艾格玛 NFC的概念 北京明图科技有限公司
点击量： 发表日期：2016-03-14 10:50
1 NFC的概念
在射频识别(RFID)及互联互通技术发展的推动下，为满足电子设备间近距离的通信需求，飞利浦、诺基亚、索尼等著名厂商联合推出了的一项新的无线通信技术
——NFC，即近场通信。NFC是一种近距离无线连接技术，能够在多个电子设备之间实现简单而安全的双向交互，当两台NFC兼容的设备彼此距离为十几厘米远时，它们之间就可进行通信。
NFC的最初设想是将RFID技术和互联网络技术进行简单的合并，随着这两项技术的发展和用户对此技术能力需求的增加，目前已经演变成一种具有相应标准的近距离无线通信技术。NFC短距离交互的特点，大大简化了整个认证识别过程，使电子设备间的互相访问更直接、更安全、更高效。
通过NFC，电脑、数码相机、手机、PDA等多个设备之间可以很方便地进行无线连接，进而实现数据交换和服务。具有NFC功能的手机，可以实现小额电子支付和读取其它NFC设备或标签的信息。用户用具有NFC功能的手机接触带有NFC标签的海报或信息栏，可以自动链接到一个互动的互联网界面，并打开音频文件，或自动将各种内容下载到手机。另外，将NFC手机作为银行卡或门禁卡使用时，用户不用担心安全性，因为用户可以在NFC手机上为银行卡或门禁卡设置密码保护，而不像现在的普通门卡或钥匙谁都可以用。
2 NFC的工作原理
2.1 NFC的工作模式
NFC 通信的双方通常被称为发起设备和目标设备，任何NFC设备都可以作为发起设备或目标设备，两者之间是以交流磁场方式相互耦合, 并以ASK方式或FSK方式进行载波调制，传输数字信号。发起设备产生无线射频磁场来初始化通信，目标设备则响应发起设备所发出的命令，并选择用负载调制或自行产生的无线射频磁场进行通信。
当目标设备响应发起设备时，用自己产生的RF磁场来传输数据，这种工作模式叫主动工作模式。当目标设备用负载调制技术获得能量来响应发起设备时，这种工作模式叫被动工作模式。
在主动模式下，需要两台设备支持全双工数据交换，发起设备和目标设备都必须产生自己的射频场，并按照相同的传输速率通信，如图1所示。在被动模式下，由
NFC发起设备在整个通信过程中提供RF磁场，将数据发送到NFC目标设备，目标设备不必产生射频场，而使用负载调制技术以相同的速度将数据传回NFC发起设备。
在实际应用中，NFC手机主要工作在被动模式，如当NFC手机作为卡模拟应用时，就工作于被动通信模式，通过负载调制技术获得数据回传的能力，可以大幅降低设备功耗并延长电池续航能力。
在一个应用会话过程中，NFC设备可以在发起设备和目标设备之间切换自己的角色。利用这项功能，电池电量较低的设备可以要求在被动通信模式下充当目标设备，利用负载调制发起设备产生的RF磁场来发送数据，从而节省能量。
2.2 NFC手机的实现方案
目前业界实现NFC手机的方案大致有三种。
1) 双界面智能卡方案(或称SIMPASS方案)。这种方案是用同时具备普通SIM卡功能和非接触式应用功能的非接触式智能卡代替普通SIM卡;同时将NFC 天线贴在SIM卡上或放在手机电池与后盖之间，天线连接在SIM卡的C4、C8脚上，从而与SIM卡通信。对于用户来说，不用换手机，通过更换SIM卡就可以
IFrame
使用NFC手机，但是只作为非接触式智能卡使用，不具有非接触式智能卡阅读器和点对点通信功能。
2) NFC方案。与双界面卡不同的是，NFC方案是将NFC控制芯片集成在手机主板上，同时为了安全性，增加了安全控制芯片，将NFC天线放在手机电池与后盖之间。该方案未解决掉电和与SIM卡关联的问题。该方案可以实现非接触式智能卡、非接触式智能卡阅读器和NFC设备之间的点对点通讯功能。
3) eNFC方案。是增强型NFC方案。其特点是与应用相关部分完全被放置在SIM卡中，NFC芯片集成在手机主板上。并通过UART接口与手机处理器通信，通过SWP(Single Wire Protocol)协议与SIM卡中的应用部分通信。通过将SIM卡的C1管脚与Microread相连，eNFC方案还可以支持手机掉电模式，在这种模式下，射频前端芯片和SIM卡通过射频天线获取能量，保证在手机没电的情况下也同样能够进行卡模拟。
3 NFC手机的应用场景及测试方法
NFC手机的测试内容，主要涉及到射频性能指标测试、协议测试、软件功能测试、兼容性测试等。由于对NFC的射频性能测试和协议测试都有国际测试规范指导，所以本文主要围绕NFC手机的应用场景，介绍对应的软件功能测试方法。
3.1 NFC手机作为被读设备模拟非接触式智能卡时的应用场景及测试方法
3.1.1 应用场景
在这种应用模式中，NFC手机模拟成一张底层兼容ISO 14443A、ISO 14443B或ISO 15693标准的非接触式智能卡。
当NFC手机进入非接触式智能卡阅读器的工作范围时，阅读器可以读取NFC手机中的应用数据，然后通过PLMN或无线网络将数据送至应用处理系统进行处理，同时应用处理系统也可以通过阅读器向NFC手机写入数据，用以更新应用数据。
3.1.2 测试方法
当NFC手机作为被读设备模拟非接触式智能卡时，相当于一个电子钱包如银行卡、加油卡、停车卡、交通卡，或电子票据如影剧票、飞机票、火车票、优惠券，或ID卡如门禁卡、会员卡、积分卡等。
测试要点
在NFC手机上下载多个采用不同标准实现的非接触式智能卡应用，如信用卡、火车票、门禁卡等，并在手机电池处于电量充足、低电和掉电三种情况下开展测试。下面给出一个基本功能的测试用例。
1) 预置条件。
①准备能阅读ISO14443Type-A、B以及Felica标准的非接触式
将支持NFC功能的USIM卡插入被测NFC手机，并正常待机。
2) 测试步骤。
①将被测手机设置为模拟卡模式，并选择某一应用，如银行卡。
②在非接触式智能卡阅读器上设置交易金额。
③将被测NFC手机靠近阅读器(小于设计的工作距离10cm)。
3) 预期结果。
①阅读器上显示读到的交易信息。
②被测NFC手机上显示密码输入界面。输入密码，能正确完成交易。
我们还可以用阅读器读写NFC手机在模拟非接触式智能卡状态下的内存结构值来帮助问题的分析。下面讲如何用阅读器读NFC手机模拟卡时的内存结构值。
1) 预置条件。
①准备可读写符合ISO-14443 TYPE A等协议非接触式智能卡的阅读器。
②在PC机上安装阅读器的驱动程序和射频卡演示程序，并启动程序。
2) 测试步骤。
①将阅读器和PC机通过串口线建立连接，在设备管理中设置正确的串口和波特率。
②设置卡型，如将NFC手机设置为Mifare one卡。
③卡型操作，选择需要测试的项目进行测试，如图4所示。需要注意的是装载密码、核对密码以及读卡时的绝对地址一定要匹配，且在读卡操作前一定要进行装载密码和核对密码操作。
④对于“校验密码”测试，可以选择校验密码类型及要校验的扇区，选择好后进行校验，会显示校验结果。
⑤选择“读写操作”测试，可对NFC手机在模拟非接触式智能卡时的存储器结构值进行读写。读取结果见图5。
3.2 NFC手机作为读取设备模拟非接触式智能卡阅读器时的应用场景及测试方法
3.2.1 应用场景
NFC手机作为阅读器时可以识别物品上的标签，获取标签上的应用，并通过无线网络送至应用处理系统进行处理。
标签的数据格式要求符合数据交换格式协议NDEF[1]，最基本的标签是文本、URI、图片、音频格式等文件，复杂的标签还可以支持一些运算、加密来控制对标签里数据段的读写，甚至一些标签上还有简单的操作系统，允许一些复杂的交互及执行一些代码。
NFC 手机作为非接触式智能卡阅读器时，可以实现数字内容传输、下载智能广告牌信息、公交站点信息及追踪溯源、防伪等应用。如NFC手机用户看到一则海报信息：刘德华将要在鸟巢举行一场演唱会，海报上还刊登了演唱会邀请的嘉宾，以及演唱会节目安排的详细信息，持有NFC手机的用户不必一直站在海报前驻足观看，他完全可以用NFC手机的阅读器功能读取海报链接并下载到
IFrame
手机中，找一个舒服的地方慢慢看。
在NFC手机的应用场景中，有时扮演非接触式智能卡、有时扮演非接触式智能卡阅读器，从而实现一次完整的应用。以欣赏一次电影为例，NFC用户看到一则有电影的智能海报，用户将NFC手机接触智能海报读取所需电影的链接，即可在手机上欣赏该片的精彩片花，这时，NFC手机扮演的是非接触式智能卡阅读器。如果用户决定购买电影票时，可以发起预定票请求，后台应用处理系统会将预定的电子票通过空中服务平台下载到用户的NFC手机上。当用户在影院入场时，在检票机上刷存有预定电子票的NFC手机，检票机验票通过后，用户即可入场，此时，存有电子票的NFC手机工作在非接触式智能卡模拟模式。
3.2.2 测试方法
需要收集各种标准和格式的标签，用被测NFC手机作为阅读器读取各种标签的数据，然后观察交互界面和交易值是否正确。测试要点。1)要遍历所支持数据类型的各种标签。2)要能准确读取和显示所读标签信息。3)能够将读得的信息在NFC手机上显示。4)顺利地与应用系统传输数据。测试结果中关注准确性、反应速度、工作距离及与浏览器等模块的交互。
3.3 NFC手机工作于点对点通信模式时的应用场景及测试方法
3.3.1 应用场景
点对点的通信模式，指
NFC手机与NFC手机或是具备NFC功能的笔记本、PDA 、数码相机等通过NFC技术进行通信。点对点模式应用的通信原理和作为非接触式智能卡或阅读器不同，它工作在主动通信模式，在进行通信之前，作为发起设备的NFC手机要产生自己的RF能量后才能传输数据，目标设备也要产生自己的RF来响应数据。应用网络图如图7所示。目前点对点模式的应用主要有：协助快速建立蓝牙连接、交换名片、传输URL、文本消息、游戏、音乐、图像等NFC手机之间本地的数据交换，后续也可以扩展到网络应用。
3.3.2 测试方法
需要针对NFC当前的不同应用，逐一设计测试用例并进行测试。下面是协助建立蓝牙链接的用例。
1) 预置条件。
①准备两部支持NFC的终端。
②打开NFC功能，并将NFC手机正常待机。
③至少在一个NFC手机存有存取蓝牙配对信息的Tag。
④将有蓝牙配对信息Tag的NFC手机作为被测终端，另一个NFC手机作为辅助测试终端。
2) 测试步骤。
①进入蓝牙设置菜单，开启蓝牙功能。
②在蓝牙设置界面选择开始NFC配对。
③在120S内，用辅助机靠近测试机。
④获取到蓝牙配对信息。
3) 预期结果。
①蓝牙功能开启成功。
②选择成功。
③建立NFC P2P连接成功，获取蓝牙配对信息：PIN码和蓝牙地址。④断开NFC的P2P连接，并建立到目标设备的蓝牙配对。
3.4 其他测试内容
对NFC手机的测试，除了要针对NFC手机在各种应用模式和应用场景下进行功能测试外，还要进行兼容性测试、并发测试、性能测试和协议测试等，下文简述相关的测试要点。
1) 兼容性测试。
当NFC手机作为非接触式智能卡时，将NFC手机设置为不同标准与应用业务的卡，与具有相应标准的阅读器进行测试。当NFC手机作为阅读器时，收集所支持所有类型的标签，用被测NFC手机去阅读，并检查通信结果。当NFC手机工作于点对点模式时，将NFC手机与不同厂家的各种NFC终端交换业务。
2) 并发测试。
并发测试考虑的是NFC手机正在某种业务执行过程中，如刷卡、多媒体业务互传等时出现来电、短信、彩信、闹钟及低电等情况时，不会影响NFC手机正在进行的通信业务。
3) 业务性能测试
。针对NFC手机在不同应用模式下的业务性能进行测试，如：① NFC业务交互时长的测试。验证被测NFC手机在卡模拟状态时，刷卡时间是否符合要求;验证NFC手机作为阅读器时，阅读一张海报的时间是多少;两个
NFC手机之间传输一张照片的时间是多少。② NFC手机的工作距离测试。验证被测NFC手机在卡模拟状态时，刷卡的最大距离是否符合要求;验证NFC手机作为阅读器时的最大工作距离是否满足用户需求。③ NFC业务链接成功率测试。在三种应用模式下，分别选择具有代表性的应用场景，进行多次NFC业务测试，统计被测终端成功完成NFC业务的概率。④
稳定性测试。在NFC手机内存满时，作为非接触式智能卡或阅读器等的功能是否正常。
4) 射频性能指标测试。
NFC手机的射频测试关注场强测试、频率测试、调制波形测试等，具体可以参见RF Interface Test Methods ISO22536[2]。认证测试可以参见CE最新标准ETSI EN 300 330-1 V1.7.1 (2010-02)及ETSI EN 300 330-2 V1.5.1 (2010-02)、FCC PART 15C (2009)。
5) 协议测试。
NFC手机开发要求遵循标准：NFCIP-1 ISO18092(ECMA340或ETSI TS 102 190)、NFCIP-2 ISO21481 [3]。
NFC手机的协议测试，可参考NFC技术的协议测试标准
ISO23917[4]。
13811485958
