CN102064856A

CN102064856A - 数据传输方法及装置

Info

Publication number: CN102064856A
Application number: CN2010105216485A
Authority: CN
Inventors: 李蔚; 俞军; 张纲
Original assignee: Shanghai Fudan Microelectronics Co Ltd
Current assignee: Shanghai Fudan Microelectronics Co Ltd
Priority date: 2010-10-27
Filing date: 2010-10-27
Publication date: 2011-05-18
Anticipated expiration: 2030-10-27
Also published as: CN102064856B

Abstract

本发明涉及近场通讯中非接触前端模块与安全模块之间的数据传输方法及装置。其中，数据传输方法，包括步骤：非接触前端模块将从非接触识别设备获取的第一数据通过单线连接透传至安全模块；所述安全模块将所述第一数据处理后形成第二数据；非接触前端模块将从通过所述单线连接安全模块获取的第二数据透传至非接触识别设备。与现有技术相比，本发明提供的数据传输方法，可以在非接触前端模块和安全模块之间实时传输非接触数据，因而安全模块可以在模拟PICC的过程中直接响应PCD发出的指令，从而使非接触前端模块完全变成透明传输通道，避免了现有技术中的时序兼容性问题，也克服了非接触前端模块保存UID所带来的安全问题。

Description

数据传输方法及装置

技术领域

本发明涉及近场通讯技术领域，特别涉及近场通讯中非接触前端模块与安全模块之间的数据传输方法及装置。

背景技术

基于移动通讯设备的移动非接触应用是目前技术和市场都比较活跃的应用领域，其中以近场通讯(Near Field Communication，NFC)技术为典型代表。近场通讯技术经过几代的发展，其相关的技术标准和应用规范(例如ISO18092以及ISO21481)越来越成熟，但是相关产品进入市场的进程却比预期要缓慢很多。除了近场通讯技术涉及的产业链长，导致应用模式和商务模式较为复杂的原因外，现有的解决方案中采用的单线通讯协议(SWP)对已存在非接触应用系统的技术兼容性不佳，是技术层面上的主要障碍。关于SWP的技术细节，在公开号为CN 101103582A的中国专利申请中有详细描述。

另一方面，电子支付业务已经深入了我们的生活，给我们带来了诸多的便利，特别是在固定营业场所，基于非接触智能卡(PICC)的电子支付业务形成了成熟的技术和稳定的市场。随着应用的发展，希望将PICC应用与移动通讯设备相结合的需求开始出现：人们希望PICC上有显示功能，可以查询显示卡片内部的数据；人们希望PICC有通讯功能，可以和后台服务器进行通讯，实现例如电子钱包的远程充值功能。换而言之，人们希望手机就是PICC。所以，2004年出现了基于NFC的将非接触智能卡、非接触智能卡读写器与手机终端结合在一起的全新产品。

经过技术开发以及标准化工作，NFC相关的技术标准和应用规范已经成熟了很多，但是基于该技术的产品却迟迟没有进入市场。其中一个主要的制约因素是NFC设备尽管在功能上实现了PICC的模拟，但无法保证完全体现PICC的特性。特别是应用上兼容原系统中使用的PICC的特性，导致一些已经在运营且影响巨大的非接触应用市场的进入门槛变高。如公共交通系统、小额支付系统等，往往需要对其已部署的识读设备(POS)进行改造，由此带来高额的改造成本和商务成本。而NFC终端是一个需要全新设计的产品，在无成熟的应用环境的情况下，终端设备制造商推出支持NFC功能的手机终端的动力不足，导致该技术的实际应用推广进展缓慢。

NFC本质上是一个PICC的应用，无非是智能卡的载体发生了变化。从结构化的角度出发，近场通讯的实现方案采用的是双模块架构，如图1所示，即非接触前端(Contactless Front，CLF)模块和安全模块(Security Element，SE)的组合架构。其中CLF模块负责处理非接触射频接口和通讯协议，SE负责处理智能卡的应用和数据管理。采用这种设计架构的优点在于：

1)CLF与SE双模块架构，容易实现机卡分离。CLF集成在终端上，实现完整的非接触射频接口；而智能卡应用涉及诸多安全要求，需要发行管理而后才进入应用环节，SE从近场通讯终端上分离，可以独立于终端之外单独发行，管理上容易保持与现有系统的一致。

2)智能卡往往是封闭应用环境，不同地区不同应用之间，即使是同一款智能卡，其初始化配置也会不同。CLF与SE架构，通用近场通讯终端可与不同的SE搭配实现不同的应用需求。

3)CLF及其射频天线集成在终端上，易于实现一致性的非接触接口性能。

近场通讯终端实现非接触智能卡模拟功能，由CLF和SE联合完成，CLF与SE之间需要定义连接接口。在近场通讯终端方案上，通常SE由SIM卡实现，其接口是单线协议(Single Wire Protocol，SWP)接口，图2表示了该方案结构。支持SWP接口的SIM卡安全模块，称为SWP SIM。SWP SIM卡利用SIM卡的C6引脚与CLF模块进行通讯，实现近场通讯功能。

基于近场通讯实现非接触智能卡模拟功能，其标准ISO18092是架构在非接触智能卡基础标准ISO14443之上的。由于SWP接口定义了完整的一套通讯协议，在SE和CLF之间传输ISO14443协议数据包时，需要将ISO14443协议数据转换成符合SWP协议的数据包，增加逻辑链路控制(LLC)层及介质访问控制(MAC)层，组成SWP数据帧，如图3所示。

而遵循ISO18092或ISO14443的帧数据转化成CLT帧时，会增加SOF，LLC control field，CRC16，EOF共5字节数据。在SWP的速度为848K的条件下，理想收发的最小延时也要大于113μs。随着应用数据的增多，延迟时间也随之增多。

ISO14443-4定义的非接触应用层协议，对响应时间没有严格规定。因此SWP接口可以实现PICC模拟功能，但要求非接触识别设备(PCD)等待响应的超时设置相对长一些，否则会发生兼容性问题。这是SWP接口面临的第一个问题。

根据ISO14443-3的规定，针对寻卡、唤醒、防冲突、选卡几条指令，PICC对PCD的最小响应时间是1172/Fc(Fc为外部场时钟频率，为13.56MHz)，换算为时间约86μs。即使将SWP接口速度提至标准的极限，再加上模块的数据处理时间，也远大于86μs，因而这些指令也无法通过SWP接口及时完成。因此在已出现的近场通讯解决方案中，ISO14443-3的指令由CLF直接响应，当进入ISO14443-4层协议时，再通过SWP接口由SE对PCD响应。

这样实现的PICC模拟功能，除了稍微增加了一些延时之外，功能上与普通PICC表现一致。但其背后隐含着另一个比较严重的问题。ISO14443-3定义的几条指令会处理卡片的唯一识别码(UID)。UID在非接触应用系统中非常重要，通常是一卡一密模式下密钥分散的因子，并且非常多的应用系统中以UID作为卡片的识别标志。当由CLF完成ISO14443-3协议时，是CLF回答UID给PCD，必然要求SWP SIM卡在放入近场通讯终端时，通过同步操作事先将SWP SIM卡的UID传送至CLF并保存。普通IC卡的UID在出厂后是不允许被改动的，并且各IC卡厂商和运营商制定了多种管理办法来保证UID的唯一性。由于机卡分离的结构，近场通讯终端可能被置入不同的SWPSIM卡，这意味着CLF的UID必定是可被改写的。当UID可被改写后，UID的唯一性管理将面临重大挑战，会导致一些应用系统的帐务管理发生混乱，并降低系统的安全性，使得例如克隆卡的难度降低。

综上，尽管SWP SIM已经成为近场通讯的一种主流解决方案，相应的技术标准也制定出台，但SWP接口存在的延时问题和衍生的UID管理问题，对近场通讯将来的发展会有一定的影响，需要有一种更有效的解决方案。

发明内容

本发明中实施方式所要解决的技术问题是：如何降低近场通讯终端中CLF与SE之间的通讯延时，进而解决SE中的UID保存在CLF中所产生的安全性问题和时序兼容性问题。

为解决上述技术问题，本发明中的一个实施方式提供一种数据传输方法，包括步骤：非接触前端模块将从非接触识别设备获取的第一数据通过单线连接透传至安全模块；所述安全模块将所述第一数据处理后形成第二数据；非接触前端模块将通过所述单线连接从安全模块获取的第二数据透传至非接触识别设备。

可选地，还包括步骤：所述非接触前端模块通过射频信号从非接触识别设备获取经调制的第一数据。

可选地，还包括步骤：非接触前端模块中的时钟恢复及解调电路模块产生的场时钟信号和解调出的第一数据信号经逻辑处理产生包含完整的实时非接触信息的编码信号后透传至安全模块。

可选地，还包括步骤：所述非接触前端模块通过射频信号将第二数据传输至非接触识别设备。

可选地，还包括步骤：非接触前端模块将所述第二信号调制后传输至非接触识别设备。

可选地，其特征在于：所述的透传为实时传输。

可选地，所述非接触前端模块与所述安全模块之间传输的信号，与所述非接触前端模块与所述非接触识别设备之间传输的信号同步。

本发明的另一实施方式中，提供一种数据传输装置，包括非接触前端模块和与所述非接触前端模块单线连接的安全模块，其特征在于：所述非接触前端模块适于在所述安全模块与外部非接触识别设备之间透传数据。

可选地，所述的透传为实时传输。

可选地，所述非接触前端模块与所述安全模块之间传输的信号，与所述非接触前端模块与所述外部非接触识别设备之间传输的信号同步。

可选地，所述非接触前端模块的固定延时满足非接触标准规定的非接触识别设备至非接触集成电路卡帧延时时间的要求。

可选地，所述非接触前端模块包括第一信号产生模块和第二信号解调模块，所述安全模块包括第一信号解调模块和第二信号产生模块，所述第一信号产生模块的输出端、第二信号解调模块的输入端、第一信号解调模块的输入端和第二信号产生模块的输出端形成电连接。

可选地，所述第一信号产生模块包括时钟恢复及解调电路和逻辑处理电路，所述时钟恢复及解调电路的两个输出端分别连接至逻辑处理电路的两个输入端，所述逻辑处理电路的输出端为第一信号产生模块的输出端。

可选地，所述安全模块还包括主处理模块，所述第一信号解调模块的输出端与所述主处理模块的输入端连接，所述主处理模块的输出端与所述第二信号产生模块的输入端连接。

与现有技术相比，本发明提供的数据传输方法，可以在CLF和SE之间实时传输非接触数据。CLF和SE组合在一起实现PICC的功能，因此CLF和SE之间的接口引起的延时，小于PCD帧数据结束至PICC帧数据开始的最小约定。正是这种实时性特点，使得CLF-SE架构模拟的PICC时序特性与标准PICC时序特性完全一致，解决了应用兼容性问题。

本发明也解决了UID管理问题，使得UID不必预先由SE转存至CLF，而是由SE直接回复。这种实时传输非接触界面接收和应回发的数据，接口传输延时被严格限制，SE可以在模拟PICC的过程中直接响应PCD发出的指令，从而使CLF完全变成透明传输通道，进而让近场通讯解决方案实现机卡分离和非接触兼容性良好统一。

第三，本发明中的数据传输装置将接口严格限定在一个引脚上，这样可与SWP标准共用一个SIM卡引脚，支持SIM卡做SE且不与其他已有标准形+成冲突。另外，单线接口的额外好处是扩展容易，除了SIM卡SE外，可以轻易扩充为多路接口，支持多路SE，形成机卡分离、多卡多用的架构。

此外，本发明可以直接采用非接触标准(例如ISO14443)通讯协议，可以成为一种可行及高效的非接触传输标准。

附图说明

通过附图中所示的本发明的优选实施例的更具体说明，本发明的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。

图1为现有技术中非接触前端模块和安全模块的组合架构示意图；

图2为现有技术中非接触前端模块和安全模块的连接示意图；

图3为现有技术中SWP数据帧的结构示意图；

图4为本发明一个实施例中数据传输装置的结构示意图；

图5为本发明一个实施例中数据传输方法的流程图；

图6为本发明又一个实施例的数据传输方法。

具体实施方式

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。

下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

本发明一个实施例中数据传输装置的结构示意图如图4所示，该数据传输装置100，包括非接触前端模块101和与非接触前端模块101单线连接的安全模块102。

其中，非接触前端模块101负责处理非接触射频接口和通讯协议。非接触前端模块101通过与其连接的天线103一起组成了与PCD进行通讯的接口。这一接口可以通过射频传输的方式以ISO14443这一标准通讯协议实现命令和数据的收发。

安全模块102负责处理模拟PICC的各种应用，包括处理寻卡应答命令、防冲突命令及选卡命令等等。安全模块102还负责数据管理和处理，例如UID的管理和其他应用数据的处理。

由于处理模拟PICC的各种应用和数据管理都由安全模块102处理，因此避免了现有技术中，UID等保密信息保存在CLF中所带来的诸多安全隐患等问题。

非接触前端模块101包括第一信号产生模块111、第二信号解调模块112、负载调制电路113、整流电路114、电源稳压电路115和其他电路116。天线103的输出端与第一信号产生模块111的输入端连接。而在非接触前端模块101的内部，第一信号产生模块111的输出端与第二信号解调模块112的输入端连接；第二信号解调模块112的输出端与负载调制电路113的输入端连接。最后，负载调制电路113的输出端通过开关电路(未标注)等与天线103的输入端连接。其他电路116可以控制电源稳压电路115来控制整流电路为整个数据传输装置100提供电源。为表示方便，图4中的其他电路116与第一信号产生模块111和负载调制电路113的连接关系未画出。

第一信号产生模块111的作用是将天线103接收过来的信号进行解调和简单电学处理。第一信号产生模块111包括时钟恢复及解调电路1111和逻辑处理电路1112，逻辑处理电路1112实时处理输入的时钟和解调信号，产生适合单线传输的、具备全部非接触信息的、与外部非接触信号同步的编码信号。时钟恢复及解调电路1111有两个输出端，分别输出时钟恢复信号和解调后所产生的信号，例如Miller信号。而逻辑处理电路1112有两个输入端。时钟恢复及解调电路1111的两个输出端分别和逻辑处理电路1112的两个输入端连接。逻辑处理电路1112的输出端即成为整个第一信号产生模块111的输出端。

安全模块102包括第一信号解调模块121、主处理模块122和第二信号产生模块123。第一信号解调模块121的输出端与主处理模块122的输入端连接；主处理模块122的输出端与所述第二信号产生模块123的输入端连接。

安全模块102中第一信号解调模块121的输入端和第二信号产生模块123的输出端连接后，与非接触前端模块101的第一信号产生模块111的输出端和第二信号解调模块112所形成的连接，形成单线连接。

上述结构，可以执行一种新的数据传输方法，用来降低非接触前端模块101与安全模块102之间数据传输的延时，从而实现非接触前端模块101在安全模块102和PCD之间的数据透传。

根据本发明的另一个实施方式，提供一种数据传输方法，如图5所示，包括步骤：

S201，非接触前端模块101将从非接触识别设备获取的第一数据通过单线连接透传至安全模块102；

S202，安全模块102将第一数据处理后形成第二数据；

S203，非接触前端模块101将通过同一单线连接从安全模块102获取的第二数据透传至非接触识别设备。

根据本发明的另一个优选的实施例，提供一种数据传输方法，如图6所示，包括步骤：

S301，所述非接触前端模块101通过射频信号从非接触识别设备获取经调制的第一数据信号；

S302，非接触前端模块101对第一数据信号解调后与场时钟信号进行逻辑处理；

S303，非接触前端模块101将处理后的第一数据通过单线连接传输至安全模块102；

S304，安全模块102将第一数据处理后形成第二数据；

S305，安全模块102将第二数据通过同一单线连接传输至非接触前端模块101；

S306，非接触前端模块101对第二数据进行解调；

S307，非接触前端模块101对第二数据进行调制；

S308，非接触前端模块101通过射频信号将调制后的第二数据传输至非接触识别设备。

下面对上述方法进行详细解释。

首先执行步骤S301，所述非接触前端模块101通过射频信号从非接触识别设备(PCD)获取经调制的第一数据信号。非接触识别设备输出和接收的信号都是符合一定的标准，例如ISO14443标准的调制信号。这样的调制信号可以通过射频传输的方式由天线103所接收。

接着执行步骤S302，非接触前端模块101对第一数据信号解调后与场时钟信号进行逻辑操作。非接触前端模块101内的时钟恢复及解调电路1111可以分别输出场时钟信号和经解调出的例如Miller包络信号。非接触前端模块101内的逻辑与电路1112再将场时钟信号和调制出的信号进行经逻辑操作处理。处理后产生的信号与PCD送出的场信号类似的逻辑信号。

然后执行步骤S303，非接触前端模块101将处理后的第一数据通过单线连接传输至安全模块102。

因此，从非接触前端模块101发往安全模块102的信号与PCD送出的场信号是符合同一标准(例如ISO14443标准)的信号。也就是说，非接触前端模块101并没有像现有技术那样，对第一数据进行再次打包形成符合其他标准(例如SWP标准)的信号。因此非接触前端模块101在PCD与安全模块102之间形成了一个“透明”的通道。使得数据从PCD到安全模块102之间的传输是透传。这样的透传模式，免去了对第一数据的再次打包和经过打包后数据量增加所带来的传输延时问题，因而可以直接用安全模块102响应PCD的所有命令和处理所有模拟PICC功能的数据，进而避免了现有技术中由CLF处理部分PCD命令所带来的保存UID的安全问题。

并且，非接触前端模块101与安全模块102之间仍然采用单线连接，避免了对现有的SIM卡用作安全模块102进行改动。

接着执行步骤S304，安全模块102将第一数据处理后形成第二数据。这一步包括安全模块102中的第一信号解调电路121将步骤S302所调制的第一数据进行解调；安全模块102中的主处理电路122响应PCD的命令产生第二数据，包括执行模拟PICC所需输出至PCD的数据；安全模块102中的第二信号产生电路对第二数据进行调制。

然后执行步骤S305，安全模块102将第二数据通过同一单线连接传输至非接触前端模块101。这一步是也是通过安全模块102与非接触前端模块101之间的单线连接来传输。

接着执行步骤S306，非接触前端模块101对第二数据进行解调。这一步即将安全模块102模拟PICC所调制的第二数据进行解调，以用于后续对第二数据进行再次调解来符合传输至PCD的要求。

再执行步骤S307，非接触前端模块101对第二数据进行调制。这一步即将第二数据调制成PCD可通过射频接收的信号。

在处理从安全模块102回传至PCD的第二数据过程中，非接触前端模块101仅对第二数据进行简单的解调和调制，而非现有技术中对打包的SWP帧数据进行解包。因而非接触前端模块101在传输从安全模块102至PCD的第二数据也是以透传的形式进行，避免了现有技术中对SWP帧数据解包所带来的时滞问题。

最后执行步骤S308，非接触前端模块101通过射频信号将调制后的第二数据传输至非接触识别设备。

从步骤S301至步骤S308即完成了CLF-SE架构完全模拟PICC的整个过程。

上述实施例中所提供的数据传输方法和数据传输装置中，透传数据的传输具备实时特性，在CLF与SE之间传输的信号保持与外部PCD传输信号同步。其引入的固定延时满足非接触标准规定的非接触识别设备至非接触集成电路卡的帧延时的时间要求。

虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人体员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims

1.一种数据传输方法，其特征在于，包括步骤：

非接触前端模块将从非接触识别设备获取的第一数据通过单线连接透传至安全模块；

所述安全模块将所述第一数据处理后形成第二数据；

非接触前端模块将通过所述单线连接从安全模块获取的第二数据透传至非接触识别设备。

2.如权利要求1所述的数据传输方法，其特征在于，还包括步骤：所述非接触前端模块通过射频信号从非接触识别设备获取经调制的第一数据。

3.如权利要求2所述的数据传输方法，其特征在于，还包括步骤：非接触前端模块中的时钟恢复及解调电路模块产生的场时钟信号和解调出的第一数据信号经逻辑处理产生包含完整的实时非接触信息的编码信号后透传至安全模块。

4.如权利要求1所述的数据传输方法，其特征在于，还包括步骤：所述非接触前端模块通过射频信号将第二数据传输至非接触识别设备。

5.如权利要求4所述的数据传输方法，其特征在于，还包括步骤：非接触前端模块将所述第二信号调制后传输至非接触识别设备。

6.如权利要求1所述的数据传输方法，其特征在于：所述的透传为实时传输。

7.如权利要求1所述的数据传输方法，其特征在于：所述非接触前端模块与所述安全模块之间传输的信号，与所述非接触前端模块与所述非接触识别设备之间传输的信号同步。

8.一种数据传输装置，包括非接触前端模块和与所述非接触前端模块单线连接的安全模块，其特征在于：所述非接触前端模块适于在所述安全模块与外部非接触识别设备之间透传数据。

9.如权利要求8所述的数据传输装置，其特征在于：所述的透传为实时传输。

10.如权利要求8所述的数据传输装置，其特征在于：所述非接触前端模块与所述安全模块之间传输的信号，与所述非接触前端模块与所述外部非接触识别设备之间传输的信号同步。

11.如权利要求8所述的数据传输装置，其特征在于：所述非接触前端模块的固定延时满足非接触标准规定的非接触识别设备至非接触集成电路卡帧延时时间的要求。

12.如权利要求8所述的数据传输装置，其特征在于：所述非接触前端模块包括第一信号产生模块和第二信号解调模块，所述安全模块包括第一信号解调模块和第二信号产生模块，所述第一信号产生模块的输出端、第二信号解调模块的输入端、第一信号解调模块的输入端和第二信号产生模块的输出端形成电连接。

13.如权利要求12所述的数据传输装置，其特征在于：所述第一信号产生模块包括时钟恢复及解调电路和逻辑处理电路，所述时钟恢复及解调电路的两个输出端分别连接至逻辑处理电路的两个输入端，所述逻辑处理电路的输出端为第一信号产生模块的输出端。

14.如权利要求12所述的数据传输装置，其特征在于：所述安全模块还包括主处理模块，所述第一信号解调模块的输出端与所述主处理模块的输入端连接，所述主处理模块的输出端与所述第二信号产生模块的输入端连接。