CN102222260A - 一种汽车专用的无源超高频rfid电子标签芯片及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种汽车专用的无源超高频RFID电子标签芯片及控制方法,标签芯片主要包含:射频前端、模拟前端、协议处理模块、安全模块、控制模块以及存储单元。其控制方法根据安全模块的工作模式实现电子标签芯片进行标准控制、普通安全控制和高级安全控制。本发明利用片上集成的安全模块,保障芯片和读写器间的通信安全和芯片内存中存储的数据安全;通过大容量内存和内存管理机制,实现面向多用户,提供现场直接服务的能力。该芯片可作为汽车的唯一身份标识,应用于道路交通管理领域。
Description
技术领域
本发明属于无线射频识别(RFID)技术和物联网技术领域,特别涉及一种高性能、高安全性的汽车专用无源超高频RFID电子标签芯片以及相应的控制方法。
背景技术
射频识别(RFID)技术,是物联网领域的六大基础技术之一,具有对物体信息自动识别获取、修改的功能,可以对车辆、驾驶员信息进行快速有效的识别与管理。
如果作为汽车的唯一身份标识,与车辆固联一体,应用于道路交通管理领域,RFID标签芯片就必须考虑跨领域、跨业务流程的资源型服务特性,在各个应用现场要具备独立的工作能力和服务能力,并能够满足RFID系统安全性、可靠性的要求。
目前国内外对无源超高频RFID标签芯片的应用主要集中在物流和物品管理领域,这些标签芯片定位于低成本,使用寿命短,内存容量小且不支持分区管理,读写器和标签间的通信采用明文传输,标签对读写器无认证机制。这些标签芯片采用的空中接口协议,都是采用一些通用的协议,在大规模应用中会存在隐患。上述缺陷使得现有的标签芯片无法满足道路交通管理的实际需求。
因此迫切需要一种高性能、高安全性的汽车专用无源超高频RFID电子标签芯片满足道路交通管理的实际需求。
发明内容
针对目前无源超高频RFID标签芯片无内存管理、安全性差等问题,本发明公开了一种汽车专用的无源超高频RFID电子标签芯片结构,同时还公开了该RFID电子标签芯片的控制方法。通过本发明能够解决了现有芯片存在的问题,满足在道路交通管理领域中应用的需求。
为了达到上述目的,本发明采用如下的技术方案:
一种汽车专用的无源超高频RFID电子标签芯片,所述RFID电子标签芯片包括前端,基带和存储单元三部分。
所述前端包括射频前端和模拟前端,所述射频前端接受的射频能量,将其转化为其他电路可用的直流能量,同时从接受的射频信号中恢复出读写器发送的包络信号,并将基带返回的数据信号调制输出;所述模拟前端产生芯片工作所需的工作信号,将其与由射频前端恢复出的数据信号一同送入基带进行处理;
所述基带包含协议处理模块、安全模块和控制模块,所述协议处理模块根据不同指令,从存储单元中读出或者写入相应的数据,并将这些数据传输给射频前端;所述安全模块实现数据加/解密操作和读写器与标签芯片的双向安全认证;所述控制模块控制连接协议处理模块和安全模块;
所述存储单元包含用户内存区和其他内存区,所述用户内存区分区存储各个用户的数据,所述其他内存区存储芯片的ID号、法定信息和生产信息等相关信息。
进一步的,所述安全模块在片上集成,并且在内部集成加密算法;所述安全模块在标准工作模式下关断以节省功耗,在普通安全模式下进行读写器和标签芯片的双向安全认证,在高级安全模式下进行读写器和标签芯片的双向安全认证和对读出或写入存储单元的数据进行加/解密操作。
进一步的,所述用户内存区通过执行内存管理指令来进行物理分区或者分区合并。
再进一步的,所述每个用户内存区包含控制区、密钥区和数据区,所述控制区执行内存的分区或者合并指令,并实现分区的读写认证;所述密钥区存放读写认证所需的密钥;所述数据区存放数据。
一种汽车专用的无源超高频RFID电子标签芯片控制方法,所述控制方法根据安全模块的工作模式实现电子标签芯片进行标准控制、普通安全控制和高级安全控制。
进一步,所述标准控制包括如下步骤:
(1)标签芯片进入读写器射频场区并上电复位;
(2)标签芯片接收到读写器的指令信号,经过前端处理后传输给基带;
(3)基带验证判断该指令是否符合协议要求,如果“符合规则”,则标签芯片执行该条指令,如果“不符合规则”,则返回结果并结束本次通信。
进一步的,所述普通安全控制包括如下步骤:
(1)标签芯片进入读写器射频场区并上电复位;
(2)进行读写器对标签芯片的安全认证,如果“认证通过”,转入步骤(3),如果“认证不通过”,转入步骤(7);
(3)标签芯片接收读写器的指令信号,经过前端处理后传输给基带;
(4)基带验证判断该指令是否符合协议要求,如果“符合规则”,转入步骤(5),如果“不符合规则”,转入步骤(7);
(5)标签芯片对读写器进行安全认证,如果标签芯片对读写器的安全认证“认证通过”,转入步骤(6),如果标签芯片对读写器的安全认证“认证不通过”,转入步骤(7);
(6)标签芯片执行该条指令;
(7)返回结果并结束本次通信。
进一步的,所述高级安全控制包括如下步骤:
(1)标签芯片进入读写器射频场区并上电复位;
(2)进行读写器对标签芯片的安全认证,如果“认证通过”,转入步骤(3),如果“认证不通过”,转入步骤(9);
(3)标签芯片接收读写器的读/写指令信号,经过前端处理后传输给基带;
(4)基带验证判断该指令是否符合协议要求,如果“符合规则”,转入步骤(5),如果“不符合规则”,转入步骤(9);
(5)标签芯片对读写器进行安全认证,如果标签芯片对读写器的安全认证“认证通过”,转入步骤(6),如果标签芯片对读写器的安全认证“认证不通过”,转入步骤(9);
(6)基带和存储单元进行用户内存区分区的读写认证,如果内存分区的读写认证“认证通过”,转入步骤(7),如果内存分区的读写认证“认证不通过”,转入步骤(9);
(7)通过基带对读出或者写入存储单元的数据进行加/解密操作;
(8)数据加/解密完成后,标签芯片执行读/写指令;
(9)指令执行完成后,返回结果并结束本次通信。
根据上述方案形成的本发明具有如下的优点:
(1)通过特定的协议处理模块,实现了对自主协议要求的指令处理以及扩展的安全指令处理;
(2)在基带中集成安全模块,实现对读出或者写入存储单元数据的加/解密操作和读写器与标签芯片的双向安全认证;
(3)三种工作模式满足不同用户、不同应用环境下对芯片的安全性需求。工作模式1-标准模式:无安全流程,数据流不经过安全模块处理,安全模块关断;工作模式2-普通安全模式:安全模块开启,只进行读写器和标签芯片的双向安全认证;工作模式3-高级安全模式:安全模块开启,除进行读写器和标签芯片的双向安全认证外,还对读出或者写入存储单元的数据进行加/解密操作;
(4)用户内存区在芯片出厂后,能通过执行内存管理指令来进行物理分区或者分区合并;
(5)本发明有效的解决了现有芯片在内存、安全性等方面上的问题,满足在道路交通管理领域中应用的需求。
附图说明
以下结合附图和具体实施方式来进一步说明本发明。
图1为本发明标签芯片的结构框图;
图2为本发明标签芯片在标准模式下的控制流程图;
图3为本发明标签芯片在普通安全模式下的控制流程图;
图4为本发明标签芯片在高级安全模式下的控制流程图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解,下面结合具体图示,进一步阐述本发明。
参见图1,本发明提供的汽车专用的无源超高频RFID电子标签芯片101,由三个核心模块组成:前端102,基带103和存储单元104。
前端102包括射频前端105和模拟前端106。
射频前端105与标签天线直接相连,通过整流电路将标签天线中接收到的射频信号转换成直流能量,供芯片其他模块所用;同时通过包络检波电路从射频输入信号中提取有用信息,进行包络检波,恢复读写器发送过来的数据信息供基带103处理。
模拟前端106的主要作用是将天线接收到的信号通过解调电路进行解调,并数字化得到基带103处理所需的信息;另外,通过基准及稳压电路产生标签芯片工作所需的参考电压、参考电流、参考时钟;通过上电复位及时钟发生电路产生上电复位信号,并将这些信号与由射频前端恢复出的数据信号一同送入基带进行处理。
基带103包含协议处理模块107、安全模块108和控制模块109。
协议处理模块107主要实现对模拟前端106传输数据的解调和射频前端105返回数据的调制;完成对读写器指令的规则性验证判断;处理协议要求的指令和扩展的安全指令;并为协议的防碰撞机制和安全模块108提供随机数。
协议处理模块107在对射频前端105返回数据的调制时,通过射频前端105的调制反射电路对标签天线进行调制后反射发送回读写器。
安全模块108在片上集成,模块内部集成加密算法,能够执行自主协议要求的安全指令;该模块具有三种不同的工作模式,在工作模式1-标准模式时关断;在工作模式2-普通安全模式时开启,进行读写器和标签芯片的双向安全认证;在工作模式3-高级安全模式时开启,进行读写器和标签芯片的双向安全认证和对读出或者写入存储单元104数据的加/解密操作。
控制模块109完成芯片工作模式的转换和相应操作,包括对存储单元104的读写操作、对协议处理模块107和安全模块108的控制,以支持基带103各功能的实现。
存储单元104包含用户内存区111和其他内存区112,采用CMOS嵌入式NVM工艺实现。
用户内存区111又划分为多个分区,每个分区由控制区113、密钥区114和数据区115三部分组成。
控制区113执行来自基带103的内存分区或者合并指令,通过与安全模块(108)的数据交互,实现分区的读写认证;密钥区114存放分区读写认证所需的密钥;数据区115存放数据。
其他内存区112存储芯片的ID号、法定信息和生产信息等相关信息。
上述方案形成的标签芯片,其控制运行时根据安全模块的工作模式实现电子标签芯片进行标准控制、普通安全控制和高级安全控制。
参见图2,标签芯片在标准模式下的控制流程如下:
(201)标签芯片进入读写器射频场区,由前端102内的模拟前端106产生上电复位信号,实现上电复位。
(202)标签芯片通过接收到读写器的指令信号,经过前端中射频前端105和模拟前端106处理后传输给基带103。
(203)基带103通过控制模块109控制协议处理模块107验证判断该指令是否符合协议要求,如果“符合规则”,转入步骤(204);如果“不符合规则”,转入步骤(205)。
(204)标签芯片执行该条指令。
(205)返回结果并结束本次通信。
参见图3,标签芯片在普通安全模式下的控制流程如下:
(301)标签芯片进入读写器射频场区,由前端102内的模拟前端106产生上电复位信号,实现上电复位。
(302)读写器对标签芯片进行安全认证,如果“认证通过”,转入步骤(303);如果“认证不通过”,转入步骤(307);
(303)标签芯片接收读写器的指令信号,经过前端中射频前端105和模拟前端106处理后传输给基带103。
(304)基带103通过控制模块109控制协议处理模块107验证判断该指令是否符合协议要求,如果“符合规则”,转入步骤(305);如果“不符合规则”,转入步骤(307)。
(305)标签芯片通过基带中的安全模块108对读写器进行安全认证,如果标签芯片对读写器的安全认证“认证通过”,转入步骤(306);如果标签芯片对读写器的安全认证“认证不通过”,转入步骤(307)。
(306)标签芯片执行该条指令。
(307)指令执行完成后,返回结果并结束本次通信。
参见图4,标签芯片在高级安全模式下的控制流程如下:
(401)标签芯片进入读写器射频场区,由前端102内的模拟前端106产生上电复位信号,实现上电复位。
(402)读写器对标签芯片进行安全认证,如果“认证通过”,转入步骤(403);如果“认证不通过”,转入步骤(409);
(403)标签芯片接收读写器的读/写指令信号,经过前端中射频前端105和模拟前端106处理后传输给基带103。
(404)基带103通过控制模块109控制协议处理模块107验证判断该指令是否符合协议要求,如果“符合规则”,转入步骤(405);如果“不符合规则”,转入步骤(409)。
(405)标签芯片通过基带中的安全模块108对读写器进行安全认证,如果标签芯片对读写器的安全认证“认证通过”,转入步骤(406);如果标签芯片对读写器的安全认证“认证不通过”,转入步骤(409)。
(406)基带103和存储单元104进行用户内存区111分区的读写认证,如果内存分区的读写认证“认证通过”,转入步骤(407);如果内存分区的读写认证“认证不通过”,转入步骤(409)。
(407)通过基带103中安全模块108对读出或者写入存储单元104的数据进行加/解密操作。
(408)数据加/解密完成后,标签芯片执行读/写指令。
(409)指令执行完成后,返回结果并结束本次通信。
通过上述方案形成的标签芯片工作于840-845MHz频段,通过自主空口协议、多模工作方式和低功耗设计,实现长距离读写;利用片上集成的安全模块,保障芯片和读写器间的通信安全和芯片内存中存储的数据安全;通过大容量内存和内存管理机制,实现面向多用户,提供现场直接服务的能力。该芯片可作为汽车的唯一身份标识,应用于道路交通管理领域。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解,本发明不受上述实施例的限制,上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理,在不脱离本发明精神和范围的前提下,本发明还会有各种变化和改进,这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (8)
1.一种汽车专用的无源超高频RFID电子标签芯片,其特征在于,所述RFID电子标签芯片包括前端,基带和存储单元三部分,
所述前端包括射频前端和模拟前端,所述射频前端接受的射频能量,将其转化为其他电路可用的直流能量,同时从接受的射频信号中恢复出读写器发送的包络信号,并将基带返回的数据信号调制输出;所述模拟前端产生芯片工作所需的工作信号,将其与由射频前端恢复出的数据信号一同送入基带进行处理;
所述基带包含协议处理模块、安全模块和控制模块,所述协议处理模块根据不同指令,从存储单元中读出或者写入相应的数据,并将这些数据传输给射频前端;所述安全模块实现数据加/解密操作和读写器与标签芯片的双向安全认证;所述控制模块控制并连接协议处理模块和安全模块;
所述存储单元包含用户内存区和其他内存区,所述用户内存区分区存储各个用户的数据,所述其他内存区存储芯片的ID号、法定信息和生产信息等相关信息。
2.根据权利要求1所述的一种汽车专用的无源超高频RFID电子标签芯片,其特征在于,所述安全模块在片上集成,并且在内部集成加密算法;所述安全模块在标准工作模式下关断以节省功耗,在普通安全模式下进行读写器和标签芯片的双向安全认证,在高级安全模式下进行读写器和标签芯片的双向安全认证和对读出或写入存储单元的数据进行加/解密操作。
3.根据权利要求1所述的一种汽车专用的无源超高频RFID电子标签芯片,其特征在于,所述用户内存区通过执行内存管理指令来进行物理分区或者分区合并。
4.根据权利要求1或3所述的一种汽车专用的无源超高频RFID电子标签芯片,其特征在于,所述每个用户内存区包含控制区、密钥区和数据区,所述控制区执行内存的分区或者合并指令,并实现分区的读写认证;所述密钥区存放读写认证所需的密钥;所述数据区存放数据。
5.一种汽车专用的无源超高频RFID电子标签芯片控制方法,其特征在于,所述控制方法根据安全模块的工作模式实现电子标签芯片进行标准控制、普通安全控制和高级安全控制。
6.根据权利要求5所述的一种汽车专用的无源超高频RFID电子标签芯片控制方法,其特征在于,所述标准控制包括如下步骤:
(1)标签芯片进入读写器射频场区并上电复位;
(2)标签芯片接收到读写器的指令信号,经过前端处理后传输给基带;
(3)基带验证判断该指令是否符合协议要求,如果“符合规则”,则标签芯片执行该条指令,如果“不符合规则”,则返回结果并结束本次通信。
7.根据权利要求5所述的一种汽车专用的无源超高频RFID电子标签芯片控制方法,其特征在于,所述普通安全控制包括如下步骤:
(1)标签芯片进入读写器射频场区并上电复位;
(2)进行读写器对标签芯片的安全认证,如果“认证通过”,转入步骤(3),如果“认证不通过”,转入步骤(7);
(3)标签芯片接收读写器的指令信号,经过前端处理后传输给基带;
(4)基带验证判断该指令是否符合协议要求,如果“符合规则”,转入步骤(5),如果“不符合规则”,转入步骤(7);
(5)标签芯片对读写器进行安全认证,如果标签芯片对读写器的安全认证“认证通过”,转入步骤(6),如果标签芯片对读写器的安全认证“认证不通过”,转入步骤(7);
(6)标签芯片执行该条指令;
(7)返回结果并结束本次通信。
8.根据权利要求5所述的一种汽车专用的无源超高频RFID电子标签芯片控制方法,其特征在于,所述高级安全控制包括如下步骤:
(1)标签芯片进入读写器射频场区并上电复位;
(2)进行读写器对标签芯片的安全认证,如果“认证通过”,转入步骤(3),如果“认证不通过”,转入步骤(9);
(3)标签芯片接收读写器的读/写指令信号,经过前端处理后传输给基带;
(4)基带验证判断该指令是否符合协议要求,如果“符合规则”,转入步骤(5),如果“不符合规则”,转入步骤(9);
(5)标签芯片对读写器进行安全认证,如果标签芯片对读写器的安全认证“认证通过”,转入步骤(6),如果标签芯片对读写器的安全认证“认证不通过”,转入步骤(9);
(6)基带和存储单元进行用户内存区分区的读写认证,如果内存分区的读写认证“认证通过”,转入步骤(7),如果内存分区的读写认证“认证不通过”,转入步骤(9);
(7)通过基带对读出或者写入存储单元的数据进行加/解密操作;
(8)数据加/解密完成后,标签芯片执行读/写指令;
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C14 | Grant of patent or utility model | ||
GR01 | Patent grant |