Android开发之深入理解NFC(一)

深入理解NFC

NFC(Near field communication,近场通信)也叫做近距离无线通信技术。

从原理来说，NFC和wifi类似，二者都利用无线射频技术来实现设备之间的通信。

但是，和WIFI相比，NFC的工作频率为13.55Hz，有效距离为4cm，支持的传输速率有106kps、212kps和424kps三种。

1 NFC基础知识

1.1 NFC概述

NFC融合了三条主要的数据发展路线

• RFID技术路线，即无线射频识别技术
• 磁条卡技术路线
• 移动终端线路，演化了携带NFC功能的终端设备

NFC的技术框架

由图可知。

从用户角度（即Application层之上）来看，NFC有三种运行模式（operation mode）。

Reader/write模式：简称R/W，和NFC Tag/NFC Reader相关

Peer-to-Peer模式：简称P2P，它支持两个NFC设备交互。

NFC Card Emulation模式：简称CE，它能把携带NFC功能的设备模拟成Smart Card，这样就能实现诸如手机支付、门禁卡之类的功能。

1.2NFC R/W运行模式

• 左边的只能终端扮演了NFC Reader角色
• 在R/W模式中，交互操作的发起方只能是NFC Reader，因此它也称为Initiator或Active Device
• 右边的NFC Tag，由于需要NFC Reader通过电磁感应为其提供电能，所以在R/W模式中，NFC Tag只能作为交互操作的Target

NFC Forum定义了四种类型的Tag，分别为Type1，Type2，Type3和Type4.

NFC Forum定义了两个通用的数据结构用于NFC Device之间(包括R/W模式中的NFC Reader和NFC Tag)传递数据。这两个通用数据结构分别为NFC Data Exchange Format(NDEF)以及NFC Record

NFC四种不同类型的Tag有何区别

虽然NFC Tag有四种不同类型，但为了保证最大兼容性，NFC Forum建议NFC设备之间尽量使用通用数据结构NDEF和NFC Record来交换信息。

NFC R/W 模式涉及的规范较多，包括:

• NFC Reader如何与不同类型的Tag交互，这部分内容涉及非常底层的一些协议。
• NDEF和一些常用数据类型定义。

1. NDEF和NFC Record

      (1)NDEF和NFC Record之间的关系

NFC设备之间每一次交互的数据都会封装在一个NDEF Message中，而一个NDEF Message可以包含多个NFC Record，真正的数据则封装在NFC Record中。

在一个NDEF Message中，第一个NFC Record需要设置其MB位(Message Begin)为1，表示它是该消息中第一个NFC Record，最后一个NFC Record需设置ME位(Message End)位为1，表示它是此消息中最后一个NFC Record。

NFC Record分为NFC Record Header(头部信息)和Payload(数据载荷)两大部分。

Record Header 中最重要的是其第一字节。该字节有6个标志信息，分别为

• MB(Message Begin标志)
• ME(Message End标志)
• CF(Chunk Flag标志，表示该Record是否为分片Record)
• SR(Short Record标志，如果该标志被设置，则图中的4个Payload Length字段仅需一个，这表明Playload数据长度将限制在255字节以内)
• IL(ID_LENGTH标志，用于指明Header中是否包含ID Length和ID这两个字段)
• TNF(Type Name Format标志，用于指明Payload的类型，NFC Forum定义了一些常用的Payload类型)
• Type Length 指明Record Header中Type字段的长度
• Payload Length3～Payload Length0 这4个字段共同指明Payload字段的长度。如果SR标志被设置，则Record Header仅包含一个Payload length字段
• ID Length指明ID字段的长度。
• Type字段表明Payload的类型，NFC Forum定义了诸如URI、MIME等类型的Type，其目的是方便不同的应用来处理不同Type的数据，例如URI类型的数据就交给浏览器来处理。
• ID需要配合URI类型的Payload一起使用，它使得一个NFC Record能通过ID来指向另外一个NFC Record

　　(2)TNF和RTD

　　TNF用于描述一个NFC Record中数据(Payload)的类型，NFC Forum规定了一些常用的数据类型。

      

• Empty：该Record中没有数据，即相当于一个空的NFC Record
• NFC Forum Well-Known Type：由NFC Forum定义的一些较为常见的数据类型，包括URI、TEXT等，其格式遵循NFC Forum RTD(Record Type Definition)规范。
• MIME：multipurpose Internet Mail Extensions的缩写，遵循RFC2046规范。
• Absolute URI：绝对URI
• NFC Forum External Type,后面介绍
• Unknown：代表Payload中的数据类型未知。
• Unchanged：这种类型的数据用于NFC Record分片。例如一个大的数据需要通过多个NFC Record来承载，除第一个NFC Record分片外，该数据对应的其他NFC Record分片都必须设置TNF为Unchanged。

　　在TNF七大类型中，NFC Forum通过RTD规范定义了其中的WKT(Well-KnownType)和External Type两种类型。

　　简单来说，WKT就是NFC Forum自己定义的一些常用数据类型，目前常用类型如下。

　　URI Record Type:用于存储URI数据，对于Type字段取值为“U”

　　Text Record Type：用于存储文本数据，对于Type字段取值为”T”

　　Signature Record Type：用于存储数字签名数据，对于Type字段取值为“Sig”

　　Smart Poster Record Type：智能海报，用于存储与该海报相关的一些咨询信息，如图片、相关介绍等，对于Type字段取值为”Sp”。

　　Generic Control Record Type：用于传递控制信息，对于Type字段取值为“Ge”

　　External Type：为第三方组织定义的类型，目前NFC Forum没有定义相关的数据类型

2.NFC Record实例

(1)URI Record Type

URI Record Type属于NFC Forum Well-known Type的一种，其对应的Type字段取值为“U”

对于这种类型的NFC Record，其Payload组织结构

 

在URI Record Payload中，第一个字节指明URI的ID码

像http://www.nfc.com这样的信息该如何封装为一个NDEF消息

由于该NDEF消息只包含一个NFC Record，所以这个唯一的NFC Record将设置MB和ME标志位为1，由于数据量小于255字节，所以SR标志位为1.最后，该Record携带的数据属于URI类型，它为Well-Known Type 的一种，所以TNF 取值为0x01.

Type Length字段取值为0x01，对应的Type字段取值为”U”,代表URI Record Type

URI Record的介绍，这种类型Record的Payload包含ID Code和data两个部分。

ID Code取值为0x01占据1字节(代表”http://www”),而data为”nfc.com”占据7个字节，所以整个Payload长度为8字节，故Payload length字段取值为0x08.

当应用程序获取Payload信息后，将根据ID Code和Data的取值最终计算出对应的URI为http://www.nfc.com

(2)Text Record Type实例

携带“Hello World”字符串信息的NDEF消息各字段的取值情况。

至此NFC R/W运行模式介绍完毕。在R/W模式下，对应用程序而言最重要的工作就是解析NDEF消息。NFC Forum定义了七种数据类型，其中内容比较丰富的属于NFC Forum Well Known Type。