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SHC1102无线电子标签技术
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电子标签,又名智能标签,它是使用小型天线的非接触式IC卡,其核心是采用了RFID射频识别技术、存储容量较小的芯片,具有智能读写及加密通信的能力。
上海华虹集成电路有限责任公司继成功开发出具有自主知识产权的8k bit非接触式IC卡芯片(成功应用于上海公共交通卡项目),64k bit接触式CPU卡(成功应用于上海社会保障卡项目)等一系列智能卡产品后,又推出SHC1102无线电子标签产品。该产品出自对实用性,可靠性和经济性等方面的考虑,面向低成本运用,并具有易于回收的特点。其技术和测试标准都符合ISO14443 Type A国际标准。华虹SHC1102无线电子标签产品适用于轨道交通AFC收费系统中的IC卡单程票、供应链管理、专业防伪、巡更、航空包裹管理、电子门锁等经济型领域。
1 电子标签的特性
数据存储:数据可随时更新。
读写速度:与条形码相比,无须直线对准扫描,读写速度更快,可多目标识别和运动识别。
使用方便:体积小,容易封装,可以嵌入产品内。
安全:序列号惟一,采用认证来防止数据的非法读写,难以伪造。
耐用:避免了机械故障、寿命长(一般可达十年以上)、可抵抗恶劣环境。
2 技术原理
无线电子标签(SHC1102)由射频电路、控制逻辑、EEPROM接口和小容量EEPROM组成。对 SHC1102 的操作可通过读写机具中承担着数据编解码、相互认证、加解密等功能的专用集成电路 SHC1501 进行。华虹SHC1101和SHC1102产品可以使用同一台读写器进行操作。
2.1系统架构
SHC1102 的系统由读写器和无线电子标签两部分组成。如图1所示。
2.2功能模块描述
SHC1102是上海华虹集成电路有限公司的非接触式IC卡芯片系列产品之一,其内部结构主要由射频接口电路、电源电路、逻辑控制电路、EEPROM存贮单元电路四个部分组成,如图2所示。
射频接口电路主要有四个功能:<1>SHC1102芯片内部各部分电路工作时所需要的能量,通过电源产生电路完成;<2>从载波中提取电路正常工作时需要的时钟,由时钟恢复电路完成;<3>对进出SHC1102芯片的数据进行调制解调,由数据调制解调电路完成;<4>上电复位,由复位电路完成。
数字部分由主控制模块、通讯模块和信息安全模块等部分组成。各模块在主控制模块的控制下,对读卡器的指令进行响应。
EEPROM存贮单元电路用来存储关键数据,它通过EEPROM接口电路与数字部分进行通讯。为数字部分提供必要的数据或数据读写指令执行的结果。由于EEPROM存贮单元在写操作时需要高压,因此EEPROM存贮单元电路内含高压产生和控制电路。
2.3 主要技术参数
●工作频率:13.56 MHz
●通信速率:106 kps
●调制方式:ISO/IEC 14443 Type A
●工作温度:-20℃至80℃
●存贮容量:512 bits
●无电池: 无线方式传递数据和能量
●读写距离:在距读卡器天线0-100 mm区域内能正确进行数据交换和完成各项操作
●采用半双工通讯协议
●在无线通讯过程中通过以下机制来保证数据完整
---每帧有16位CRC检验
---每字节有奇偶校验位
●数据安全性
---相互认证
---每张卡的序列号惟一
---传输密钥保护
●灵活的的存储结构
---512 位EEPROM (16 Blocks × 4 Bytes × 8 Bits )
---分为2个不同访问条件的数据区 ( DATA 1、DATA 2 )
---每个块为最小访问单位,由4个字节组成
---每个芯片可定义自己独立的密钥 (4 Bytes )
●数据保持时间大于10年
●擦写次数大于10万次
2.4 交易流程
当 SHC1102 芯片接收到读写器的指令后,经过指令译码,通过控制逻辑进行数据处理,并返回相应的处理结果。
当华虹 SHC1102 位于读写器的有效工作范围之外时,芯片处于无电状态,不能进行任何操作;当其进入读写器的有效工作范围,芯片上电复位,进入等待状态,在此状态下可正确接收和响应读写器发送的询卡/应答指令,并进行相互认证和读写等操作。
●询卡(Answer to Request)
读写器通过发出指令来确认是否有华虹非接触式IC卡产品(SHC1101、SHC1102)进入其操作范围,并通过应答确认产品的类型。并由产品类型确定相互之间的通讯协议和通讯速率。
●选卡(Select)
选择要进入下一步操作的卡序列号(UID),卡应在确认被选中后返回卡的用户码(CID)。
●认证( Authentication)
SHC1102进入读写器的有效工作范围并正确响应之后,读写器与SHC1102电子标签之间要进行相互认证。只有都通过了认证,读写器才能开始对卡进行权限操作(非权限读操作无需认证即可进行)。
●读写(Read/Write)
在完成必要的认证后,读写器就可以开始对SHC1102进行读写操作了。
读——读一个块,直接读或经认证后读。
写——写一个块,必须先通过认证。
●停止(Halt)
将 SHC1102设置为停止等待状态。
2.5存储结构及其读写权限
SHC1102中的EEPROM存储区容量为512 Bits,分成16个块,每个块由4个字节组成,每个字节有8位。块是存储区的最小访问单位。
SHC1102芯片中EEPROM存储区的结构如表1所示。
●制造商块
块0、块1是特殊的数据块,用于存放制造商代码(MID)、客户代码(CID)、唯一序列号(UID),称制造商块。制造商块中的数据由芯片制造商在生产过程中写入,数据只读,不可改写。
●密钥块
块8专用于存放认证的密钥,称密钥块,此块存放的数据须通过认证后才可读或可改写。
●应用数据区 1 ( DATA 1 )
应用数据区1 : 块2 ~ 块7 (DATA 1)
访问控制条件: 读 ―― 无条件; 写 ―― 认证 Key
●应用数据区 2 ( DATA 2 )
应用数据区2 : 块9 ~ 块15 (DATA 2)
访问控制条件: 读 ―― 认证 Key; 写 ―― 认证 Key
3 综述
SHC1102电子标签作为数据载体,能起到标识识别、物品跟踪和信息采集的作用。其应用主要是满足了以下的几个要求:
●对物品信息的跟踪性和可追溯性的要求。
●对高准确度与高安全性的要求。
●对唯一识别与无法伪造的要求。
●对处理大量物品的快捷性的需求。
●对物品实时监控的需求。
在1992~1999年间射频识别产品在全世界销售额的年平均增长率达25.3%。由此可见,射频识别技术具有广阔的市场前景。
我国政府在1993年制定的金卡工程实施计划及全国范围的金融卡网络系统的10年规划,是旨在加速推动我国国民经济信息化进程的重大国家级工程。由此各种自动识别技术的发展及应用十分迅猛。现在,射频识别技术做为一种新兴的自动识别技术,也在中国迅速地普及。可以说,射频识别产品的市场是十分巨大的。
上海华虹集成电路有限责任公司继成功开发出具有自主知识产权的8k bit非接触式IC卡芯片(成功应用于上海公共交通卡项目),64k bit接触式CPU卡(成功应用于上海社会保障卡项目)等一系列智能卡产品后,又推出SHC1102无线电子标签产品。该产品出自对实用性,可靠性和经济性等方面的考虑,面向低成本运用,并具有易于回收的特点。其技术和测试标准都符合ISO14443 Type A国际标准。华虹SHC1102无线电子标签产品适用于轨道交通AFC收费系统中的IC卡单程票、供应链管理、专业防伪、巡更、航空包裹管理、电子门锁等经济型领域。
1 电子标签的特性
数据存储:数据可随时更新。
读写速度:与条形码相比,无须直线对准扫描,读写速度更快,可多目标识别和运动识别。
使用方便:体积小,容易封装,可以嵌入产品内。
安全:序列号惟一,采用认证来防止数据的非法读写,难以伪造。
耐用:避免了机械故障、寿命长(一般可达十年以上)、可抵抗恶劣环境。
2 技术原理
无线电子标签(SHC1102)由射频电路、控制逻辑、EEPROM接口和小容量EEPROM组成。对 SHC1102 的操作可通过读写机具中承担着数据编解码、相互认证、加解密等功能的专用集成电路 SHC1501 进行。华虹SHC1101和SHC1102产品可以使用同一台读写器进行操作。
2.1系统架构
SHC1102 的系统由读写器和无线电子标签两部分组成。如图1所示。
2.2功能模块描述
SHC1102是上海华虹集成电路有限公司的非接触式IC卡芯片系列产品之一,其内部结构主要由射频接口电路、电源电路、逻辑控制电路、EEPROM存贮单元电路四个部分组成,如图2所示。
射频接口电路主要有四个功能:<1>SHC1102芯片内部各部分电路工作时所需要的能量,通过电源产生电路完成;<2>从载波中提取电路正常工作时需要的时钟,由时钟恢复电路完成;<3>对进出SHC1102芯片的数据进行调制解调,由数据调制解调电路完成;<4>上电复位,由复位电路完成。
数字部分由主控制模块、通讯模块和信息安全模块等部分组成。各模块在主控制模块的控制下,对读卡器的指令进行响应。
EEPROM存贮单元电路用来存储关键数据,它通过EEPROM接口电路与数字部分进行通讯。为数字部分提供必要的数据或数据读写指令执行的结果。由于EEPROM存贮单元在写操作时需要高压,因此EEPROM存贮单元电路内含高压产生和控制电路。
2.3 主要技术参数
●工作频率:13.56 MHz
●通信速率:106 kps
●调制方式:ISO/IEC 14443 Type A
●工作温度:-20℃至80℃
●存贮容量:512 bits
●无电池: 无线方式传递数据和能量
●读写距离:在距读卡器天线0-100 mm区域内能正确进行数据交换和完成各项操作
●采用半双工通讯协议
●在无线通讯过程中通过以下机制来保证数据完整
---每帧有16位CRC检验
---每字节有奇偶校验位
●数据安全性
---相互认证
---每张卡的序列号惟一
---传输密钥保护
●灵活的的存储结构
---512 位EEPROM (16 Blocks × 4 Bytes × 8 Bits )
---分为2个不同访问条件的数据区 ( DATA 1、DATA 2 )
---每个块为最小访问单位,由4个字节组成
---每个芯片可定义自己独立的密钥 (4 Bytes )
●数据保持时间大于10年
●擦写次数大于10万次
2.4 交易流程
当 SHC1102 芯片接收到读写器的指令后,经过指令译码,通过控制逻辑进行数据处理,并返回相应的处理结果。
当华虹 SHC1102 位于读写器的有效工作范围之外时,芯片处于无电状态,不能进行任何操作;当其进入读写器的有效工作范围,芯片上电复位,进入等待状态,在此状态下可正确接收和响应读写器发送的询卡/应答指令,并进行相互认证和读写等操作。
●询卡(Answer to Request)
读写器通过发出指令来确认是否有华虹非接触式IC卡产品(SHC1101、SHC1102)进入其操作范围,并通过应答确认产品的类型。并由产品类型确定相互之间的通讯协议和通讯速率。
●选卡(Select)
选择要进入下一步操作的卡序列号(UID),卡应在确认被选中后返回卡的用户码(CID)。
●认证( Authentication)
SHC1102进入读写器的有效工作范围并正确响应之后,读写器与SHC1102电子标签之间要进行相互认证。只有都通过了认证,读写器才能开始对卡进行权限操作(非权限读操作无需认证即可进行)。
●读写(Read/Write)
在完成必要的认证后,读写器就可以开始对SHC1102进行读写操作了。
读——读一个块,直接读或经认证后读。
写——写一个块,必须先通过认证。
●停止(Halt)
将 SHC1102设置为停止等待状态。
2.5存储结构及其读写权限
SHC1102中的EEPROM存储区容量为512 Bits,分成16个块,每个块由4个字节组成,每个字节有8位。块是存储区的最小访问单位。
SHC1102芯片中EEPROM存储区的结构如表1所示。
●制造商块
块0、块1是特殊的数据块,用于存放制造商代码(MID)、客户代码(CID)、唯一序列号(UID),称制造商块。制造商块中的数据由芯片制造商在生产过程中写入,数据只读,不可改写。
●密钥块
块8专用于存放认证的密钥,称密钥块,此块存放的数据须通过认证后才可读或可改写。
●应用数据区 1 ( DATA 1 )
应用数据区1 : 块2 ~ 块7 (DATA 1)
访问控制条件: 读 ―― 无条件; 写 ―― 认证 Key
●应用数据区 2 ( DATA 2 )
应用数据区2 : 块9 ~ 块15 (DATA 2)
访问控制条件: 读 ―― 认证 Key; 写 ―― 认证 Key
3 综述
SHC1102电子标签作为数据载体,能起到标识识别、物品跟踪和信息采集的作用。其应用主要是满足了以下的几个要求:
●对物品信息的跟踪性和可追溯性的要求。
●对高准确度与高安全性的要求。
●对唯一识别与无法伪造的要求。
●对处理大量物品的快捷性的需求。
●对物品实时监控的需求。
在1992~1999年间射频识别产品在全世界销售额的年平均增长率达25.3%。由此可见,射频识别技术具有广阔的市场前景。
我国政府在1993年制定的金卡工程实施计划及全国范围的金融卡网络系统的10年规划,是旨在加速推动我国国民经济信息化进程的重大国家级工程。由此各种自动识别技术的发展及应用十分迅猛。现在,射频识别技术做为一种新兴的自动识别技术,也在中国迅速地普及。可以说,射频识别产品的市场是十分巨大的。
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