NFC入门介绍_nfc 编程

缩写词

一、什么是NFC

近场通信（英语：Near-field communication，NFC），又称近距离无线通信、近距离通信，是一套通信协议，让两个电子设备（其中一个通常是移动设备，例如智能手机）在相距几厘米之内进行通信。NFC，如同过去的电子票券智能卡一般，将允许移动支付取代或支持这类系统。NFC应用于社交网络，分享联系方式、照片、视频或文件。具备 NFC 功能的设备可以充当电子身份证和钥匙卡。NFC 提供了设置简便的低速连接，也可用于引导能力更强的无线连接。--维基百科

目前，NFC利用移动终端实现移动支付、电子票务、门禁、移动身份识别、防伪等多方面。

NFC有三种运行模式（operation mode），分别是

1. Reader/Write模式（简称R/W，和NFC Tag/NFC Reader相关）

2. Peer-to-Peer模式（简称P2P，它支持两个NFC设备交互）

3. NFC Card Emulation Mode（简称CE，它能把携带NFC功能的设备模拟成Smart Card，这样就能实现诸如手机支付、门禁卡之类的功能）。

二、NFC模式介绍

1.Reader/Write模式

• NFC Reader角色。位于其内部的NFC芯片包含NFC Controller（NFC控制器，它可和Device Host或Secure Element安全单元交互）、Antenna（天线）和Contactless Front-End（非接触式前端，简称CLF，负责射频信号的调制解调等工作）三个部分。

• 在R/W模式中，交互操作的发起方只能是NFC Reader，故它也被称为Initiator或Active Device。

• NFC Tag，由于它需要NFC Reader通过电磁感应为其提供电能，所以在R/W模式中，NFC Tag只能作为交互操作的Target（也被称为Passive Device）。NFC Forum定义了四种类型的Tag，分别为Type 1、Type 2、Type 3和Type 4。

根据NFC Forum的定义，R/W模式下，NFC设备之间每一次交互的数据都会封装在一个NDEF Message中，而一个NDEF Message可以包含多个NFC Record，真正的数据则封装在NFC Record中。

一个NDEF Message可包含一个或多个NFC Record。

2.P2P模式

NFC所基于的无线射频技术实际上可以支持NFC Device之间互相传递数据。为了满足NFC Device之间双向交互的需求，NFC Forum定义了P2P（Peer-to-Peer）运行模式。

Snep协议基于LLCP协议，该协议使得两个NFC Device之间能直接交换NDEF消息。

 

LLCP协议提供了面向连接和无连接两种数据传输方式，SNEP使用了LLCP提供的面向链接的数据传输服务。

假设Device A和Device B打开了NFC功能。当二者进入有效距离后，它们的LLC模块将进入Link Activation（链路激活）阶段：

• 进入Link Activation时，Device A和Device B将分别扮演Initiator和Target角色，参考资料[13]可用于确定谁来扮演Initiator或Target。

• Initiator发送PAX数据包给Target。PAX全称为Parameter Exchange，它用于在两个设备间交换彼此的LLC层配置信息（如协议版本等，详情见下文）。

• Target收到Initiator的PAX包后需要相应处理，例如判断协议版本是否匹配等。Target处理完后，它需要发送自己的LLC层配置信息给Initiator。

• Initiator检查Target的LLC层配置参数，如果一切正常，双方Logical Link成功建立，随后可进入正常工作阶段。

双方需要通过PAX交换LLC层的配置信息。PAX属于LLCP数据包的一种。

 

Link被激活后，Device A和Device B将先建立面向链接的关系，然后再开展数据交互。

 

当LLCP建立完成后，基于LLCP的SNEP就可以正常进行工作。SNEP的工作流程非常简单，主要包括两个步骤：

1. SNEP客户端发送SENP Request消息给服务端进行处理。

2. SNEP服务端回复SNEP Response消息给客户端以告知处理结果。

3.CE模式

NFC CE mode有两种实现：

• 虚拟卡模拟 : 基于硬件，这种模式下，需要提供SE单元， nfc芯片作为通信的前端模块， 将收到的操作命令， 转发到SE， 由SE负责处理。

• 主机卡模拟 : 基于软件，这种模式下，由运行在主机上的应用来充当SE。

虚拟卡模拟依赖SE单元， 安全单元为NFC设备上专用的微处理芯片。该芯片可以与NFC控制器集成在一起。另外也可以集成在NFC设备中的其它智能卡/安全设备中， 目前常见的SE单元的形式有

• nfc 芯片内部集成的SE单元， 例如 NXP 的 PN65N

• Secure SD 卡， 实际上是在SD卡内部嵌入了一个安全模块， 相关的应用可以在其上运行， 相关的国际标准为 ISO 7816, 该方案被称为NFC-SD

• UICC， 即手机的SIM卡充当SE，该方案被称为NFC-SIM

在CE模式中，NFC Mobile被NFC Reader识别成一个智能卡。NFC Reader通过相关规范发送数据或控制命令给NFC Mobile中的NFCC。 当NFCC收到数据或控制命令后，将交给相关的应用程序来处理。由于CE相关的应用场景针对支付、门禁等这类对安全性要求非常高的情况，以Android手机NFC支付为例，一个完整的支付应用程序包括一个为用户提供操作界面的APK以及一些运行在安全性有绝对保障的SE中的应用程序。

三、AOSP NFC

1.AOSP NFC架构

下图是AOSP的NFC架构图，分为Applications、Framework、Native/Linux、HW四层

 

以钱包APP举例，包含可见可操作的NFC apps，钥匙管理的KeyMaster App、操控eSE的applet，这三个部分共同组成钱包APP。

与之相对应的，是向NFC apps提供能力的NFC API，提供钥匙管理能力的Keystore Framework，向applet提供能力的OMAPI Framework。

Framework通过JNI层与底层的Lib和HAL通信，Lib集成了各个功能的实际实现，而HAL则是将不同硬件的驱动进行抽象，形成统一的接口提供给Lib使用。

最底层的HW则是与对端通信的硬件。

下图是AOSP NFC的库分布