高频RFID读/写实验成果

1.实验目的

本实验介绍如何使用高频手持机对符合ISO 14443TypeA标准的13.56MHz的高频RFID卡片进行信息写入和信息读出的操作，并通过一个电子钱包实例的讲解使读者对高频RFID有一个初步的了解，熟悉和掌握高频RFID卡片的特点，为今后开发基于高频RFID的应用做准备。

2.实验设备

（1）硬件

● RFID实验硬件（IOT-RFID）1套。

● ISO 14443A标准的电子标签1个。

（2）软件

● 高频手持机RFID读卡与电子钱包程序。

3.实验原理

ISO 14443TypeA标准的卡片类型较多，本实验以飞利浦Mifare One S50非接触式卡片为例，演示如何对该卡片进行查询、读卡、写卡等基本操作。在进行实验前，建议先阅读ISO 14443TypeA标准，对其原理和过程有大致的了解。

在进行写卡操作前，需要了解所要操作卡的卡结构，否则容易造成锁卡，导致部分扇区无法使用。飞利浦Mifare One S5卡片有如下结构：

1）卡片共分16个扇区，扇区编号为0～15，每个扇区分4块存储区，块号为0～3。其中用户可操作区域为扇区0中的1～3块，扇区1～15中的0～3块。

2）在卡中每块可以保存16字节数据，在扇区0中数据可以保存在1、2块中，共保存2×16字节数据，扇区1～15中数据可以保存在0～2中，共保存3×16字节数据。

3）每个扇区中有3块用于保存该扇区的密钥信息。

在操作飞利浦Mifare One S5卡片时，有如下注意事项：

1）在扇区0中0块为只读块保存卡片基本信息，不可进行写操作。

2）每个扇区中有3块用于保存该扇区的密钥信息，如果更改内容请将更改后的扇区密钥记录，如果遗忘扇区密钥，会导致该扇区不能使用，无法读取扇区中的数据以及对该扇区进行写数据操作。

下面结合一个电子钱包的代码实例，说明如何实现卡片的查询和读写操作。电子钱包是一种常见的基于RFID的电子支付手段，通常用于校园、交通等小额支付场景。本实验实现一个基本的电子钱包的演示程序。该程序具有卡片查询、初始化、余额查询、充值、消费等基本功能。下面对这5个函数接口进行介绍。

卡片的查询是RFID卡片的一项基本操作，是指查询手持机读卡范围内有无卡片，有什么类型的卡片，具体函数如下：

相关参数如下：

bMode为查询卡的模式；x52为QUERY_ALL；x26为QUERY_IDLE；

pszData为返回查询到的卡数据，第1个字节为状态，x00表示有卡，x01表示无卡；第2个字节为卡类型，x01 Mifare Light；x04 Mifare Ultra Light；x08 Mifare Standard S50；x10 Mifare Plus S70；第3、4字节为卡的ATQ；第5～8字节为查到的卡号。

该函数成功返回数据的长度，失败则返回0。

电子钱包金额初始化函数以A密钥认证方式初始化块金额。该函数是将要初始化的金额数据进行转换，存储到指定块的某一字节中，取值的时候再转换回来。而写卡是存储指定块的指定字节，这是两者的区别。UpdateData函数的功能是更新控件关联的变量。相关函数原型如下：

该函数的参数如下：

nSector为扇区号；

nBlock为块号；

pszKey为扇区密钥；

iKeyLen为扇区密钥长度；

pszData为初始化钱包里的金额；

iDataLen为金额数据的长度。

该函数成功返回1，失败则返回0。电子钱包充值、扣款以及余额查询的函数参数与初始化函数类似，其原型分别为：

下面结合手持机上后台程序的代码，简单介绍如何使用上述函数操作RFID卡片。(www.xing528.com)

卡片查询是进行卡片其他操作的前提，主要是查询卡片是否存在，并获得卡片序列号（CSN）。主要查询过程如下：

电子钱包初始化主要完成钱包金额的设定，即将变量m_money所保存的初始化金额进行格式转换并写入卡片，相关的代码如下：

电子钱包充值增加钱包的金额，具体过程与初始化类似，代码如下：

电子钱包的消费过程与充值过程相反，即减去钱包中相应的金额，相关代码如下：

余额查询是最常用的一个操作，即读取RFID卡片中的金额数目，相关的代码如下：

4.实验内容

熟悉ISO1 4443TypeA标准，了解RFID相关基础知识和RFID卡片构造，以及存储和访问方式。

掌握手持机上高频手持机RFID读卡和电子钱包程序的操作，并能够使用手持机对13.56MHz卡片进行操作。

5.实验步骤

1）启动手持机上的RFID读卡与电子钱包程序。

2）将卡放置读卡区（设备背板后面）。在“Key”文本框中输入14443A密码。单击“Sector”下拉列表框的下拉按钮，可以选择扇区号（0～15），共有16个扇区。

3）选择完扇区后单击“Read”按钮可以进行14443A读卡操作，读到的数据会显示在下面的列表框中，读到的卡数据以十六进制显示，Block列显示块号，Data列显示读取到块中的数据，每个扇区有4个块，这里只读（0～2）3块。双击要进行电子钱包操作的块号（这里选择Block3）就可以打开电子钱包操作程序界面——14443A_WRITE_MONEY对话框，如图3-20所示。

4）钱包初始化。在“Purse”文本框中输入要初始化的金额。单击“Initialize”按钮进行初始化操作，操作成功在下面的状态栏会提示初始化成功。

5）余额查询。单击“Readval”按钮，查询成功后余额会显示在“Purse”文本框中。

6）钱包充值。进入14443A_WRITE_MONEY对话框，先在“Purse”文本框中输入充值金额。单击“Increment”按钮，充值成功后在窗口下方的状态显示区会提示充值成功，充值完成后可以单击“Readval”按钮查询余额。

图3-20 电子钱包操作程序界面

7）钱包消费。在“Purse”文本框中输入要扣值的数额，单击“Decrement”按钮进行扣值操作，扣值成功后在窗口下面的状态显示区会提示扣值成功，单击“Readval”按钮余额查询，可以看到钱包内容已经改变。

6.思考题

1）卡片为何要紧贴手持机？

2）通过学习本实验，能否使用一张RFID卡片既作为饭卡，又作为公交卡？

7.补充阅读

[1]ISO/IEC 14443-1：2008 Identification cards—Contactless integrated circuit cards—Proximity cards—Part1：Physical characteristics.

[2]ISO/IEC 14443-2：2001 Identification cards—Contactless integrated circuit（s）cards—Proximity cards—Part2：Radio frequency power and signal interface.

[3]ISO/IEC 14443-3：2001Identification cards—Contactless integrated circuit（s）cards—Proximity cards—Part3：Initialization and anticollision.

[4]ISO/IEC 14443-4：2008 Identification cards—Contactless integratedcir cuitcards—Proximity cards—Part4：Transmission protocol.