NFC技術(shù)的出現(xiàn)改變了人們使用某些電子設(shè)備的方式，甚至改變了信用卡、現(xiàn)金和鑰匙的使用方式，它可以應(yīng)用在手機(jī)等便攜型設(shè)備上，實(shí)現(xiàn)安全的移動(dòng)支付和交易、簡(jiǎn)便的端到端通信、在移動(dòng)中輕松接入等功能。隨著智能手機(jī)的快速興起，NFC與智能手機(jī)的結(jié)合將很大程度上促進(jìn)NFC的發(fā)展，蘋果公司推出的 iPhone6也具備NFC功能，相信在不久的將來(lái)NFC必定被廣泛應(yīng)用。

　　這個(gè)技術(shù)由非接觸式射頻識(shí)別（RFID）演變而來(lái)，由飛利浦半導(dǎo)體（現(xiàn)恩智浦半導(dǎo)體）、諾基亞和索尼共同研制開(kāi)發(fā)，其基礎(chǔ)是RFID及互連技術(shù)。近場(chǎng)通信是一種短距高頻的無(wú)線電技術(shù)，在13.56MHz頻率運(yùn)行于20厘米距離內(nèi)。其傳輸速度有106 Kbit/秒、212 Kbit/秒或者424 Kbit/秒三種。近場(chǎng)通信已通過(guò)成為ISO/IEC IS 18092國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)、EMCA-340標(biāo)準(zhǔn)與ETSI TS 102 190標(biāo)準(zhǔn)。NFC采用主動(dòng)和被動(dòng)兩種讀取模式。

　　NFC技術(shù)原理

　　支持NFC的設(shè)備可以在主動(dòng)或被動(dòng)模式下交換數(shù)據(jù)。在被動(dòng)模式下，啟動(dòng)NFC通信的設(shè)備，也稱為NFC發(fā)起設(shè)備（主設(shè)備），在整個(gè)通信過(guò)程中提供射頻場(chǎng)（RF-field），。它可以選擇106kbps、212kbps或424kbps其中一種傳輸速度，將數(shù)據(jù)發(fā)送到另一臺(tái)設(shè)備。另一臺(tái)設(shè)備稱為NFC目標(biāo)設(shè)備（從設(shè)備），不必產(chǎn)生射頻場(chǎng)，而使用負(fù)載調(diào)制（load modulation）技術(shù)，即可以相同的速度將數(shù)據(jù)傳回發(fā)起設(shè)備。此通信機(jī)制與基于ISO14443A、MIFARE和FeliCa的非接觸式智能卡兼容，因此，NFC發(fā)起設(shè)備在被動(dòng)模式下，可以用相同的連接和初始化過(guò)程檢測(cè)非接觸式智能卡或NFC目標(biāo)設(shè)備，并與之建立聯(lián)系。圖為NFC主動(dòng)通信模式：

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　 ? bcm20793的NFC模塊電路設(shè)計(jì)

　　本文采用博通BCM20793 NFC芯片并結(jié)合S3C6410主控制器，設(shè)計(jì)了具有主動(dòng)模式和被動(dòng)模式的NFC閱讀器，主要針對(duì)硬件和驅(qū)動(dòng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)。

　 ? 硬件設(shè)計(jì)

　　NFC模塊主要由NFC（控制器，可與Device Host或Secure Element安全單元交互）、Antenna（天線）和Contactless Front-End（非接觸前段，負(fù)責(zé)射頻信號(hào)的調(diào)制解調(diào)工作）三部分組成。本設(shè)計(jì)采用BCM20793芯片，該芯片支持212或424 kbps的數(shù)據(jù)傳輸速率，是專為低功耗、低價(jià)格的設(shè)備設(shè)計(jì)的。該模塊提供PCI、I2C總線、UART串行接口，安全單元可以連接SD卡、SIM卡、SAM卡或是其他芯片，兼容多種通信標(biāo)準(zhǔn)。該芯片還支持低功耗模式、正常工作模式、輪詢模式等多種工作模式。

　　主控制器采用S3C6410芯片，該芯片高性能、低功耗、高性價(jià)比，可以運(yùn)行Android系統(tǒng)。BCM20793與S3C6410采用I2C總線的連接方式。TX1和TX2引腳接RC匹配電路，RC匹配電路的P_JS_IT_18和天線相連接。NFC芯片由1.8 V電壓供電，其與主控制器有6根引腳相連，分別是NFC_I2C_SD數(shù)據(jù)線、NFC_I2C_SCL時(shí)鐘線、NFC_I2C_REQ中斷、 NFC_REQ_PU使能、HOST_WAKE喚醒，NFC_CLK_REQ時(shí)鐘使能，I2C物理通信地址是0x77，時(shí)鐘信號(hào)由19.2 MHz外接晶振提供、NFC電路原理圖如圖3所示。

　　NFC驅(qū)動(dòng)分析

　　設(shè)備樹(shù)分析

　　本設(shè)計(jì)內(nèi)核采用了Linux 3.4版本，與以往內(nèi)核版本不同的是，內(nèi)核3.4版本采用設(shè)備樹(shù)來(lái)對(duì)驅(qū)動(dòng)設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一管理，以方便設(shè)備的管理。NFC采用I2C總線的連接方式與CPU相連接，驅(qū)動(dòng)只負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的發(fā)送接收，上層負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的解析工作。

　　下面是BCM2079x的設(shè)備樹(shù)節(jié)點(diǎn)配置信息，包括：I2C總線的通信地址為0x77，中斷為34號(hào)，GPIO34為中斷引腳，GPIO65為使能引腳，GPIO20為喚醒引腳。其中最為關(guān)鍵的是compatible=“broadcom，bcm2079x_i2c”鍵值對(duì)，在加載驅(qū)動(dòng)程序時(shí)，首先會(huì)匹配該字段，如果相等則調(diào)用probe函數(shù)進(jìn)行相關(guān)的初始化工作。

　　以下為I2C總線配置信息，GPIO31作為I2C總線的時(shí)鐘信號(hào)線，GPIO32作為I2C總線的數(shù)據(jù)信號(hào)線，I2C總線的時(shí)鐘頻率為19.2MHz。

　　驅(qū)動(dòng)程序中的bcm2079x_matcn_table結(jié)構(gòu)體負(fù)責(zé)和設(shè)備樹(shù)進(jìn)行匹配，在系統(tǒng)初始化階段，就會(huì)匹配設(shè)備樹(shù)里的.compatible屬性是否在驅(qū)動(dòng)中有相同的名字，本驅(qū)動(dòng)中是broadcom，bcm2079x_i2c，若匹配成功就會(huì)調(diào)用驅(qū)動(dòng)程序的probe函數(shù)進(jìn)行初始化工作。

　　在驅(qū)動(dòng)程序中，bcm2079x_parse_dt負(fù)責(zé)解析設(shè)備樹(shù)的代碼，以下為設(shè)備樹(shù)解析關(guān)鍵代碼，分別獲取中斷、使能、喚醒引腳。

　　驅(qū)動(dòng)初始化分析

　　內(nèi)核加載驅(qū)動(dòng)模塊的時(shí)候，系統(tǒng)會(huì)調(diào)用bcm2079x_dev_init（）函數(shù)，該函數(shù)內(nèi)部嵌套了i2c_add_driver（），用來(lái)完成 bcm2079x_driver結(jié)構(gòu)體的注冊(cè)，系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)探測(cè)驅(qū)動(dòng)設(shè)備，通過(guò)比較設(shè)備樹(shù)中是否有 compatible=“broadcom，bcm2079x_i2c”鍵值對(duì)來(lái)判斷設(shè)備是否存在。如果存在，則會(huì)注冊(cè)I2C設(shè)備相關(guān)信息，創(chuàng)建i2c- client，執(zhí)行probe函數(shù)，在probe函數(shù)里去解析設(shè)備樹(shù)里面配置的引腳，初始化中斷、分配內(nèi)存空間以及初始化互斥鎖、等待隊(duì)列等，并向系統(tǒng)將驅(qū)動(dòng)注冊(cè)為misc驅(qū)動(dòng)，然后向系統(tǒng)注冊(cè)中斷。流程圖如圖4所示。

　　驅(qū)動(dòng)運(yùn)行機(jī)制

　　當(dāng)用戶空間調(diào)用open打開(kāi)/dev/bcm2079x設(shè)備節(jié)點(diǎn)時(shí)，通過(guò)ioctl機(jī)制調(diào)用驅(qū)動(dòng)程序的ioctl，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的使能與喚醒;然后調(diào)用Poll函數(shù)實(shí)現(xiàn)周期性的檢測(cè)，以降低設(shè)備的功耗，當(dāng)有設(shè)備或卡片接近NFC設(shè)備時(shí)，NFC就會(huì)產(chǎn)生中斷，從而喚醒設(shè)備，用戶空間就可以通過(guò)調(diào)用read函數(shù)實(shí)現(xiàn)I2C數(shù)據(jù)的讀取。運(yùn)行機(jī)制如圖5所示。

　 ? 測(cè)試結(jié)果分析

　　NFC設(shè)備平時(shí)處于休眠狀態(tài)，設(shè)備也會(huì)發(fā)出探測(cè)脈沖，此時(shí)處于低功耗狀態(tài)，當(dāng)有卡片或NFC設(shè)備接近NFC設(shè)備時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生中斷喚醒設(shè)備，NFC設(shè)備就會(huì)連續(xù)地發(fā)出探測(cè)脈沖，此時(shí)NFC工作在正常工作模式。

　　圖6是用頻譜分析儀觀測(cè)到的探測(cè)脈沖信號(hào)，載波頻率為13.559 375 000 MHz，占用帶寬OBW為2.259615 385 kHz，滿足CE和FCC認(rèn)證中針對(duì)NFC頻段的射頻測(cè)試要求的13 553～13 567 MHz的調(diào)制帶寬限值。

　　當(dāng)將Tag1小卡貼近NFC天線時(shí)，可以讀出卡內(nèi)的二進(jìn)制信息，圖7為卡內(nèi)信息。

　　用設(shè)備分別測(cè)試Tag1、Tag2、Tag3、Tag4，其可識(shí)別距離最遠(yuǎn)為49 mm、45 mm、29 mm、21 mm，識(shí)別成功率在96%以上，測(cè)量結(jié)果如表1所列。

　　以上測(cè)試表明，NFC模塊可以識(shí)別多種類型的卡片，可識(shí)別距離最大為49 mm，滿足NFC設(shè)計(jì)要求。該模塊穩(wěn)定、可靠、識(shí)別率高，可集成到移動(dòng)支付、票務(wù)、門禁、防偽等不同系統(tǒng)中。