NFC技術(shù)的出現(xiàn)改變了人們使用某些電子設備的方式，甚至改變了信用卡、現(xiàn)金和鑰匙的使用方式，它可以應用在手機等便攜型設備上，實現(xiàn)安全的移動支付和交易、簡便的端到端通信、在移動中輕松接入等功能。隨著智能手機的快速興起，NFC與智能手機的結(jié)合將很大程度上促進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NFC必定被廣泛應用。

　　這個技術(shù)由非接觸式射頻識別（RFID）演變而來，由飛利浦半導體（現(xiàn)恩智浦半導體）、諾基亞和索尼共同研制開發(fā)，其基礎是RFID及互連技術(shù)。近場通信是一種短距高頻的無線電技術(shù)，在13.56MHz頻率運行于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。近場通信已通過成為ISO/IEC IS 18092國際標準、EMCA-340標準與ETSI TS 102 190標準。NFC采用主動和被動兩種讀取模式。

　　NFC技術(shù)原理

　　支持NFC的設備可以在主動或被動模式下交換數(shù)據(jù)。在被動模式下，啟動NFC通信的設備，也稱為NFC發(fā)起設備（主設備），在整個通信過程中提供射頻場（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)送到另一臺設備。另一臺設備稱為NFC目標設備（從設備），不必產(chǎn)生射頻場，而使用負載調(diào)制（load modulation）技術(shù)，即可以相同的速度將數(shù)據(jù)傳回發(fā)起設備。此通信機制與基于ISO14443A、MIFARE和FeliCa的非接觸式智能卡兼容，因此，NFC發(fā)起設備在被動模式下，可以用相同的連接和初始化過程檢測非接觸式智能卡或NFC目標設備，并與之建立聯(lián)系。圖為NFC主動通信模式：

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　 ? bcm20793的NFC模塊電路設計

　　本文采用博通BCM20793 NFC芯片并結(jié)合S3C6410主控制器，設計了具有主動模式和被動模式的NFC閱讀器，主要針對硬件和驅(qū)動進行了設計。

　 ? 硬件設計

　　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，負責射頻信號的調(diào)制解調(diào)工作）三部分組成。本設計采用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、低價格的設備設計的。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，兼容多種通信標準。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、高性價比，可以運行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時鐘線、NFC_I2C_REQ中斷、 NFC_REQ_PU使能、HOST_WAKE喚醒，NFC_CLK_REQ時鐘使能，I2C物理通信地址是0x77，時鐘信號由19.2 MHz外接晶振提供、NFC電路原理圖如圖3所示。

　　NFC驅(qū)動分析

　　設備樹分析

　　本設計內(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版本采用設備樹來對驅(qū)動設備進行統(tǒng)一管理，以方便設備的管理。NFC采用I2C總線的連接方式與CPU相連接，驅(qū)動只負責數(shù)據(jù)的發(fā)送接收，上層負責數(shù)據(jù)的解析工作。

　　下面是BCM2079x的設備樹節(jié)點配置信息，包括：I2C總線的通信地址為0x77，中斷為34號，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，在加載驅(qū)動程序時，首先會匹配該字段，如果相等則調(diào)用probe函數(shù)進行相關(guān)的初始化工作。

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

　　驅(qū)動程序中的bcm2079x_matcn_table結(jié)構(gòu)體負責和設備樹進行匹配，在系統(tǒng)初始化階段，就會匹配設備樹里的.compatible屬性是否在驅(qū)動中有相同的名字，本驅(qū)動中是broadcom，bcm2079x_i2c，若匹配成功就會調(diào)用驅(qū)動程序的probe函數(shù)進行初始化工作。

　　在驅(qū)動程序中，bcm2079x_parse_dt負責解析設備樹的代碼，以下為設備樹解析關(guān)鍵代碼，分別獲取中斷、使能、喚醒引腳。

　　驅(qū)動初始化分析

　　內(nèi)核加載驅(qū)動模塊的時候，系統(tǒng)會調(diào)用bcm2079x_dev_init（）函數(shù)，該函數(shù)內(nèi)部嵌套了i2c_add_driver（），用來完成 bcm2079x_driver結(jié)構(gòu)體的注冊，系統(tǒng)就會自動探測驅(qū)動設備，通過比較設備樹中是否有 compatible=“broadcom，bcm2079x_i2c”鍵值對來判斷設備是否存在。如果存在，則會注冊I2C設備相關(guān)信息，創(chuàng)建i2c- client，執(zhí)行probe函數(shù)，在probe函數(shù)里去解析設備樹里面配置的引腳，初始化中斷、分配內(nèi)存空間以及初始化互斥鎖、等待隊列等，并向系統(tǒng)將驅(qū)動注冊為misc驅(qū)動，然后向系統(tǒng)注冊中斷。流程圖如圖4所示。

　　驅(qū)動運行機制

　　當用戶空間調(diào)用open打開/dev/bcm2079x設備節(jié)點時，通過ioctl機制調(diào)用驅(qū)動程序的ioctl，實現(xiàn)設備的使能與喚醒;然后調(diào)用Poll函數(shù)實現(xiàn)周期性的檢測，以降低設備的功耗，當有設備或卡片接近NFC設備時，NFC就會產(chǎn)生中斷，從而喚醒設備，用戶空間就可以通過調(diào)用read函數(shù)實現(xiàn)I2C數(shù)據(jù)的讀取。運行機制如圖5所示。

　 ? 測試結(jié)果分析

　　NFC設備平時處于休眠狀態(tài)，設備也會發(fā)出探測脈沖，此時處于低功耗狀態(tài)，當有卡片或NFC設備接近NFC設備時，就會產(chǎn)生中斷喚醒設備，NFC設備就會連續(xù)地發(fā)出探測脈沖，此時NFC工作在正常工作模式。

　　圖6是用頻譜分析儀觀測到的探測脈沖信號，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認證中針對NFC頻段的射頻測試要求的13 553～13 567 MHz的調(diào)制帶寬限值。

　　當將Tag1小卡貼近NFC天線時，可以讀出卡內(nèi)的二進制信息，圖7為卡內(nèi)信息。

　　用設備分別測試Tag1、Tag2、Tag3、Tag4，其可識別距離最遠為49 mm、45 mm、29 mm、21 mm，識別成功率在96%以上，測量結(jié)果如表1所列。

　　以上測試表明，NFC模塊可以識別多種類型的卡片，可識別距離最大為49 mm，滿足NFC設計要求。該模塊穩(wěn)定、可靠、識別率高，可集成到移動支付、票務、門禁、防偽等不同系統(tǒng)中。