导言
近几年，手机现已不再是简略的通讯东西，它现已成为便携的文娱东西，将来有望开展为可信赖的付出东西，在消费、购物、交通等范畴经过手机便利、方便地完结付出。依据手机的新需求，移动付出应运而生，并逐步成为移动运营商、手机制造商、SIM卡制造商研讨的热点问题。移动付出的解决计划比较多，其间双界面SIM卡计划和近间隔通讯（Near Field Communication，NFC）计划比较可行。双界面SIM卡计划现已有产品问世，近间隔通讯计划正在研制阶段。
双界面SIM卡计划经过在SIM卡中增加非触摸IC卡界面进行非触摸通讯。天线衔接在SIM卡没有运用的C4和C8这两个接口上。双界面SIM卡在手机中增加了非触摸IC卡的功用，但没有完结阅读器和点对点通讯功用。NFC是由NXP公司和索尼公司提出的超短间隔无线通讯技能，它使得两台兼容NFC的设备之间能够直观、快捷、安全地通讯。NFC的首要运用是移动小额付出，还能够运用于门禁、公交等范畴。
与双界面SIM卡计划比较，NFC计划的优势体现在以下方面：
① NFC计划能够完结更多的运用；
② 在NFC芯片与SIM卡的衔接运用C6（SWP）触点，并不影响SIM卡高速空中数据下载；
③ NFC计划是一套完善的解决计划，能够供给牢靠、安全、快捷的通讯；
④ NFC计划彻底兼容现有的读写器，不需求对读写器进行任何更改。
综上所述，近间隔通讯NFC是移动非触摸付出事务最可行的解决计划，而SWP衔接计划则是NFC技能的一部分。
1 近间隔通讯概述
近间隔通讯是短间隔非触摸式的一种，作业于13.56 MHz频带，传输间隔在10 cm以内；传输速度现在能够到达106 kbps、212 kbps、424 kbps，抱负速率能够到达1 Mbps左右。NFC所运用的频率与现在盛行的非触摸智能卡相同，一起兼容以ISO14443 A/B为根底的感应式非触摸通讯，以及Philips公司的MIFARE技能和索尼公司的FeliCa技能。
1.1 近间隔通讯原理
依据ISO18092规范，近间隔通讯能够作业在自动形式和被迫形式。进行通讯之前，能够挑选传输速率106 kbps、212 kbps、424 kbps中的一种，并能够在这三者间恣意切换。
1.1.1 被迫形式通讯原理
在被迫形式下，近间隔通讯的通讯原理与RFID相同，都是依托电磁感应耦合原理完结通讯。NFC手机有一块NFC芯片，内置有天线，用来接纳和发送无线数据。
NFC作业在被迫形式时，阅读器发动NFC通讯，称为NFC建议设备（主设备），在整个通讯进程中供给射频域。NFC建议设备挑选3种速率的一种传输数据，ISO18092规范规则了每种传输速率运用的调制、编码技能。NFC方针设备（从设备）不用发生射频域，而运用负载调制（load modulation）技能，以相同的速度将数据传回建议设备。此通讯机制与依据ISO14443 A/B、Mifare和FeliCa的非触摸式智能卡兼容，因而，在被迫形式下，NFC建议设备能够用相同的衔接和初始化进程检测非触摸式智能卡或NFC方针设备，并与之树立联络。
就近间隔通讯运用的视点而言，其运用形式分为3种：标签形式、阅读器形式、点对点形式。标签形式，即NFC芯片作为被迫设备运用，其效果相当于应答器。为了确保数据的安全性，在替换手机后不至于从头设置密钥信息，需求在SIM卡中保存移动付出的密钥信息。通讯设备包含阅读器、NFC芯片和SIM卡。此刻，NFC芯片供给射频接口，担任转发射频数据给SIM卡。对SIM卡而言，不需求像双界面SIM卡那样增加非触摸接口，而运用SWP接口完结与NFC芯片的衔接。在标签形式下，NFC芯片相似于桥接器，在阅读器和SIM卡之间转发数据。
NFC芯片是嵌入手机中的芯片，由手机的电源体系供电。为了确保手机没电时移动付出的正常进行，标签形式需求支撑无源作业，其作业原理依据电磁感应。阅读器的天线线圈发生高频的强电磁场，这种磁场穿过线圈横截面和线圈周围的空间。发射磁场的一部分磁力线穿过距阅读器线圈有必定间隔的应答器的天线线圈。经过感应在天线线圈上发生电压，将其整流后作为电源供给给NFC芯片和SIM卡。
1.1.2 自动形式通讯原理
在自动形式下，NFC建议设备要发送数据给方针设备时，有必要发生自己的射频场；被读NFC设备发送响应给建议设备时，也要发生自己的射频场。建议设备和方针设备都要发生自己的射频场，这是对等网络通讯的规范形式，能够获得十分快速的衔接设置。
移动设备首要作业在被迫形式，能够大幅下降功耗，并延伸电池寿数。自动形式首要是针对点对点形式，用于笔记本、手机、数码相机之间的数据交流。
1.2 近间隔通讯与RFID的联系
NFC是一种依据RFID的无线通讯技能，二者都作业在13.56 MHz频带。在标签形式下，NFC运用RFID的通讯原理，都依据无线频率的电磁感应耦合原理。
可是NFC技能是无线通讯的新技能，与RFID仍是有差异的：NFC技能增加了点对点通讯功用，能够快速树立蓝牙设备之间的P2P（点对点）无线通讯，NFC设备互相寻觅对方并树立通讯衔接。P2P通讯的两边设备是对等的，而RFID通讯的两边设备是主从联系。
2 SWP规范及衔接计划
2.1 SWP规范
SWP衔接计划依据ETSI（欧洲电信规范协会）的SWP规范，该规范规则了SIM卡和NFC芯片之间的通讯接口。
SWP（单线协议）是在一根单线上完结全双工通讯，即S1和S2这两个方向的信号，如图1所示。通讯的两边是UICC（Universal Integrated Circuit Card，通用集成芯片卡）和CLF（Contactless Front?end，非触摸前端）。S1是电压信号，SIM卡经过电压表检测S1信号的凹凸电平，选用电平宽度调制；S2信号是电流信号，选用负载调制办法。S2信号有必要在S1信号为高电平时才有用，S1信号为高电平时导通其内部的一个三极管，S2信号才干够传输。S1信号和S2信号叠加在一起，在一条单线上完结全双工通讯。
图1 SWP信号界说
图2 S1信号的编码
S1信号的编码如图2所示，逻辑1在3/4周期（3/4T）内为高电平，逻辑0在1/4周期（1/4T）内为高电平。S2信号在S1信号为高时有用，在S1信号为低时才干进行由低电平到高电平的切换。SWP有3种传输速率：212 kbps、424 kbps、848 kbps，对数据位进行扩展之后，传输速率能够到达1 696 kbps。
SWP协议是关于物理层和数据链路层的协议。物理层担任UICC和CLF之间物理链路的激活、坚持、免除作业。SWP协议要求UICC的作业电压为1.8～3.3 V。
与OSI协议相似，数据链路层分为MAC（前言拜访操控）层和链路操控层。在MAC层选用位填充的成帧办法。链路操控层包含3种类型的帧协议：ACT协议、SHDLC协议以及CLT（非触摸通道）协议。在SWP接口的规划中，运用了前两种协议。
ACT协议是接口激活协议，用于激活SWP接口。在没有射频场时，SWP接口处于去激活状况。在标签形式下，感应到外界存在射频场后，NFC芯片被激活，UICC收到NFC芯片的高电平信号后，运用ACT帧树立物理链路的衔接。
SHDLC协议是ISO拟定的高档数据链路操控规范的简略版别，也是面向位的同步链路。该协议首要用来传输交互的数据信息，其信息帧承载上层HCP（主机操控协议）的包数据。此外，SHDLC协议还具有流控办理、过错查看、犯错后数据重传等功用。为了确保数据的正确发送与接纳，兼容NFC芯片与UICC不同速率传输的通讯才能，在运用SHDLC协议通讯前，首要要树立数据链路，两边洽谈滑动窗口的巨细。
2.2 SWP衔接计划
本文中，CLF嵌入在手机内部，UICC运用的是SIM卡，手机经过SIM卡与NFC芯片通讯。NFC芯片与SIM卡的衔接计划有多种，本文提出的是依据C6引脚的SWP（单线协议）计划。SWP协议衔接手机NFC芯片与SIM卡，规则两者之间的通讯接口。图3是SWP衔接计划的示意图。
图3 SWP衔接计划示意图
本计划运用了SIM卡的3个引脚衔接NFC芯片：C1（VCC）、C5（GND）、C6（SWP）。其间，SWP引脚在一根单线上依据电压和负载调制原理完结全双工通讯。SIM卡支撑ISO7816和SWP两个接口，在大容量卡项目中还支撑高速下载接口，经过预留的C4和C8接口来完结。支撑SWP的SIM卡有必要一起支撑两个协议栈——ISO7816和SWP协议栈，这需求SIM卡的COS（片上操作体系）是多使命体系。
SIM卡需求独自办理这两个协议栈。SWP计划参加SIM卡体系后，不能影响ISO7816接口。举个比如，SIM卡有8个引脚，RST引脚用于复位SIM卡的ISO7816接口，SWP计划参加SIM卡后，RST引脚的Reset信号对SWP接口没有用果，SWP接口经过SWP引脚复位。
3 SWP衔接计划在SIM卡中的规划
3.1 体系结构
大容量SIM卡是一种支撑大容量存储、高速传输、具有新式运用的智能卡。咱们研制的大容量SIM卡项目依据ARM Secure Core SC100(＄1.0813)内核，选用 AHB（高性能总线）+APB（高档外设总线）总线结构。AHB总线供给高速的数据传输，它衔接SIM卡内部存储器和高速外部接口（USB接口）。APB总线经过桥接器与AHB总线相连，SIM卡的低速接口（SWP接口、ISO7816接口）挂靠在外设总线上。
3.2 硬件规划
SWP硬件规划依据SWP规范，即ETSI（欧洲电信规范协会）制定的的TS 102 613。SWP操控器和SWP接口一起组成了SWP计划的硬件设备。SWP操控器担任处理物理层和数据链路层逻辑。图4为硬件完结数据链路层逻辑时SIM卡内部SWP操控器的结构图。
图4 SWP操控器结构图
3.2.1 接纳数据规划
在SIM卡和NFC芯片通讯期间，SWP操控器在激活、挂起、去激活三种状况间切换。交流数据时，处于激活状况。Rx 解码器不停地检测Si信号，并将来自NFC芯片的单位数据解析为字节输出。Frame resolve剖析接纳到的每一字节的数据，若为7E（帧头），则持续接纳数据，直到接纳到7F（帧尾），标明SWPC接纳到一帧完好的数据。Frame resolve进一步解析接纳到的数据帧，首要依据MAC协议剥离帧头和帧尾，然后依据接纳方的生成多项式对数据帧进行校验。假如数据正确，则识别出SHDLC数据帧的类型并作相应处理；假如数据过错，则发送拒收帧，要求对方从头发送。关于正确的信息帧，SWP操控器提取信息帧的信息数据（包）写入RX FIFO，并依据接纳到的数据帧的字节个数设置操控器的状况寄存器。SWP操控器每接纳一帧数据就建议一个硬件中止。
3.2.2 发送数据规划
SWP操控器发送数据和接纳数据是相反的进程。假如上层运用有数据要发送时，会把数据写入TX FIFO。TX FIFO一旦检测到FIFO有数据，就发动发送模块把数据从TX FIFO中取出，经Frame assemble依照SWP协议的SHDLC协议拼装信息帧，增加帧头、帧尾、校验码。把生成的MAC帧数据交给Tx编码器，完结输出数据的物理层拼装，将数据转化成单个位电平输出。
3.3 软件驱动规划
SWP软件规划依据SWP规范和HCP（主机操控协议）规范。HCP规范是SWP协议之上的规范协议，界说了数据链路层之上的协议层——HCP路由层、HCP音讯层以及运用层。底层SWP协议和上层HCP协议组成的协议栈一起完结NFC芯片与U%&&&&&%C通讯的完好协议。
在大容量SIM卡中选用SWP计划，要完结ISO7816协议栈和SWP协议栈。SIM卡的操作体系运用μC/OS。μC/OS是一种结构细巧、抢占式的实时操作体系。其内核供给使命调度和办理、时间办理、使命同步和通讯、内存办理和中止服务等功用。在软件体系中，SWP软件模块是μC/OS的使命之一。
SWP使命依托硬件中止驱动，SWP使命没有被激活前，一向处于等候中止的状况。经过SWP接口通讯时，一旦检测到存在射频场，NFC芯片便被激活。NFC芯片发送Si信号给SIM卡，SIM卡检测到Si电压信号后，触发si_act中止告诉软件做好预备通讯。此刻，软件设置通讯参数，然后等候硬件树立物理链路成功的中止。假如接纳到init_sync中止，软件开端设置SHDLC协议的滑动窗口巨细M，等候树立SHDLC链路的中止。这个中止带有NFC芯片SHDLC层的滑动窗口的参数N。若M≥N，则SWP使命修正自己的滑动窗口巨细为N，然后发送承认帧，这样便树立了SHDLC链路；若M＜N，SWP使命发送带有自己窗口参数的RESET帧给NFC芯片，持续洽谈滑动窗口巨细。
SHDLC链路树立成功后，SWP使命等候信息帧中止。接纳到信息帧中止，依据硬件写入的状况寄存器的接纳字节数从RX FIFO中读取数据，然后由软件解析收到的数据包；经过HCP的路由层把数据包递交给运用层，运用层依据音讯的类型进行相应的处理。
结语
本文提出一种SWP衔接计划，并在大容量SIM卡中加以完结。SWP接口的硬件和软件规划办法，关于近间隔通讯技能运用于其他移动付出具有必定学习含义；一起，在SIM卡中完结SWP接口，也促进了SIM卡技能的开展。
