(biāo)簽兩部分組成。如圖1所示。


　　2.2功能模塊描述
　　SHC1102是上海華虹集成電路有限公司的非接觸式IC卡芯片系列產(chǎn)品之一，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由射頻接口電路、電源電路、邏輯控制電路、EEPROM存貯單元電路四個部分組成，如圖2所示。

　　射頻接口電路主要有四個功能：<1>SHC1102芯片內(nèi)部各部分電路工作時所需要的能量,通過電源產(chǎn)生電路完成；<2>從載波中提取電路正常工作時需要的時鐘，由時鐘恢復(fù)電路完成；<3>對進(jìn)出SHC1102芯片的數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制解調(diào)，由數(shù)據(jù)調(diào)制解調(diào)電路完成；<4>上電復(fù)位，由復(fù)位電路完成。
數(shù)字部分由主控制模塊、通訊模塊和信息安全模塊等部分組成。各模塊在主控制模塊的控制下，對讀卡器的指令進(jìn)行響應(yīng)。
　　EEPROM存貯單元電路用來存儲關(guān)鍵數(shù)據(jù)，它通過EEPROM接口電路與數(shù)字部分進(jìn)行通訊。為數(shù)字部分提供必要的數(shù)據(jù)或數(shù)據(jù)讀寫指令執(zhí)行的結(jié)果。由于EEPROM存貯單元在寫操作時需要高壓，因此EEPROM存貯單元電路內(nèi)含高壓產(chǎn)生和控制電路。

　　2.3 主要技術(shù)參數(shù)
　　●工作頻率：13.56 MHz
　　●通信速率：106 kps
　　●調(diào)制方式：ISO/IEC 14443　Type A
　　●工作溫度：-20℃至80℃
　　●存貯容量：512 bits
　　●無電池：　無線方式傳遞數(shù)據(jù)和能量
　　●讀寫距離：在距讀卡器天線0-100 mm區(qū)域內(nèi)能正確進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和完成各項操作
　　●采用半雙工通訊協(xié)議
　　●在無線通訊過程中通過以下機制來保證數(shù)據(jù)完整
　　---每幀有16位CRC檢驗
　　---每字節(jié)有奇偶校驗位
　　●數(shù)據(jù)安全性
　　---相互認(rèn)證
　　---每張卡的序列號惟一
　　---傳輸密鑰保護(hù)
　　●靈活的的存儲結(jié)構(gòu)
　　---512 位EEPROM （16 Blocks × 4 Bytes × 8 Bits ）
　　---分為2個不同訪問條件的數(shù)據(jù)區(qū) （ DATA 1、DATA 2 ）
　　---每個塊為最小訪問單位，由4個字節(jié)組成
　　---每個芯片可定義自己獨立的密鑰 （4 Bytes ）
　　●數(shù)據(jù)保持時間大于10年
　　●擦寫次數(shù)大于10萬次

　　2.4 交易流程
　　當(dāng) SHC1102 芯片接收到讀寫器的指令后，經(jīng)過指令譯碼，通過控制邏輯進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，并返回相應(yīng)的處理結(jié)果。
　　當(dāng)華虹 SHC1102 位于讀寫器的有效工作范圍之外時，芯片處于無電狀態(tài)，不能進(jìn)行任何操作；當(dāng)其進(jìn)入讀寫器的有效工作范圍，芯片上電復(fù)位，進(jìn)入等待狀態(tài)，在此狀態(tài)下可正確接收和響應(yīng)讀寫器發(fā)送的詢卡/應(yīng)答指令，并進(jìn)行相互認(rèn)證和讀寫等操作。

　　●詢卡(Answer to Request)　　

　　讀寫器通過發(fā)出指令來確認(rèn)是否有華虹非接觸式IC卡產(chǎn)品（SHC1101、SHC1102）進(jìn)入其操作范圍，并通過應(yīng)答確認(rèn)產(chǎn)品的類型。并由產(chǎn)品類型確定相互之間的通訊協(xié)議和通訊速率。

　　●選卡（Select）

　　選擇要進(jìn)入下一步操作的卡序列號（UID），卡應(yīng)在確認(rèn)被選中后返回卡的用戶碼（CID）。

　　●認(rèn)證( Authentication)

　　SHC1102進(jìn)入讀寫器的有效工作范圍并正確響應(yīng)之后，讀寫器與SHC1102電子標(biāo)簽之間要進(jìn)行相互認(rèn)證。只有都通過了認(rèn)證，讀寫器才能開始對卡進(jìn)行權(quán)限操作（非權(quán)限讀操作無需認(rèn)證即可進(jìn)行）。

　　●讀寫(Read/Write)

　　在完成必要的認(rèn)證后,讀寫器就可以開始對SHC1102進(jìn)行讀寫操作了。
　 讀——讀一個塊，直接讀或經(jīng)認(rèn)證后讀。
　 寫——寫一個塊，必須先通過認(rèn)證。

　　●停止（Halt）

　　將 SHC1102設(shè)置為停止等待狀態(tài)。

　　2.5存儲結(jié)構(gòu)及其讀寫權(quán)限

　　SHC1102中的EEPROM存儲區(qū)容量為512 Bits，分成16個塊，每個塊由4個字節(jié)組成，每個字節(jié)有8位。塊是存儲區(qū)的最小訪問單位。
SHC1102芯片中EEPROM存儲區(qū)的結(jié)構(gòu)如表1所示。


　　●制造商塊
　　塊0、塊1是特殊的數(shù)據(jù)塊，用于存放制造商代碼（MID）、客戶代碼（CID）、唯一序列號（UID），稱制造商塊。制造商塊中的數(shù)據(jù)由芯片制造商在生產(chǎn)過程中寫入，數(shù)據(jù)只讀，不可改寫。
　　●密鑰塊
　　塊8專用于存放認(rèn)證的密鑰，稱密鑰塊，此塊存放的數(shù)據(jù)須通過認(rèn)證后才可讀或可改寫。
　　●應(yīng)用數(shù)據(jù)區(qū) 1 （ DATA 1 ）
　　應(yīng)用數(shù)據(jù)區(qū)1 ： 塊2 ～ 塊7 （DATA 1）
　　訪問控制條件： 讀 ―― 無條件； 寫 ―― 認(rèn)證 Key
　　●應(yīng)用數(shù)據(jù)區(qū) 2 （ DATA 2 ）
　　應(yīng)用數(shù)據(jù)區(qū)2 ： 塊9 ～ 塊15 （DATA 2）
　　訪問控制條件： 讀 ―― 認(rèn)證 Key； 寫 ―― 認(rèn)證 Key

　　3 綜述
　　SHC1102電子標(biāo)簽作為數(shù)據(jù)載體，能起到標(biāo)識識別、物品跟蹤和信息采集的作用。其應(yīng)用主要是滿足了以下的幾個要求：
　　●對物品信息的跟蹤性和可追溯性的要求。
　　●對高準(zhǔn)確度與高安全性的要求。
　　●對唯一識別與無法偽造的要求。
　　●對處理大量物品的快捷性的需求。
　　●對物品實時監(jiān)控的需求。
　　在1992～1999年間射頻識別產(chǎn)品在全世界銷售額的年平均增長率達(dá)25.3%。由此可見，射頻識別技術(shù)具有廣闊的市場前景。
　　我國政府在1993年制定的金卡工程實施計劃及全國范圍的金融卡網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的10年規(guī)劃，是旨在加速推動我國國民經(jīng)濟信息化進(jìn)程的重大國家級工程。由此各種自動識別技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用十分迅猛。現(xiàn)在，射頻識別技術(shù)做為一種新興的自動識別技術(shù)，也在中國迅速地普及。可以說，射頻識別產(chǎn)品的市場是十分巨大的。