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跨平台NFC协议栈的设计与实现

作　者: 赵元魁
导　师: 罗蕾
学　校: 电子科技大学
专　业: 计算机系统结构
关键词: 近场通信协议栈射频识别 Open NFC
分类号: TP391.44
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 22次
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内容摘要

近场通信（NFC）技术由射频识别（RFID）技术发展而来，它在保证向后兼容现存RFID服务的前提下，整合了各种RFID协议，扩展了传输层和应用层协议，从而使NFC设备具有更好的互操作性，支持更加丰富的应用。NFC技术是一种复杂的新技术，传统的针对具体应用领域订制的RFID应用开发模式不再适合于NFC技术，它需要一套完备的NFC协议栈作为支撑。协议栈的设计和开发是一项浩大的工程，需要耗费大量的时间和资源。因此，设计一个可移植性好的NFC协议栈，使其可以轻松地移植到不同的系统平台或支持不同的NFC芯片，具有重要意义。在进行协议栈的设计之前，需要深入理解NFC技术相关协议标准和整个协议栈的框架结构。传统的RFID技术主要定义RF通信协议，它是NFC技术的基础，本文对其进行了分析和总结。NFC技术涉及的标准和规范种类繁多，它包括ECMA制定的NFC标准、NFC Forum制定的技术规范和ETSI定义的接口标准。文章将它们分类整理，对一些重要的标准或规范进行了详细分析理解，并结合RFID技术总结了各标准规范之间相互引用、相互依赖以及互为补充的复杂关系。本课题的主题是NFC协议栈的移植，因此没有开发完整的NFC协议栈，而是以开源的Open NFC协议栈为基础。Open NFC分为核心协议栈和硬件抽象层（HAL）两大部分，其中核心协议栈是主体，与具体的NFC控制器（NFCC）独立；而HAL是对不同种类的NFCC的抽象，它从上到下分为Binding、HCI、SHDLC和Porting四层，是移植工作的重心。Open NFC基于Inside Secure公司的NFCC产品microread实现，本课题的目标是将它移植到ST公司的ST21NFCA上。这两者之间差异较大，尤其是HCI协议的实现，但ST21NFCA更符合ETSI定义的HCI标准，因此本移植工作更具参考价值。移植环境使用ST21NFCA-DB4开发板和aadvark转换器在PC上搭建，通过移植测试，开发板可以正确实现读写器和卡模拟通信模式，P2P通信模式尚未测试成功。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-8
目录  8-15
第一章绪论  15-21
  1.1 NFC 技术简介  15-16
  1.2 NFC 协议栈  16-19
    1.2.1 NFC 协议族及其复杂性  16-18
    1.2.2 NFC 协议栈的物理分布  18-19
  1.3 国内外研究现状及发展趋势  19
  1.4 本论文的结构安排  19-21
第二章近场通信技术  21-38
  2.1 RFID 技术  21-22
    2.1.1 RFID 技术简介  21
    2.1.2 RFID 标准总结  21-22
    2.1.3 RFID 产品的多元化  22
  2.2 近场通信技术产生的原因  22-23
  2.3 NFC 设备的三种工作模式  23-24
  2.4 ECMA 的 NFC 标准  24-28
    2.4.1 NFCIP-1  24-27
    2.4.2 NFCIP-2  27-28
  2.5 NFC FORUM 定义的技术规范  28-33
    2.5.1 NFC Forum 定义的协议  29-31
    2.5.2 NFC Forum 标签  31-32
    2.5.3 NFC Forum 设备体系结构  32-33
  2.6 ETSI 定义的接口  33-37
    2.6.1 HCI  34-37
    2.6.2 SWP  37
  2.7 本章小结  37-38
第三章协议栈的体系结构  38-47
  3.1 协议栈的层次结构  38-41
    3.1.1 运行在 NFCC 中的协议栈  38-39
    3.1.2 运行在主处理器中的协议栈  39-41
  3.2 协议栈的概要设计  41-43
    3.2.1 核心协议栈与 HAL 之间的划分  41-42
    3.2.2 协议栈的功能模块  42-43
  3.3 协议栈中的数据流  43-46
    3.3.1 读写器模式下的数据流  43-44
    3.3.2 卡模拟模式下的数据流  44-45
    3.3.3 P2P 模式下的数据流  45-46
  3.4 本章小结  46-47
第四章可移植的 NFC 协议栈设计  47-75
  4.1 OPEN NFC 协议栈  47-48
  4.2 可移植性设计的要点  48-49
  4.3 系统平台相关的移植设计  49-53
    4.3.1 数据类型  49
    4.3.2 系统 API 的封装  49-51
    4.3.3 核心协议栈的编译模式  51-53
  4.4 HAL 模块的设计  53-74
    4.4.1 HAL 的接口设计  54-58
    4.4.2 HAL 模块的组织结构  58-59
    4.4.3 HCI 层设计  59-67
    4.4.4 SHDLC 层设计  67-72
    4.4.5 硬件访问接口设计  72-74
  4.5 本章小结  74-75
第五章协议栈的移植实现  75-94
  5.1 ST21NFCA 芯片  75
  5.2 HAL 的初始化  75-80
    5.2.1 HAL 上下文的创建  76-77
    5.2.2 创建连接流程  77-79
    5.2.3 启动 NFCC  79-80
  5.3 写数据流程  80-84
    5.3.1 Binding 写数据的实现  80
    5.3.2 HCI Service 写数据的实现  80-82
    5.3.3 HCI Frame 写数据的实现  82-83
    5.3.4 SHDLC 写数据的实现  83
    5.3.5 SHDLC Frame 写数据的实现  83-84
  5.4 读数据流程  84-90
    5.4.1 SHDLC 读数据的实现  84-86
    5.4.2 HCI Frame 读数据的实现  86-87
    5.4.3 HCI Service 读数据的实现  87-89
    5.4.4 Binding 读数据的实现  89-90
  5.5 系统平台相关的移植  90-91
  5.6 定时器的实现  91
  5.7 事件机制  91-93
  5.8 本章小结  93-94
第六章协议栈的测试  94-102
  6.1 验证平台的搭建  94-98
    6.1.1 设备之间的连接  94-95
    6.1.2 Aardvark 驱动的实现  95-96
    6.1.3 测试准备工作  96-98
  6.2 测试及结果  98-101
    6.2.1 test_properties 用例  99
    6.2.2 test_ndef_url 用例  99-100
    6.2.3 test_reader 用例  100-101
  6.3 本章小结  101-102
第七章结论  102-104
  7.1 工作总结  102-103
  7.2 下一步工作的展望  103-104
致谢  104-105
参考文献  105-109

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