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ISM13.56MHz频段1类RFID标签的接口规范

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ISM13.56MHz频段1类RFID标签的接口规范

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ISM13.56MHz 频段 1 类 RFID 标签的接口规范 ISM13.56MHz 频段 1 类 RFID 标签的接口规范 摘要 本文为 ISM13.56MHz 频段 1 类 RFID 标签提供了射频通信接口和解读器 控制的功能性需求的明确规定。1 类标签仅传送它的唯一标识符和用于获取 唯一标识符的其他信息。 1 ISM13.56MHz 频段 1 类 RFID 标签的接口规范 目录 背景 ...........................................................................................................................................4 1.引言 ........................................................................................................................................4 2.文档结构 ................................................................................................................................4 3.地位 ........................................................................................................................................4 4.术语 ........................................................................................................................................4 5.产品电子码 ............................................................................................................................5 5.1 引言 .............................................................................................................................5 5.2EPCTM 结构 ..................................................................................................................5 5.3 图解 .............................................................................................................................6 5.4 补充信息 .....................................................................................................................6 6.系统概述 ................................................................................................................................6 6.1 多标签解读 .................................................................................................................6 6.2 标签应具备的功能......................................................................................................7 6.3 决定性能的因素..........................................................................................................7 6.4 设计目标 .....................................................................................................................8 6.5 防冲突方法 .................................................................................................................8 6.6 方案特点 .....................................................................................................................9 7.电磁兼容规则 ........................................................................................................................9 7.1 摘要 .............................................................................................................................9 7.2 规则介绍 ...................................................................................................................10 7.3 假设 ...........................................................................................................................10 7.4 对日本规则的评价....................................................................................................10 8.人员暴露规则 ...................................................................................................................... 11 8.1 一组标准的介绍........................................................................................................ 11 B 工作特性..............................................................................................................................12 9.引言 ......................................................................................................................................12 10.协议 ....................................................................................................................................12 10.1 终端时间分片自适应采集协议..............................................................................12 10.2 标签存储器的内容..................................................................................................15 10.3 标签选择 .................................................................................................................16 10.4 删节回复 .................................................................................................................16 10.5 状态保持 .................................................................................................................17 10.6 可选择的标签内核..................................................................................................17 10.7 标签编写 .................................................................................................................18 10.8 标签销毁 .................................................................................................................19 11.空中接口............................................................................................................................. 19 11.1 识读器到标签的通信..............................................................................................19 11.1.1 工作频率.......................................................................................................19 11.1.2 单一脉冲.......................................................................................................19 2 ISM13.56MHz 频段 1 类 RFID 标签的接口规范 11.1.3 重要的讨论...................................................................................................20 11.1.4 波特率...........................................................................................................21 11.1.5 识读器信号传输的一般结构.......................................................................21 11.1.6 符号集图解...................................................................................................22 11.1.7 命令集...........................................................................................................24 11.1.8 开始序列命令...............................................................................................25 11.1.8.1 结构............................................................................................................25 11.1.8.2 标签响应....................................................................................................26 11.1.9 关闭时间段序列...........................................................................................26 11.1.9.1 结构............................................................................................................26 11.1.9.2 标签响应....................................................................................................26 11.1.10 固定时间段命令.........................................................................................27 11.1.10.1 结构..........................................................................................................27 11.1.10.2 标签响应..................................................................................................27 11.1.11 回复序列时序.............................................................................................28 11.1.12 完全重置命令(可选).............................................................................29 11.1.12.1 结构..........................................................................................................29 11.1.12.2 标签响应.................................................................................................30 11.1.13 写入命令.....................................................................................................30 11.1.13.1 块写入命令..............................................................................................30 11.1.13.2 锁定块命令(可选)..............................................................................31 11.1.13.3 锁定整个存储器(可选)......................................................................32 11.1.13.4 销毁命令..................................................................................................32 11.1.13.5 写入后锁定..............................................................................................34 11.1.13.6 芯片测试命令..........................................................................................34 11.1.14 保留的功能.................................................................................................34 11.1.15 识读器到标签链路的 CRC........................................................................34 11.2 标签到识读器的通信..............................................................................................35 11.2.1 产生回复.......................................................................................................35 11.2.2 回复调制图解...............................................................................................35 11.2.3 回复信号的内容...........................................................................................36 11.2.4 回复数据编码...............................................................................................36 11.2.5 回复的波特率...............................................................................................37 11.2.6 回复的框架...................................................................................................37 11.2.7 回复 CRC......................................................................................................37 11.3 防冲突 .....................................................................................................................38 11.3.1 概念...............................................................................................................38 11.3.2 图示...............................................................................................................39 11.3.3 识读器对冲突的响应...................................................................................39 3 ISM13.56MHz 频段 1 类 RFID 标签的接口规范 背景 1.引言 本文针对低成本电子标签,提供了强制性规定和可选择性规定。该电子 标签工作在 ISM 高频段(13.56MHz),它包含产品电子码,用以物品识别。 电子标签包含用于物品识别的产品电子码、循环冗余校验以及一个销毁 码。前两项用于识别标签,而所有这三项用于销毁标签。 2.文档结构 尽管各部分只是简单地按序编号,但是本文还是分作两个主要部分。A 部分介绍了一般背景,描述了标准的执行环境。B 部分定义了空中接口和命 令集;涉及到信号波形和详细的命令结构及操作。 3.地位 参照自动识别中心的白皮书《自动识别中心的标准过程规范》,2002 年 5 月 1 号,这是一个候选规范。本文件取代了以前所有 EPC 高频标签的规定。 4.术语 在此对本文的术语作一番解释。 我们不准备使用 uplink,downlink,forwardlink 这些术语。通信的方向会被 描述为识读器到标签或标签到识读器。 标签中最重要的位在左边,最不重要的位在右边。 连续传输时,我们不去假设是最重要的位先发送,还是最不重要位先发 送。对于每种情况,我们都会作明确的声明。 4 ISM13.56MHz 频段 1 类 RFID 标签的接口规范 我们使用术语“空中接口”表示识读器到标签的信号或标签到识读器的 信号的波形,这些波形有不同的符号。“空中接口”还涵盖了生成命令的规则, 但它不包含命令本身。它包含的是对标签响应的编码。 术语“命令集”是标签的命令的集合,通过它识读器可以探知或更改所 有标签。 术语“工作规程”指如何通过命令集识别或更改标签。 术语“协议”是对元素“空中接口”、“命令集”、“工作规程”的总括。 5.产品电子码 5.1 引言 本节介绍了现有的 4 种产品电子码,以后还会定义其他类型的产品电子 码。 本文提到的标签和解读系统的规格说明将用于各种产品电子码。 5.2EPCTM 结构 产品电子码包含 4 个字段,依次是:头字段,它定义了各种 EPCTM 的类 型;域名管理者编码,它实际上是生产商的编码;对象分类,它等同于产品 号码;最后是序列号。 当前定了以下 4 种 EPC,对于每一种 EPC 编码,下表给出了它们各字段 的位数。比如,头字段。 表 1:EPC-96 及 EPC-64 的结构 5 5.3 图解 ISM13.56MHz 频段 1 类 RFID 标签的接口规范 图 1 是最近定义的产品电子码的图解。 图 1:EPC-96 及 EPC-64 的结构 5.4 补充信息 这不会妨碍以后版本的 EPC 的定义,也不会影响为这些版本设计标签。 有望定义一个 256 位的版本,头字段没有任何信息,但仍希望其长度是 8 位。 6.系统概述 6.1 多标签解读 图 2 为一个多电子标签解读系统的例子。假设标签是被动的,也就是说, 标签是无源的。 6 ISM13.56MHz 频段 1 类 RFID 标签的接口规范 图 2:一个识读器同时解读多个标签 图中一组标签被识读器询问,识读器包含一个发射器,用来产生询问信 号从而为标签提供能量和信息。识读器还包含一个接收器,用来接收并解析 标签发送的回复信号。控制器控制识读器的工作过程,为外部设备提供解析 信号,并管理整个询问过程。 6.2 标签应具备的功能 标签必须具备下列功能: —能使用 EPC 或其他可用的数据编写。 —能被识读器解读。 —可以作为一组相关标签的一部分。 —可以被分别销毁。 6.3 决定性能的因素 高频 EPC 标签系统的性能受下列因素的影响: —询问范围。标签工作在较近的范围中,但有些规则要求标签处在较远 的范围中。 —电磁兼容规则。这些规则在第 7 节有详细介绍。它们主要影响可用于 高频标签的防冲突算法的选择,也与在简单标准化场域产生系统中标签的工 作范围有关系。 —电磁场的人员暴露规则。这些规则在第 8 节有详细介绍。 7 ISM13.56MHz 频段 1 类 RFID 标签的接口规范 —标签天线的尺寸。标签越小,用来激活它的磁场就要越强,而且标签 产生的响应越弱,不过这降低了标签间相互干扰的可能性。因此我们有必要 减小标签电路的工作功率,以减小其干扰性。 —标签的质量因素。关注的主要问题是标签的质量越好,它的灵敏度就 越高,即工作范围越大。但这样容易使标签受到环境干扰和相互干扰。 —编写、解读、销毁的可靠性。EPC 标签的具体需求与传统的射频标签 不同,它与传统射频标签在通信的安全性上也存在很大的差异。第 10.4 节及 以后章节还会深入探讨这个问题。 —空中接口的通信参数。下述方案整合识读器和标签之间各个方向的通 信情况,就EPC识读的可靠度做出分析。 —多标签解读的防冲突算法。防冲突算法主要影响每秒钟解读的标签数。 该方案基于终端时间分片自适应采集算法(STAC)的最优化版本,用以快速 解读 EPC 标签组。 面对上述所有问题的复杂性和相互依赖性,我们会根据经验,进行合理 推断,得到标签和系统参数。 6.4 设计目标 本规范的制定遵循如下设计目标: —标签成本必须很低。 —规格说明必须适用于各种高频 EPC 标签。 —对于由 EPC 版本、域管理者及对象分类组成的标签,信号和对标签的 操作必须支持多标签的读取。 —信号以及该系统必须支持高速标签解读。 —获取一个好(但必须依赖于标签天线的尺寸)的标签工作范围。 —容许附近有相似的标签解读系统。 —符合此标准的标签和符合高频ISO标准的标签互不干扰。 6.5 防冲突方法 由于高频 EPC 解读方法不同于 Auto-ID 针对现有的超高频系统所采用的 8 ISM13.56MHz 频段 1 类 RFID 标签的接口规范 方案,所以有必要说明一下二者的不同之处。 超高频 EPC 解读方法可以描述为树形算法,这些通信主要是从识读器到 标签和从标签返回到识读器的的通信。 在这种解读方法中,识读速度主要依赖于信号在识读器和标签之间的往 返次数。超高频能够在识读器和标签天线之间采用高带宽通信,因此往返次 数较少。而高频系统工作在较近的范围中,它使用高质量调频电路连接识读 器和标签,在这个系统内通信带宽明显减小,往返次数相应增加。但如果标 签读取信号往返次数得到减少的话,工作速度将会显著提高,我们采用的算 法就是为了解决这个问题。 6.6 方案特点 本方案有如下特点: —它能满足上述设计目标。 —它既能满足当前定义的各种 EPC 标签的识读要求,又能满足未来可能 出现的各种版本的 EPC 标签。 —它使用某种特殊的自适应时间分片技术,可以在 EPC 环境下实现高流 量。 —在标签的可识读距离内,可以对采用 EPC 编码的任何标签进行选择。 —通过删节所选标签的回复信息,实现高速解读。 —标签可以被销毁,即采用识读器指令为标签设定保护密码,使标签近 距离内不可读。 —当重定位范围时,标签可以短期记忆自己的识读状态。 7.电磁兼容规则 7.1 摘要 全球通用的射频频率为 13.56MHz,载波允许偏差正负 7KHz,能量级别 9 ISM13.56MHz 频段 1 类 RFID 标签的接口规范 规定如下: —欧洲:每10m 42dBμA/m,给定频谱屏蔽,准峰值检波器。 —FCC:每30m 1000μv,不同频谱屏蔽,准峰值检波器。 —日本:识读器输出功率1W,天线增加小于等于-30dBi。 日本和美国正在逐渐接受欧洲规则。 7.2 规则介绍 欧洲最近公布的射频规则有: —ETSI EN 300 330-V1.3.1(2001–06);电磁兼容和无线电频谱管理 (ERM);小范围设备(SRD);频率范围9KHz-25MHz的无线电设备和频 率范围9KHz-30MHz的感应线圈系统;第一部分:技术特点和检测方法。 —ETSI EN 300 330-V1.1.1(2001–06);电磁兼容和无线电频谱管理;小范 围设备(SRD);频率范围9KHz-25MHz的无线电设备和频率范围9KHz-30MHz 的感应线圈系统;第二部分:无线电及电信终端设备指南第3.2条款中的协调 EN。 7.3 假设 可以设想FCC已经或即将同意把它的规则同欧洲规则兼容,因此我们不 再深入探讨FCC规则。 7.4 对日本规则的评价 比较日本和欧洲的规格说明,我们发现42 dB μA/m 强度的磁场等同于 125.9 μA/m强度的磁场。在这个强度下,在半径10m的球体表面,平均放射 功率为7.509毫瓦。 日本的射频规则允许大约1毫瓦的全效辐射功率。因此,两个规则允许的 放射功率的比率为7.509。 假设识读器天线产生一个双极磁场,磁场中,电抗能量的密度与到天线 10 ISM13.56MHz 频段 1 类 RFID 标签的接口规范 的距离的6次方成反比,我们可以推出欧洲规则中能量的有效距离同日本的相 比应该乘以7.509的6次方根,这个值约为1.4。 以上分析尽管在2002年初还是符合事实的,但如果日本接受的欧洲规则, 它将变得无关紧要。 最近有消息显示,日本规则将会同欧洲规则协调一致。 8.人员暴露规则 8.1 一组标准的介绍 美国国家标准 IDE规定的人员暴露在射频电磁场的安全标准是3kHz-300GHz,(IEEE C95.1–1991,1992.4) 欧洲 欧盟在1999年6月12日的建议中限定公众暴露在电磁场的安全频率范围 为0Hz-300GHz。 EN50357对人员暴露在电子监视设备(EAS)、射频识别系统及其他有电 磁辐射的设备发出的电磁场中的情况作出了评估。 EN50364对人员暴露的电子监视设备、射频识别及相似设备发出的电磁 场的限定频率范围为0Hz-10GHz。 以上两篇文档在Cenelec的索引中有详细说明。 澳大利亚 澳大利亚新西兰临时标准规定的无线电频率:3KHz-300GHz,(AS/NZS 2772.1 (int): 1998) 11 B 工作特性 ISM13.56MHz 频段 1 类 RFID 标签的接口规范 9.引言 规范的B部分推荐一种空中接口和防冲突方法,它每秒能识别200个标签。 本部分规格说明的特点: a)它适用于任意位数的EPC标签,包括以后用到的256位甚至更长的标签。 b)通过读取EPC代码,可以在任意距离内选中标签。 c)满足全范围存储技术。 d)使用24位的销毁密码使标签销毁更安全。 e)512个时间段确保能够高效处理大数目标签。 10.协议 此规范的基本工作原理就是下面定义的终端时间分片自适应采集协议 (STAC)协议。 10.1 终端时间分片自适应采集协议 图3是协议的图示。 在终端时间分段自适应采集协议中,标签在随机选择的位置或时间间隔 内回复,这个位置或时间间隔称为时间段,时间段在识读器的控制下有自己 的起始位置和终止位置。识读器命令既发送信号给当前时间段的结尾部分, 又发送信号给下一时间段的开始部分。许许多多的时间段构成了一个回复序 列,选中的标签在该回复序列中等待回复。 当放入激活或发射信号的电磁场内的标签,具有足够大的能量时,标签 就处于就绪状态,准备接收命令。这些命令可以是写入命令、销毁命令、开 始序列命令。通过写入命令,可以向标签写入EPC信息;通过销毁命令,可 以使标签永久无效;通过开始序列命令,可以选择部分标签,识读它们的标 签数据。 12 ISM13.56MHz 频段 1 类 RFID 标签的接口规范 开始序列命令包含很多参数。其中一些定义了即将开始的序列的时间段 数量;另一些决定如何在就绪标签序列中作出选择。还有一个参数是哈希值, 它用来控制标签所在的序列的位置。在每一个序列内部,或者是不同的序列 之间,标签的回复会占用随机的位置,这样既能减小冲突的次数,又不会使 冲突重复发生。 图3:终端时间分片自适应采集算法 注释:如果标签离开磁场,并且不再被供能,标签会从任何状态(销毁状态 除外)转变到未供能状态。 由于标签都在收到“开始序列”命令后才开始回复信息,因此该协议在 电子标签行业中称之为解读器先发言(RTF)的工作方式。 在STAC协议中,询识读器发布开始序列的命令,每个选中的标签内部有 一些标签参数,包括一个选中或未被选中标志、一个建议回复时间段的位置, 此外还将一组回复时间段的位置置零。图4所示是这些回复时间段的位置。 13 ISM13.56MHz 频段 1 类 RFID 标签的接口规范 图4:STAC回复序列时间段 图4中,应该注意以下几点: —这幅图并没有按照比例,但是正确显示了各个时间段并不是等大的。 —一个序列的开始有一个特殊的时间段(时间段F)。这个时间段后面带 有n个时间段,以完成序列。 —图中n的大小是2的整数次幂,由识读器控制。 —F是一个特殊的时间段,有固定的大小,但是其他时间段的长度是由识 读器信号控制的。 —时间段越长,越有充足的时间等待标签的回复。 —短时间段(除了时间段F)很短是因为它们不需回复并且很早就被识读 器关闭。 —无需识读器的干预,F时间段会自动关闭。 —所有的时间段都会考虑到必需的识读器信号。 处于就绪状态的标签,在开始序列命令作用下,会有部分标签进入分时 读入状态。分时读取状态下,时间段计数器进行计数,每当识读器显示一个 时间段结束另一个时间段开始时,时间段计数器就加1。 如果处于分时读取状态下的任何标签在时间段F的结尾处有一个建议回 复时间段,它会在时间段0回复。时间段0的回复情况可以分为3类:没有标签 回复、有一个标签回复、有两个及两个以上的标签回复。 如上所述,识读器在一直检测标签的回复信息,通过观测接收器内信号 的振幅,可以知道标签的回复情况。 如果识读器没有探测到有标签回复,识读器会向所有处于读时间段状态 的标签发出一个关闭时间段序列的信号,波形和关闭时间段序列的时间选择 以及其他的识读器信号都定义在11节。 14 ISM13.56MHz 频段 1 类 RFID 标签的接口规范 在第二种和第三种情况中,识读器检测到一个或者多个标签的回复,识 读器会令时间段保持在打开状态,以便对标签的回复信息进行评估。 评估有若干种形式。其中一种形式基于11.3节描述的回复码,它能非常敏 锐的探测到冲突的发生。 另一种形式是对回复信息进行CRC校验,校验从识读器到标签的信号或 从标签到识读器的信号。有关校验的详细信息在第11.2.7节中。 如果检测到标签的数据没有被正确的收集,会发出一个时间段关闭命令 来关闭时间段,而且标签会返回到就绪状态。 如果标签信息被正确收集,时间段会以另一种方式关闭,一般通过识读 器发送固定时间段(Fix Slot)命令信号,这个信号及其他询问信号在第11节 中有介绍。如果标签正确的检测到了这个命令,并且这个命令的参数同标签 期望的参数一致,那么此命令就会使标签从读时间段状态进入到固定时间段 状态。在固定时间段状态,标签继续在每一序列内回复一次,但通常都是在 时间段F内。标签在时间段F内的回复都被会删节,正如11.1.9节介绍的那样, 所以尽管时间段F很小,但还是将回复放在时间段F内。 10.2 标签存储器的内容 为了执行上述的一系列功能,标签存储器包含了图5所示的一系列元素: —长度为n位的产品电子码,n的值由麻省理工学院自动识别中心定义。 目前已经定义了64位和96位的产品电子码,下步可能定义256位或者其他位数 的的产品电子码。 —16位的循环冗余校验。 —24位的销毁码。 在图5所示的64位和96位的EPC中,EPC码、CRC码以及销毁码等元素从 左到右排列。其他长度的EPC也是如此安排。对每种EPC,最重要的位放在 左边,最不重要的位放在右边。 15 ISM13.56MHz 频段 1 类 RFID 标签的接口规范 图5:标签存储器结构 10.3 标签选择 在这个提案中,标签有很多特性,使标签可以通过头字段、域名管理者、 对象分类及序列号,实现标签的选择。因此,识读器有一个选择命令,识读 器选择的数据作为选择命令的可选参数。 当在标签接受到包含选择命令的数据时,将根据存储器的内容逐位检测 所选择的数据,先检测最重要的位(MSB)。选择信号的命令终止时,如果 标签中的位与发送的位相匹配,则此标签将被选中。如果有一位及一位以上 不匹配,标签将不会被选中。被选中的标签将从就绪状态进入图3所示的读时 间段状态。 如果不选择标签,由于开始序列命令没有选择说明,当发送开始序列命 令时,所有处于就绪状态的标签都将被自动选中,并从就绪状态进入图3所示 的读时间段状态。 10.4 删节回复 被选中的标签随后会发送回复信息,如图六所示。回复信息含有标签存 储器的全部内容,以及对整个EPC数据的CRC校验。回复信息组成整数个字 节,并忽略所有或者绝大部分参与该过程的数据。 16 ISM13.56MHz 频段 1 类 RFID 标签的接口规范 图6:回复时间段内的标签选择及其回复 CRC校验码存储在标签中,并在标签第一次被编写时生成。回复信息在 CRC的末尾停止,回复信息不包含销毁码部分。 回复信号还包含后面定义的帧起始回复信号和帧结束回复信号。 实现上述选择的优点之一是,由于发送的位数小于一个完整的回复,因 此能缩短回复的时间。CRC能校验信息传输过程中存在的通信错误,这些错 误可能产生自于识读器发送的选择数据,也可能来自于标签的回复。 在编写标签的过程中,销毁码存储在存储器中的专用部分,通常,该部 分不参与选择与回复。 10.5 状态保持 只要给标签提供能量,标签就会在可变存储器内记录它的状态信息,包 括就绪状态、读时间段状态及固定时间段状态。通过识读器命令,标签会在 各个状态之间转化。 10.6 可选择的标签内核 在正常状态下,如果能量消失,标签内的信息都将丢失,无论它处在就 绪状态、读时间段状态还是固定时间段状态。 17 ISM13.56MHz 频段 1 类 RFID 标签的接口规范 图7:由可选择的标签内核实现的补充状态转换 注释:如果标签离开磁场前处于固定时间段状态,则标签再回到磁场时 会恢复固定时间段状态。 在多解读程序中,标签状态改变或需要重定位电磁场时,这些信息可以 暂时保存一段时间。因此在本规格说明作为一种选择,标签数据保存在可保 持存储器内,当能量消失时,存储器会在短时间内保持标签的固定时间段状 态,如果供能经过长一点的时间恢复后,就将标签转化到就绪状态,这段时 间在100ms-100s之间。 如果需要,标签可以转到就绪状态,即使已经保存了固定时间段状态。 作为一种选择,为有能力回到固定时间段状态的标签提供了完全重置命令, 此命令在第11.1.11节中有介绍。 由标签核心和完全重置命令实现的其他状态转化在图7中都有介绍。 10.7 标签编写 标签在使用之前,它的所有数据都由标签所有者编写并检测。编写工作 只执行一次,编写完毕后内存内容会被锁定。关于编写的细节在第11.1.11节 中有详细介绍。 18 10.8 标签销毁 ISM13.56MHz 频段 1 类 RFID 标签的接口规范 在销毁过程中,识读器发送一个带有选择数据的销毁命令,选择数据包 含存储区的所有内容:EPC、CRC、销毁码。详细内容可见图5。 假如标签使用的识读器的功率达到一个特定的阈值,标签收到销毁命令 后,数据会保持一段特定的时间,被选中的标签将转化到销毁状态。 在销毁状态,标签无法以任何方式调制识读器载波。 无法从销毁状态恢复。 功率大小和销毁命令的延迟时间暂未规定。 11.空中接口 识读器和标签之间的通信是由空中接口控制的。以下部分将介绍防冲突 协议的具体工作过程。 11.1 识读器到标签的通信 11.1.1 工作频率 标签从识读器产生的高频磁场中接受能量和控制标签行为的指令。 EMC规则要求识读器载波信号的频率在13.56MHz±7kHz范围内变化。 如果不是为了传送命令或数据而调制,识读器载波信号应该保持在低噪 声相位。 识读器发送命令信号时或信号发送期间,为了提高电磁兼容性,识读器 会进行少量限制频率偏差、低扫描速度、低噪声的调频。标签内的宽带振幅 检测电路检测不到这种调频,如果把调频限制在低频率范围内,标签回复信 号的频谱不会有影响。 11.1.2 单一脉冲 所有从识读器到标签的信号,使用振幅倾斜宽度为9.44μs的单一识读器 19 ISM13.56MHz 频段 1 类 RFID 标签的接口规范 载波信号。 脉冲可以使用调制指数m,或者倾斜深度d进行描述,定义如下: 调制指数: m (a–b)/(a+b) 倾斜深度: d (a-b)/a 参数之间的关系是:m d/(2–d) d 2m/(m+1) 11.1.3 重要的讨论 图8:识读器信号参数 如图所示,表中的参数有一个宽度为9.44μs的矩形倾角和一些短平的倾 角。 可以从两方面理解表中的m或d及其他脉冲参数。 第一个方面:标签应该能够正确反映的脉冲的振幅和波形的范围。从这 20 ISM13.56MHz 频段 1 类 RFID 标签的接口规范 方面看,图8显示标签应以10%-30%的调制指数(18%-46%的倾斜深度)做出 正确反应。 第二个方面:识读器采用的调制深度的大小。一个设计良好的识读器不 希望m或d变化如此大,稍小一点的变化是可以接受的。特别是考虑到长信号、 深度倾斜、全范围倾斜、载波信号满功率等因素共同作用,以及发送信号期 间没有载波信号调频所带来的电磁兼容性问题,这一方面显得特别重要。 如果为了长距离工作而采用最大强度载波信号,那么系统和识读器的设 计者不能采用刚才提到的信号参数的组合。只有在遵守电磁兼容规则的方式 下才能使用这些信号参数的组合。 虽然识读器脉冲信号参数不会偏离图8中的限制规则,但是有时候一些生 产商对识读器脉冲偏差的要求比图8更为严格。 11.1.4 波特率 识读器到标签的波特率为26.48 kbit/sec ( fc/512)。 11.1.5 识读器信号传输的一般结构 所有的识读器到标签的信号传输由一系列符号组成的,这些符号是由单 一的倾角构成的,如图9所示。 一组连贯的信号序列的倾角中,最重要的边是基本时间的倍数,基本时 间的精确值是128/fc,近似值是9.44μs。通过连续发送信号,我们可以得出, 单个符号(例如图9中定义的关闭时间段序列)或符号序列是11.1.7节定义的 命令的一部分。 所有符号的宽度是T、2T、3T的一种,T的精确值是512/fc,近似值是37.76 μs。 11.1.7介绍了符号是如何组成命令的。 符号的构成如下: —用于长帧的起始,比如用在一些命令的开头。 —用于短帧的起始,比如用在其它命令的开头。 21 ISM13.56MHz 频段 1 类 RFID 标签的接口规范 —用于一般帧的结束,比如所有命令的结尾。 —二进制符号(0和1)用于命令的内部。 —一个特殊的关闭时间段命令,用于关闭没收集到信息的时间段。 符号的全集用于实现以下目的: —如果标签收到不完整的信号,标签一定会检测到错误信息。 —所有的符号都不同于采用13.56MHz标准的符号,因此使用ISO识读器 发送的信号不被当成有效的EPC标签信号。 使用帧是为了方便同步及协议的独立。 标签必须在1ms内被激活,并准备接受信号。 向识读器发送完一个帧后,标签必须在300ns内做好准备,以接收识读器 发出的符号。标签恢复信号帧的结构将在11.2.6节讨论。 11.1.6 符号集图解 符号集用于信号传输中,它包括帧起始与帧结束,如图9所示。图9中, 所有的倾角宽度都是9.44μs,但是也可根据11.1.2节中的图8及下面的讨论, 确定其形状。 二进制符号和一般帧结束宽度为T,其中T=512/fc=37.76μs,短帧起始宽 度为2T=1024/fc=75.52μs,长帧起始和关闭时间段序列宽度为 3T=1536/fc=113.27μs。 应该注意,其中有两个符号是不能被识读器使用的。这些符号如果被标 签检测到就会被当成错误,并且标签不会对含有这些符号的信号有所反应。 22 ISM13.56MHz 频段 1 类 RFID 标签的接口规范 23 ISM13.56MHz 频段 1 类 RFID 标签的接口规范 图9:识读器到标签的通信信号 11.1.7 命令集 下面介绍实现“终端时间分片自适应采集算法”所必需的命令集。 —一个开始序列命令。这个命令必须携带很多时间段参数,范围为1-512, 还可以有选择的携带一个选择参数。 —一个完全重置命令(可选)。 —一簇写入命令。它们包含很多可选择的内存锁定命令,能满足内存管 理的需要。 —一个销毁命令。 —一个关闭时间段序列。这个非常简单的命令采用图9中特殊序列的形 式。 —一个固定时间段命令。对于已经回复且内存中的参数同命令中的参数 相匹配的标签,这个命令通知它们转变到固定时间段状态。其他的标签则忽 略这个命令,除非它们在读时间段状态,并期望增加时间段数。 开始序列命令包含一个描述序列大小的参数。此命令还可能包含一个描 述标签选择范围的参数。它既能将一个被选中的已激活的标签从就绪状态转 变到读时间段状态,又能将标签从读时间段状态转回就绪状态。 如果没有选择参数,则认为选中了所有的已就绪的标签。 完全重置命令适用于所有带有可选标签内核的处于固定时间段状态的标 签。此命令将这些标签全部转变到就绪状态。 销毁命令是适用于所有未被销毁的处于就绪状态的标签,这些标签的内 存的参数同命令中指定的参数相匹配,而且它们的询问信号的范围达到规定 的阈值,这个阈值要比正常阈值稍高,而且能使标签不可修复。 写入命令适用于处于就绪状态的标签,这些标签的可写部分没有被锁定。 24 11.1.8 开始序列命令 ISM13.56MHz 频段 1 类 RFID 标签的接口规范 11.1.8.1 结构 开始序列命令的结构和参数可见下图及随后的文字。 图10:开始序列命令的结构 此命令长8位,值为30hex(hex代表16进制)。 掩码的长度参数一般会存在,长度为8位或24位。它规定了选择掩码的位 数,如果值为0,则开始序列命令中没有选择掩码。如果掩码长度参数的第一 个字节的值是FFhex,则掩码长度为3字节,FFhex的顺序依次是:掩码长度 中最重要的字节、掩码长度中最不重要的字节。这样掩码的位数可以从 1-65535。标签无须为掩码长度提供超过其容量的空间。 如果掩码长度非零,则掩码参数出现在命令中;否则不出现。如果出现, 则规定了标签选择部分的位数,并与EPC编码的位数相比较。如果选择掩码 的所有位都同EPC匹配,则标签将被选中并响应开始序列命令。如果掩码长 度超过了芯片的内存容量,则标签保持未选中状态且不会响应开始序列命令。 时间段数目的参数通常也出现在此命令中,其长度为8位。时间段数目的 代码如下: 1个时间段 : 00hex 4个时间段: 01hex 8个时间段: 03hex 6个时间段: 07hex 32个时间段: 0Fhex 64个时间段: 1Fhex 25 ISM13.56MHz 频段 1 类 RFID 标签的接口规范 128个时间段: 3Fhex 256个时间段: 7Fhex 512个时间段: FFhex CRC参数长度为8位,将在11.1.13节介绍。 哈希值长度为8位,标签使用哈希值,根据EPC数据生成随机时间段的近 似位置。 11.1.8.2 标签响应 在不包含时间段F的序列范围中,所有的标签会计算出一个响应位置。如 果标签中时间段计数到这个位置,标签将连同没有包含在选择的S位中,但已 组成整数字节的那部分一起EPC数据一起回复。如图11所示。 图11:标签对开始序列命令的响应 CRC16存储在标签的存储器中,它是对EPC的所有位的循环冗余校验。 CRC的将在第12.2.7节中更为详细地介绍。 图6显示了标签是如何融入到开始序列命令之中以及它是如何响应的。 11.1.9 关闭时间段序列 11.1.9.1 结构 图9种已经定义了关闭时间段序列的形式。 11.1.9.2 标签响应 处于分时读入状态且未回复的标签一旦收到一个关闭时间段序列的命 令,就会把它的时间段计数器加1,接着对处于分时读入状态的标签执行10.1 26 ISM13.56MHz 频段 1 类 RFID 标签的接口规范 节介绍的操作,这些操作在一个时间段的开头执行。 另外,当收到一个关闭时间段序列时,处于分时读入状态且刚回复完毕 的标签会转变到就绪状态,并可以在另一个序列中进行读取。 其他所有的标签将忽略这个命令。 11.1.10 固定时间段命令 通过CRC校验或回复信号检测机制,如果没有检测到冲突,可以推断出 收集数据成功了,然后就可以发送固定时间段命令了。 11.1.10.1 结构 固定时间段命令是针对标签的,而且通常是针对刚回复完毕的标签。固 定时间段命令由一个长帧起始,16位CRC16校验,以及一个一般帧结束,如 下面图12所示。 图12:固定时间段命令的结构 11.1.10.2 标签响应 只有在当前时间段刚回复完毕,并且其CRC与发送的数据相匹配,这样 的标签才能转变到固定时间段状态。 刚回复完毕但CRC不匹配的标签会转化到就绪状态。 其他所有的标签会忽略这个命令,除非这些标签处于读时间段状态并增 加时间段号码计数,接着对处于读时间段状态的标签执行如10.1介绍的操作, 这些操作在一个时间段的开头执行。 27 11.1.11 回复序列时序 ISM13.56MHz 频段 1 类 RFID 标签的接口规范 下图显示了回复序列的时序。此图并非按比例,但显示了构成一个时间 段的元素。 图13:回复序列时序 FS:固定时间段命令;CS:关闭时间段命令;RSOF:回复帧起始 表2:回复序列时序 注意:所有的时序指前述的命令或符号的逻辑结束。 所有识读器信号的开始部分必须与识读器位格(bit grid)同步,位格间 隔 256/fc =37.76μs。 302.06μs=4096/fc 28 ISM13.56MHz 频段 1 类 RFID 标签的接口规范 151.03μs=2048/fc 113.27μs=1536/fc 18.88μs=256/fc 2.36μs=32/fc t0:时间段F的逻辑结尾和时间段0的回复之间的时间。 t1:除时间段F之外的任意时间段的逻辑结尾与下一个时间段的回复之间 的时间。一个时间段的逻辑结尾是在CEOF之后,大小是18.88μs。 t2:已经正确识别的标签回复的逻辑结尾与固定时间段命令的LSOF之间 的时间。这个命令必须同步的发送到开始序列命令产生的解读器位格。 t3:没有接收到回复的时间段的逻辑结尾,与关闭时间段序列之间的时间。 这个命令必须同步的发送到开始序列命令产生的解读器位格。tRSOF =37.76 μs t4:未正确接收到回复信号的一个或多个标签的逻辑结尾,与关闭时间段 序列之间的时间。这个命令必须同步的发送到开始序列命令产生的解读器位 格。标签的回复信号被准确接收时,也可能发送这个命令。 t5:开始序列的逻辑结尾与时间段F中标签回复信息的RSOF之间的时间。 11.1.12 完全重置命令(可选) 完全重置命令的功能是:收集长时间处于固定时间段状态的标签数据。 11.1.12.1 结构 可选择的完全重置命令的结构见图14,此命令没有参数。 29 ISM13.56MHz 频段 1 类 RFID 标签的接口规范 图14:重置命令的结构 命令长8位,值为12hex。 CRC参数长8位,见第11.1.14节。 11.1.12.2 标签响应 完全重置命令作用于所有已经激活的未销毁的标签。 此命令将这些标签转变到就绪状态。 这些标签可以不参与到序列之中,但必须随时准备接收开始序列命令。 11.1.13 写入命令 11.1.13.1 块写入命令 块写入命令将数据写入到标签内存。块写入命令的结构如图15所示。 图15:块写入命令的结构 可以对存储器包含EPC数据、16位CRC及销毁码,可以将数据写到存储 器的任何部分。 写命令的参数定义如下: —8位的命令码,值为01hex。 —块序号参数取下列值: 00hex (MSByte of EPC™), 01hex, … XXhex (LSByte of EPC™); (XX+1)hex (MSByte of CRC16); (XX+2)hex (LSByte of CRC16); 30 ISM13.56MHz 频段 1 类 RFID 标签的接口规范 (XX+3)hex … (XX+5); XX是EPC字节长度减1的16进制表示。 8位数据参数是要写入的8位数据,MSB位于左边。 CRC8的参数是从命令码、块序号和8位数据计算得出的。其中,8位数据 在11.1.14节中详细介绍。 标签没有响应。 芯片生产商可以对要写入的块作如下处理: a)如果内存在掩码级编写,标签可以忽略块写入命令 b)如果内存只能写一次,块可以被自动命令锁住。 c)如果内存可以多次写入,则执行命令完毕后,块可以保持可写状态。 11.1.13.2 锁定块命令(可选) 此可选择的命令将8位数据块锁进标签存储器。 其结构如图16所示。 图16:锁定块命令的结构 存储器中的任意块都可以被锁定。 锁定块命令的参数定义如下: —命令码长8位,值为20hex。 —块序号的值由块写入命令定义。 —CRC8参数是从命令码、块序号计算得出的,其中,块序号在11.1.14节中详 细介绍。 芯片生产商有如下选择: a)如果在掩码级编写标签,芯片不执行任何操作; 31 ISM13.56MHz 频段 1 类 RFID 标签的接口规范 b)如果芯片的存储器只能写一次,那么改种存储器写入时自动锁定,芯 片不会响应这个命令; c)如果芯片的存储器可以多次写入,已经编址的块可以被这个命令锁定。 由于锁定是以8位为一个分段,而有些EPC超过8位,因此应当谨慎锁定。 11.1.13.3 锁定整个存储器(可选) 此命令会锁定标签存储器中的所有数据。 其结构如图17所示。 图17:锁定整个存储器命令的结构 锁定整个存储器命令的参数定义如下: —命令码长8位,值为21hex。 —CRC8是从命令码计算得出的。 —标签没有响应。 芯片生产商可作如下选择: a)如果在掩码级编写标签,芯片不执行任何操作。 b)如果芯片的存储器只能写一次,这种存储器写入时自动锁定,芯片不 会响应这个命令; c)如果芯片的存储器可以多次写入,有可能整个存储器都被这个命令锁 定。 11.1.13.4 销毁命令 销毁命令会使标签永远无法回复。 此命令结构如图18所示。 32 ISM13.56MHz 频段 1 类 RFID 标签的接口规范 图18:销毁命令的结构 销毁命令的参数定义如下: —命令码长8位,值为02hex。 —EPC参数包含了EPC的所有位。 —密码参数长度为24位,内容可以是以前写入存储器的相关信息。 —CRC8参数是从命令码、EPC及密码中计算得到的。 33 —标签没有响应。 ISM13.56MHz 频段 1 类 RFID 标签的接口规范 11.1.13.5 写入后锁定 EPC和销毁密码写入到标签后,标签存储器将被锁定以使这些参数不能 改动。 11.1.13.6 芯片测试命令 生产商使用操作码(从F8到FF)作为芯片的测试命令。 测试命令的结构如下: 图19:芯片测试命令的结构 所有生产商拟定指令的第一个参数都是一个单字节的生产商码。它能使 生产商进行芯片测试时,不必复制这些命令的代码,而避免了误解代码所造 成的危险。生产商码由自动识别中心发布。 0号生产商码由自动识别中心保留。 如果标签不支持生产商规定的芯片测试命令,它必须保持沉默。 生产商规定的芯片测试命令不能引入与标签测试无关的功能。 11.1.14 保留的功能 所有未在规格说明中明确定义的操作码,由自动识别中心保留以备将来 使用。 11.1.15 识读器到标签链路的 CRC 在识读器到标签链路中使用8位CRC。 34 ISM13.56MHz 频段 1 类 RFID 标签的接口规范 8位是数据完整性和芯片范围之间很好的折衷。识读器到标签的信号比标 签到识读器信号链路的信噪比高的多。 产生式为x8+x4+x3+x2+1,预置值为FFhex,发送之前不进行CRC转换。 如果标签检测到CRC差错,它将不执行命令。 11.2 标签到识读器的通信 11.2.1 产生回复 通过天线的感应耦合,标签可以同识读器通信。通过对带有标签天线的 调谐电路的振动的调幅,产生标签回复,在这里调谐电路的负载由频率为fs 的副载波控制。副载波信号是通过划分13.56MHz的时钟频率fc产生的。副载 波信号的频率fs=fc /32 (423,75 kHz)。 11.2.2 回复调制图解 图20介绍的是负载调制的原理,显示了调制过程中标签调谐电路的电压。 黑色区域意味着识读器载波信号的振动区域太小了,而不能被调制。 图20:负载调制时标签天线的电压 35 ISM13.56MHz 频段 1 类 RFID 标签的接口规范 11.2.3 回复信号的内容 10.4节已经部分介绍了,回复信号包括回复帧起始信号,其后的信号是从 标签存储器中提取的16位循环冗余校验信号,结束部分是11.2.6节中介绍的回 复帧结束信号。 11.2.4 回复数据编码 逻辑0以4个脉冲的频率,大小为fc/32(~423,75 kHz)的副载波信号开始,接 着是一段未调制的时间128/fc(~9.94μs)。如图21所示。 图21及图22中的波形都是一个逻辑状态,表示天线调谐电路的高衰减周 期和低衰减周期。图中的波形表示信号的振幅,但波形中高的部分很有可能 发生大幅振动。 图21:逻辑0调制 逻辑1以未调制的时间128/fc(~9.94μs)开始,接着是4个频率为fc/32(~423,75 kHz)的副载波脉冲。如图22所示。 图22:逻辑1调制 36 11.2.5 回复的波特率 ISM13.56MHz 频段 1 类 RFID 标签的接口规范 标签到识读器链路的波特率为52.969 kbit/s (fc /256)。 11.2.6 回复的框架 回复开始帧(RSOF)以12个频率,fc/32(~423,75 kHz)的副载波脉冲开始, 接着是未调制的时间128/fc(~9.94μs),如图23所示。本图中的信号的意义与 图21、22一致。 图23:回复帧起始调制 回复结束帧(REOF)从未调制的时间128/fc(~9.94μs)开始,接着是12个 频率为fc/32(~423,75 kHz)的副载波脉冲,如图24所示。 图24:回复帧结束调制 11.2.7 回复 CRC 识读器到标签的链路使用16位CRC,此CRC存储在标签中。见图25及下 面的介绍。 37 ISM13.56MHz 频段 1 类 RFID 标签的接口规范 图25:CRC16定义 循环冗余校验是从EPC的所有的位计算得出的。 对得出的CRC作了进一步变形。值存储在标签中,发送的附加信息是对 CRC的补充。为了更容易的检查收到的信息,CRC的两个字节经常放入第二 次的计算结果中。这种情况下,接收方生成的CRC余数的期望值是0x1D0F。 11.3 防冲突 防冲突过程连接到空中接口: —规则限制了可以使用的识读器信号的数量; —接收方的恢复时间与频率有关:位宽度/副载波信号的频率。 使用同步的脉冲回复系统可以获得良好的性能。这种系统中,标签在自 选择时间段中响应,这些时间段的时序最初是由识读器发出的命令初始化的, 之后由识读器发出的下一个时间段信号维持。 冲突检测也用到了EPC代码的唯一性。 冲突检测的方法在下面的章节介绍。 11.3.1 概念 这里提到的冲突检测方法基于下列事实: —所有响应标签的数据都不相同。 —所有同时响应的标签,所发出的回复信号中的位边界必须紧密地线性 排列。 —每个位周期包含一个未调制的周期,它以数据依赖的方式安排。 因此,两个同时回复的标签,即使回复信号的强度不一样,识读器也会 显示冲突模式。如图26所示。 38 11.3.2 图示 ISM13.56MHz 频段 1 类 RFID 标签的接口规范 图26:回复冲突 识读器可以检测到每半个回复周期出现的调制。当副载波信号的4个周期 占据了位周期B(B=256/fc(~18.88μs))的每一部分时,可以监测到的动态范围 是很大的。 11.3.3 识读器对冲突的响应 如果侦测到冲突或CRC校验失败,识读器会通过关闭时间段序列关闭当 前的时间段。 39

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