RFID射频识别

Jacktang

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1、MFRC522是高度集成的非接触式（13.56MHz）读写卡芯片。此发送模块利用调制和解调的原理，并将它们完全集成到各种非接触式通信方法和协议中。MFRC522的内部发送器部分可驱动读写器天线与ISO14443A/MIFARE卡和应答机的通信，无需其它的电路。接收器部分提供一个功能强大和高效的解调和译码电路，用来处理兼容ISO14443A/MIFARE卡和应答机的信号。

2、RC522支持SPI、I2C和UART接口，本实验使用的是SPI接口。RC522的SPI总线接口有其自身的时序要求。它只能工作于从模式，最高传输速率为10 Mbps，数据与时钟相位关系满足“空闲态时钟为低电平，在时钟上升沿同步接收和发送数据，在下降沿数据转换”的约束关系。简化MRFC522框图：

模拟接口用来处理模拟信号的调制和解调。非接触式UART用来处理与主机通信时的协议要求。FIFO缓冲区快速而方便地实现了主机和非接触式UART之间数据传输。

3、IC卡特点：

容量为8K位EEPROM
分为16个扇区，每个扇区为4块，每块16个字节,以块为存取单位
每个扇区有独立的一组密码及访问控制
每张卡有唯一序列号，为32位
具有防冲突机制，支持多卡操作
无电源，自带天线，内含加密控制逻辑和通讯逻辑电路
数据保存期为10年，可改写10万次，读无限次
工作温度：-20℃~50℃(湿度为90%)
工作频率：13.56MHZ
通信速率：106 KBPS
读写距离：10 cm以内（与读写器有关）
卡片的电气部分只由一个天线和ASIC组成。

天线：卡片的天线是只有几组绕线的线圈，很适于封装到IS0卡片中。

ASIC：卡片的ASIC由一个高速（106KB波特率）的RF接口，一个控制单元和一个 8K位EEPROM组成。

工作原理：读写器向M1卡发一组固定频率的电磁波，卡片内有一个LC串联谐振电路，其频率与读写器发射的频率相同，在电磁波的激励下，LC谐振电路产生共振，从而使电容内有了电荷，在这个电容的另一端，接有一个单向导通的电子泵，将电容内的电荷送到另一个电容内储存，当所积累的电荷达到2V时，此电容可做为电源为其它电路提供工作电压，将卡内数据发射出去或接取读写器的数据。

4、M1射频卡与MFRC522的通讯:

5、

复位应答：

M1射频卡的通讯协议和通讯波特率是定义好的，当有卡片进入读写器的操作范围时，读写器以特定的协议与它通讯，从而确定该卡是否为M1射频卡，即验证卡片的卡型。

防冲突机制：

当有多张卡进入读写器操作范围时，防冲突机制会从其中选择一张进行操作，未选中的则处于空闲模式等待下一次选卡，该过程会返回被选卡的序列号。

选择卡片：

选择被选中的卡的序列号，并同时返回卡的容量代码。

三次互相确认：

选定要处理的卡片之后，读写器就确定要访问的扇区号，并对该扇区密码进行密码校验，在三次相互认证之后就可以通过加密流进行通讯。（在选择另一扇区时，则必须进行另一扇区密码校验。）

读数据块的操作：

读(Read)：读一个块；
写(Write）：写一个块；
加（Increment）：对数值块进行加值；
减（Decrement）：对数值块进行减值；
存储（Restore）：将块中的内容存到数据寄存器中；
传输（Transfer）：将数据寄存器中的内容写入块中；
中止（Halt）：将卡置于暂停工作状态；
6、 RFID.c

#include "RFID.h"
#include "delay.h"
#include "SPI.h"

/*****************************************
*功能：读RC522寄存器
*参数说明：Address[IN]:寄存器地址
*返回：读出的值
******************************************/
uint8_t ReadRawRC(uint8_t Addr)
{
   uint16_t ReData = 0;
   uint16_t TempAddr = 0;
//   uint8_t i = 0;

   SPI_CS_Status(LOW);

   delay_us(10);

   TempAddr = ((Addr << 1) | 0x80) & 0xfe ;

   SPI_Send_Data(TempAddr);
   ReData = SPI_Get_Data();

   delay_us(10);
   SPI_CS_Status(HIGH);
   delay_us(10);
   return   ReData;
}

/****************************************
*功能：写RC522寄存器
*参数说明：Address[IN]:寄存器地址
* value[IN]:写入的值
*****************************************/
void WriteRawRC(uint8_t Addr, uint8_t Data)
{
uint8_t TempAddr = 0;
SPI_CS_Status(LOW);

   delay_us(10);
   TempAddr = ((Addr << 1) & 0x7e);

   SPI_Send_Data(TempAddr);
   SPI_Send_Data(Data);

   delay_us(10);
   SPI_CS_Status(HIGH);
   delay_us(10);
}

/*对RCC522芯片进行复位*/
int8_t PcdReset(void)
{
delay_us(1);
WriteRawRC(CommandReg,PCD_RESETPHASE);
       WriteRawRC(CommandReg,PCD_RESETPHASE);
delay_us(3000);

WriteRawRC(ModeReg,0x3D);
WriteRawRC(TReloadRegL,30);
WriteRawRC(TReloadRegH,0);
WriteRawRC(TModeReg,0x8D);
WriteRawRC(TPrescalerReg,0x3E);

       WriteRawRC(TxASKReg,0x40);//±?D?òa

return MI_OK;
}

/*打开天线*/
void PcdAntennaOn(void)
{
uint8_t i;
i = ReadRawRC(TxControlReg);
if (!(i & 0x03))
{
SetBitMask(TxControlReg, 0x03);
}
}

/*关闭天线*/
void PcdAntennaOff(void)
{
ClearBitMask(TxControlReg, 0x03);
}

/*针对ISO14443A型卡进行初始化*/
int8_t M500PcdConfigISOType(uint8_t type)
{
   if (type == 'A')
{
       ClearBitMask(Status2Reg,0x08);
       WriteRawRC(ModeReg,0x3D);
       WriteRawRC(RxSelReg,0x86);
       WriteRawRC(RFCfgReg,0x7F);
       WriteRawRC(TReloadRegL,30);
       WriteRawRC(TReloadRegH,0);
       WriteRawRC(TModeReg,0x8D);
       WriteRawRC(TPrescalerReg,0x3E);
       delay_us(1000);
       PcdAntennaOn();
}
else{ return 1; }

return MI_OK;
}

/*初始化RC522*/
void InitRc522(void)
{
Rc522_spi_lowlevel_init();   /*SPI初始化*/
PcdReset();                                   /*对RC522芯片进行复位*/
PcdAntennaOff();                     /*关闭天线*/
PcdAntennaOn();                           /*打开天线*/
M500PcdConfigISOType( 'A' );/*针对ISO14443A型卡进行初始化*/
}

/************************************
*功能：置RC522寄存器位
*参数说明：reg[IN]:寄存器地址
* mask[IN]:置位值
*************************************/
void SetBitMask(uint8_t reg,uint8_t mask)
{
int8_t tmp = 0x0;
tmp = ReadRawRC(reg);
WriteRawRC(reg,tmp | mask);
}

/***********************************
*功能：清RC522寄存器位
*参数说明：reg[IN]:寄存器地址
* mask[IN]:清位值
************************************/
void ClearBitMask(uint8_t reg,uint8_t mask)
{
int8_t tmp = 0x0;
tmp = ReadRawRC(reg);
WriteRawRC(reg, tmp & ~mask); // clear bit mask
}

/***********************************************
*功能：通过RC522和ISO14443卡通讯
*参数说明：Command[IN]:RC522命令字
* pInData[IN]:通过RC522发送到卡片的数据
* InLenByte[IN]:发送数据的字节长度
* pOutData[OUT]:接收到的卡片返回数据
* *pOutLenBit[OUT]:返回数据的位长度
************************************************/
int8_t PcdComMF522(uint8_t Command,
uint8_t *pIn ,
uint8_t InLenByte,
uint8_t *pOut ,
uint32_t *pOutLenBit)
{
int8_t status = MI_ERR;
uint8_t irqEn = 0x00;
uint8_t waitFor = 0x00;
uint8_t lastBits;
uint8_t n;
uint32_t i;
switch (Command)
{
case PCD_AUTHENT:
           irqEn = 0x12;
           waitFor = 0x10;
           break;
       case PCD_TRANSCEIVE:
           irqEn = 0x77;
           waitFor = 0x30;
           break;
       default:
           break;
}

WriteRawRC(ComIEnReg,irqEn|0x80);
ClearBitMask(ComIrqReg,0x80);
WriteRawRC(CommandReg,PCD_IDLE);
SetBitMask(FIFOLevelReg,0x80);

for (i=0; i<InLenByte; i++)
{ WriteRawRC(FIFODataReg, pIn ); }
WriteRawRC(CommandReg, Command);
//    n = ReadRawRC(CommandReg);

if (Command == PCD_TRANSCEIVE)
{ SetBitMask(BitFramingReg,0x80); }

       i = 500;
do
{
n = ReadRawRC(ComIrqReg);
i--;
}
while ((i!=0) && !(n&0x01) && !(n&waitFor));
ClearBitMask(BitFramingReg,0x80);

if (i!=0)
{
if(!(ReadRawRC(ErrorReg)&0x1B))
{
status = MI_OK;
if (n & irqEn & 0x01)
{ status = MI_NOTAGERR; }
if (Command == PCD_TRANSCEIVE)
{
    n = ReadRawRC(FIFOLevelReg);
   lastBits = ReadRawRC(ControlReg) & 0x07;
if (lastBits)
{ *pOutLenBit = (n-1)*8 + lastBits; }
else
{ *pOutLenBit = n*8; }
if (n == 0)
{ n = 1; }
if (n > MAXRLEN)
{ n = MAXRLEN; }
for (i=0; i<n; i++)
{ pOut = ReadRawRC(FIFODataReg); }
}
}
else
{ status = MI_ERR; }

}

SetBitMask(ControlReg,0x80);
WriteRawRC(CommandReg,PCD_IDLE);
return status;
}

/*************************************************************
*功能：寻卡
*参数说明: req_code[IN]:寻卡方式
* 0x52 = 寻感应区内所有符合14443A标准的卡
* 0x26 = 寻未进入休眠状态的卡
* pTagType[OUT]：卡片类型代码
* 0x4400 = Mifare_UltraLight
* 0x0400 = Mifare_One(S50)
* 0x0200 = Mifare_One(S70)
* 0x0800 = Mifare_Pro(X)
* 0x4403 = Mifare_DESFire
*返回: 成功返回MI_OK
**************************************************************/
int8_t PcdRequest(uint8_t req_code,uint8_t *pTagType)
{
char status;
unsigned int unLen;
unsigned char ucComMF522Buf[MAXRLEN];

ClearBitMask(Status2Reg,0x08);//寄存器包含接收器和发送器和数据模式检测器的状态标志
WriteRawRC(BitFramingReg,0x07);//不启动数据发送
SetBitMask(TxControlReg,0x03);//TX1、TX2输出信号将传递经发送数据调制的13.56MHz的能量载波信号。
ucComMF522Buf[0] = req_code;   //将寻卡命令填入到数组
status =PcdComMF522(PCD_TRANSCEIVE,ucComMF522Buf,1,ucComMF522Buf,&unLen);//通过522发送req_code命令，并接收返回数据，存到ucComMF522Buf中
if ((status == MI_OK) && (unLen== 0x10))//这个为啥是0x10，因为是2个字节共16bit
{
*pTagType =ucComMF522Buf[0];
*(pTagType+1) =ucComMF522Buf[1];//获取卡类型
}
else
{
status = MI_ERR;
}

return status;
}

/**************************************************************
*功能：防冲撞
*参数说明: pSnr[OUT]:卡片序列号，4字节
*返回: 成功返回MI_OK
***************************************************************/
int8_t PcdAnticoll(uint8_t *pSnr)
{
char status;
unsigned char i,snr_check=0;
unsigned int unLen;
unsigned char ucComMF522Buf[MAXRLEN];

ClearBitMask(Status2Reg,0x08); //寄存器包含接收器和发送器和数据模式检测器的状态标志
WriteRawRC(BitFramingReg,0x00);//不启动数据发送，接收的LSB位存放在位0，接收到的第二位放在位1，定义发送的最后一个字节的位数为8
ClearBitMask(CollReg,0x80);//所有接收的位在冲突后将被清除。

ucComMF522Buf[0] = PICC_ANTICOLL1;   //0x93表明串联级别1
ucComMF522Buf[1] = 0x20;           //表明PCD发送字节数为整两个字节

status =PcdComMF522(PCD_TRANSCEIVE,ucComMF522Buf,2,ucComMF522Buf,&unLen);

if (status == MI_OK)
{
for (i=0; i<4; i++)
{
*(pSnr+i) = ucComMF522Buf;
snr_check ^=ucComMF522Buf;
}
if (snr_check !=ucComMF522Buf)//返回四个字节，最后一个字节为校验位
{
status =MI_ERR;
}
}
SetBitMask(CollReg,0x80);
return status;
}

/*读ID函数*/
uint32_t Rc522_read_uid(void)
{
   uint8_t status = 0;
   uint8_t car_type[2];
   uint8_t uid[4];

   status=PcdRequest(0x52,car_type);
   if(status==MI_OK)
   {
       status = PcdAnticoll(uid);
   }
   if(status==MI_OK)
   {
       return ((uid[0] << 24) | (uid[1] << 16) | (uid[2] << 8) | (uid[3]));
   }
   return 0;
}

7、RFID.h

#ifndef __BSP_RFID_H_
#define __BSP_RFID_H_

#ifdef __cplusplus
extern "C" {
#endif


   #include "stm32f0xx.h"
   #include <string.h>

   #define Rc522_spi_lowlevel_init()       SPI_Gpio_Init()

   #define MAXRLEN 18
   #define MIN_STRENGTH 228

   #define DEF_FIFO_LENGTH 64

   #define PCD_IDLE 0x00 //取消当前命令
   #define PCD_AUTHENT 0x0E //验证密钥
   #define PCD_RECEIVE 0x08 //接收数据
   #define PCD_TRANSMIT 0x04 //发送数据
   #define PCD_TRANSCEIVE 0x0C //发送并接收数据
   #define PCD_RESETPHASE 0x0F //复位
   #define PCD_CALCCRC 0x03 //CRC计算

   #define PICC_REQIDL 0x26 //寻天线区内未进入休眠状态
   #define PICC_REQALL 0x52 //寻天线区内全部卡
   #define PICC_ANTICOLL1 0x93 //防冲撞
   #define PICC_ANTICOLL2 0x95 //防冲撞
   #define PICC_AUTHENT1A 0x60 //验证A密钥
   #define PICC_AUTHENT1B 0x61 //验证B密钥
   #define PICC_READ 0x30 //读块
   #define PICC_WRITE 0xA0 //写块
   #define PICC_DECREMENT 0xC0 //扣款
   #define PICC_INCREMENT 0xC1 //充值
   #define PICC_RESTORE 0xC2 //调块数据到缓冲区
   #define PICC_TRANSFER 0xB0 //保存缓冲区中数据
   #define PICC_HALT 0x50 //休眠

   #define RFU00 0x00
   #define CommandReg 0x01 //停止和启动命令的执行
   #define ComIEnReg 0x02
   #define DivlEnReg 0x03
   #define ComIrqReg 0x04
   #define DivIrqReg 0x05
   #define ErrorReg 0x06
   #define Status1Reg 0x07
   #define Status2Reg 0x08 //包含接收器、发送器和数据模式检测器的状态位
   #define FIFODataReg 0x09
   #define FIFOLevelReg 0x0A
   #define WaterLevelReg 0x0B
   #define ControlReg 0x0C
   #define BitFramingReg 0x0D
   #define CollReg 0x0E
   #define RFU0F 0x0F
   // PAGE 1
   #define RFU10 0x10
   #define ModeReg 0x11           //定义发送和接受的常用模式
   #define TxModeReg 0x12
   #define RxModeReg 0x13
   #define TxControlReg 0x14           //控制天线驱动器管脚Tx1和Tx2的逻辑操作
   #define TxASKReg 0x15           //保留为将来用的寄存器
   #define TxSelReg 0x16
   #define RxSelReg 0x17           //选择内部接收器设置
   #define RxThresholdReg 0x18
   #define DemodReg 0x19
   #define RFU1A 0x1A
   #define RFU1B 0x1B
   #define MifareReg 0x1C
   #define RFU1D 0x1D
   #define RFU1E 0x1E
   #define SerialSpeedReg 0x1F
   // PAGE 2
   #define RFU20 0x20
   #define CRCResultRegM 0x21
   #define CRCResultRegL 0x22
   #define RFU23 0x23
   #define ModWidthReg 0x24
   #define RFU25 0x25
   #define RFCfgReg 0x26       //配置接收器增益
   #define GsNReg 0x27
   #define CWGsCfgReg 0x28
   #define ModGsCfgReg 0x29
   #define TModeReg 0x2A       //定义内部定时器的设置,该寄存器分为2个8位寄存器
   #define TPrescalerReg 0x2B       //定义内部定时器的设置
   #define TReloadRegH 0x2C       //描述16位长的定时器重装值,该寄存器分为2个8位寄存器
   #define TReloadRegL 0x2D       //描述16位长的定时器重装值
   #define TCounterValueRegH 0x2E
   #define TCounterValueRegL 0x2F
   // PAGE 3
   #define RFU30 0x30
   #define TestSel1Reg 0x31
   #define TestSel2Reg 0x32
   #define TestPinEnReg 0x33
   #define TestPinValueReg 0x34
   #define TestBusReg 0x35
   #define AutoTestReg 0x36
   #define VersionReg 0x37
   #define AnalogTestReg 0x38
   #define TestDAC1Reg 0x39
   #define TestDAC2Reg 0x3A
   #define TestADCReg 0x3B
   #define RFU3C 0x3C
   #define RFU3D 0x3D
   #define RFU3E 0x3E
   #define RFU3F                               0x3F

   #define MI_ERR 0xFE

   #define MI_OK 0
   #define MI_CHK_OK 0
   #define MI_CRC_ZERO 0

   #define MI_CRC_NOTZERO 1

   #define MI_NOTAGERR 0xFF
   #define MI_CHK_FAILED 0xFF
   #define MI_CRCERR 0xFE
   #define MI_CHK_COMPERR 0xFE
   #define MI_EMPTY 0xFD
   #define MI_AUTHERR 0xFC
   #define MI_PARITYERR 0xFB
   #define MI_CODEERR 0xFA

   #define MI_SERNRERR 0xF8
   #define MI_KEYERR 0xF7
   #define MI_NOTAUTHERR 0xF6
   #define MI_BITCOUNTERR 0xF5
   #define MI_BYTECOUNTERR 0xF4
   #define MI_IDLE 0xF3
   #define MI_TRANSERR 0xF2
   #define MI_WRITEERR 0xF1
   #define MI_INCRERR 0xF0
   #define MI_DECRERR 0xEF
   #define MI_READERR 0xEE
   #define MI_OVFLERR 0xED
   #define MI_POLLING 0xEC
   #define MI_FRAMINGERR 0xEB
   #define MI_ACCESSERR 0xEA
   #define MI_UNKNOWN_COMMAND 0xE9
   #define MI_COLLERR 0xE8
   #define MI_RESETERR 0xE7
   #define MI_INITERR 0xE7
   #define MI_INTERFACEERR 0xE7
   #define MI_ACCESSTIMEOUT 0xE5
   #define MI_NOBITWISEANTICOLL 0xE4
   #define MI_QUIT 0xE2

   #define MI_RECBUF_OVERFLOW 0xCF
   #define MI_SENDBYTENR 0xCE

   #define MI_SENDBUF_OVERFLOW 0xCC
   #define MI_BAUDRATE_NOT_SUPPORTED 0xCB
   #define MI_SAME_BAUDRATE_REQUIRED 0xCA

   #define MI_WRONG_PARAMETER_VALUE 0xC5

   #define MI_BREAK 0x9E
   #define MI_NY_IMPLEMENTED 0x9D
   #define MI_NO_MFRC 0x9C
   #define MI_MFRC_NOTAUTH 0x9B
   #define MI_WRONG_DES_MODE 0x9A
   #define MI_HOST_AUTH_FAILED 0x99

   #define MI_WRONG_LOAD_MODE 0x97
   #define MI_WRONG_DESKEY 0x96
   #define MI_MKLOAD_FAILED 0x95
   #define MI_FIFOERR 0x94
   #define MI_WRONG_ADDR 0x93
   #define MI_DESKEYLOAD_FAILED 0x92

   #define MI_WRONG_SEL_CNT 0x8F
   #define MI_RC531_WRONG_READVALUE 0x8E
   #define MI_WRONG_TEST_MODE 0x8C
   #define MI_TEST_FAILED 0x8B
   #define MI_TOC_ERROR 0x8A
   #define MI_COMM_ABORT 0x89
   #define MI_INVALID_BASE 0x88
   #define MI_MFRC_RESET 0x87
   #define MI_WRONG_VALUE 0x86
   #define MI_VALERR 0x85

   #define               HIGH           1
   #define               LOW               0

   uint8_t   charPcdRequest(unsigned char req_code,unsigned char *pTagType);   //寻卡函数
   void SetBitMask(uint8_t reg,uint8_t mask);
   void   ClearBitMask(uint8_t reg,uint8_t mask);
   uint8_t ReadRawRC(uint8_t Addr);
   void WriteRawRC(uint8_t Addr, uint8_t Data);

   uint8_t charPcdAnticoll(unsigned char *pSnr);
   int8_t PcdComMF522(uint8_t Command,
uint8_t *pIn ,
uint8_t InLenByte,
uint8_t *pOut ,
uint32_t *pOutLenBit);
   int8_t PcdReset(void);
   void InitRc522(void);
   int8_t M500PcdConfigISOType(uint8_t type);
   void PcdAntennaOff(void);
   void PcdAntennaOn(void);

   uint32_t Rc522_read_uid(void);


#ifdef __cplusplus
}
#endif

#endif

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