基于Nexperia系統(tǒng)解決方案的NFC功能手機(jī)設(shè)計(jì)

    　近距離無線通信(NFC)技術(shù)填補(bǔ)了目前無線連接技術(shù)的空白，NFC功能將是未來手機(jī)功能之一，為手機(jī)支付、信息下載等業(yè)務(wù)提供了一種有效實(shí)現(xiàn)方案。本文介紹了飛利浦半導(dǎo)體公司將其高端Nexperia蜂窩手機(jī)方案與NFC技術(shù)結(jié)合的軟件和硬件實(shí)現(xiàn)，并分析了其應(yīng)用前景。

   　 僅僅在5年前，手機(jī)生產(chǎn)商每年還只能推出5到10款新品。而今，某些廠商每年能推出40款新品，每款都針對特定的市場。此外，與過去相比，手機(jī)功能更豐富，而價(jià)格一降再降。蜂窩系統(tǒng)解決方案一直處于這一趨勢的最前沿，半導(dǎo)體方案提供商不斷幫助生產(chǎn)商推出具備新功能的新產(chǎn)品，緊跟市場發(fā)展步伐，進(jìn)而維持并擴(kuò)大他們的客戶群。

圖1：Nexperia手機(jī)系統(tǒng)方案。

    為引領(lǐng)系統(tǒng)解決方案的發(fā)展，飛利浦致力于開發(fā)兼容的多媒體構(gòu)建模塊以及連接性知識產(chǎn)權(quán)(IP)，這些IP能幫助開發(fā)商簡便地將所需新功能集成到 Nexperia系統(tǒng)解決方案中。通過擴(kuò)展此類系統(tǒng)解決方案，幫助生產(chǎn)商輕松地進(jìn)行產(chǎn)品多樣化，并迅速將新技術(shù)應(yīng)用于滿足運(yùn)營商需求不斷變化的手機(jī)中。最新的NFC技術(shù)就可以支持很多新的應(yīng)用，通過飛利浦完善的軟/硬件IP組合和集成技術(shù)，設(shè)計(jì)工程師可以按自己的要求基于Nexperia蜂窩系統(tǒng)解決方案進(jìn)行設(shè)計(jì)改動，以開發(fā)更加完善的多媒體手機(jī)。通過飛利浦的NFC系統(tǒng)解決方案，安全連接方式也成為許多手機(jī)可選功能，如MMS、MP3、JAVA、語音識別、MPEG視頻和FM調(diào)頻收音機(jī)。

    飛利浦首個具備NFC功能的Nexperia蜂窩系統(tǒng)解決方案是針對高端手機(jī)推出的，集成于Nexperia Sy.Sol 6100。該設(shè)計(jì)的主要特點(diǎn)包括：全面驗(yàn)證過的解決方案，包括一個功能強(qiáng)大的基帶(嵌入式ARM9處理器內(nèi)核)；業(yè)界首個EDGE系統(tǒng)解決方案，2004 年第四季度投入量產(chǎn)；多媒體功能齊全。

NFC技術(shù)

    NFC是飛利浦和索尼(并在諾基亞的支持下成立NFC論壇：www.nfc-forum.org)共同開發(fā)的，填補(bǔ)了目前連接技術(shù)的空白。NFC 是一種無線連接技術(shù)，與現(xiàn)有非接觸智能卡技術(shù)兼容，目前已經(jīng)成為得到越來越多主要廠商支持的正式標(biāo)準(zhǔn)。NFC同時(shí)還是一種近距離連接協(xié)議，提供各種設(shè)備間輕松、安全、 迅速而自動的通信。與無線世界中的連接方式相比，NFC是一種近距離的私密通信方式。

    作為一種虛擬連接器，NFC可以用來在設(shè)備上迅速實(shí)現(xiàn)各種無線通信。將兩個NFC設(shè)備靠近，就能進(jìn)行無線配置并初始化其他無線協(xié)議，如藍(lán)牙和 802.11，設(shè)備就可以進(jìn)行遠(yuǎn)距離通信，或者高速傳輸數(shù)據(jù)。NFC本身的頻率為13.56MHz，工作距離為幾厘米。NFC技術(shù)符合ISO 18092、ISO 21481、ECMA (340、352及356)和ETSI TS 102 190標(biāo)準(zhǔn)。NFC還與采用ISO 14443標(biāo)準(zhǔn)廣泛應(yīng)用的非接觸智能卡基礎(chǔ)設(shè)備兼容，如飛利浦的MIFARE技術(shù)以及索尼的FeliCa系統(tǒng)。

圖2：NFC功能硬件實(shí)現(xiàn)框圖。

    通過NFC提供的無縫無線網(wǎng)絡(luò)和識別，我們僅僅通過與NFC智能設(shè)備接觸或?qū)FC智能設(shè)備彼此靠近即可直接地訪問內(nèi)容和服務(wù)。NFC也為手機(jī)提供了許多與外界互動的機(jī)會。對如今的“互聯(lián)消費(fèi)者”而言，手機(jī)已經(jīng)必不可少。手機(jī)是一機(jī)多用的通信、娛樂、攝像及導(dǎo)航工具，迅速成為我們唯一所需的便攜設(shè)備。通過將NFC集成到手機(jī)系統(tǒng)解決方案中，手機(jī)的可用性、多功能性及附加價(jià)值大大提升，安全付費(fèi)、對等連接以及接入無源的智能裝置中的信息都將成為現(xiàn)實(shí)。

具備NFC功能的Nexperia系統(tǒng)解決方案

    NFC應(yīng)用潛力無限，然而在給新技術(shù)增加NFC功能時(shí)，往往面臨著細(xì)節(jié)上的技術(shù)瓶頸。因此，作為系統(tǒng)解決方案供應(yīng)商，飛利浦決定以簡便的方式推廣采用NFC，即通過將成熟的技術(shù)集成到Nexperia蜂窩系統(tǒng)解決方案(見圖1)。這是迅速推廣普及該技術(shù)的第一步，不僅對生產(chǎn)商而且對于消費(fèi)者而言經(jīng)濟(jì)可行而且簡便。

    飛利浦首個具備NFC功能的蜂窩系統(tǒng)解決方案已經(jīng)應(yīng)用于Nexperia Sy.Sol 6100平臺。該解決方案2004年初進(jìn)行演示，原型已經(jīng)面世，將于2005年初與一家領(lǐng)先的手機(jī)廠商和網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商進(jìn)行試運(yùn)行。

1. 硬件實(shí)現(xiàn)

    硬件NFC功能是通過2個芯片完成的(見圖2)，即內(nèi)嵌固件的PN531 NFC控制器和飛利浦的SmartMX(SMX)，SMX是一個智能卡雙接口安全控制器。SmartMX完全由PN531通過雙絞線S2C(信號輸入/輸出通信接口) 接口提供和控制。PN531反過來由基帶處理器通過I2C總線和2個用于握手的通用I/O(GPIOs)控制。天線電路一分為二，即EMC濾波+RX路徑和天線調(diào)諧，因此可以自由選擇在何處設(shè)置非接觸天線(目前設(shè)置在專用的電池包中)。另外一個GPIO用于控制提供NFC電源的LDO(低壓降線性調(diào)節(jié)器)。

 
圖3：系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)框圖。

    在智能卡仿真模式下，RF收發(fā)器完全由SmartMX控制，PN531并不能感知數(shù)據(jù)交換，這樣保障了交通或付費(fèi)應(yīng)用所需安全系數(shù)。與外部讀卡器的傳輸完成時(shí)，SmartMX會發(fā)出信號，然后PN531可以讀取SmartMX中的結(jié)果(成功或失敗)。

2. 軟件實(shí)現(xiàn)

    圖3是軟件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)框圖。在Sy.Sol 6100軟件中已經(jīng)增加了特定的模塊，這些模塊與不同應(yīng)用中許多可能的數(shù)據(jù)流相兼容，并與目前的Nexperia軟件堆棧兼容。這些模塊包括：帶有到應(yīng)用程序和I2C驅(qū)動程序自適應(yīng)層的硬件抽象層；此外，SmartMX由一個特定的模塊管理；與J2ME棧接口以及與SIM卡進(jìn)行交互的Java器件層。

    用戶還可以通過無線下載Java應(yīng)用程序，以支持未來的新應(yīng)用。

3. SmartMX-高度安全的雙接口智能卡控制器IC

    高度安全的雙接口智能卡控制器IC SmartMX及其JCOP(Java卡開放平臺)操作系統(tǒng)最初推出時(shí)符合非接觸MIFARE協(xié)議，并完全符合ISO 14443A標(biāo)準(zhǔn)，能仿真MIFARE卡。運(yùn)營商可以安全地附加cardlet，以支持其他應(yīng)用。這些 cardlet可以通過電信網(wǎng)絡(luò)或非接觸鏈接從基礎(chǔ)設(shè)施上無線下載，而這一下載處于安全鑰匙的控制之下。每個cardlet都有自己的應(yīng)用識別器，因此 cardlet管理器能選擇正確的應(yīng)用程序，并將正確的信息反饋給外部讀卡器。這一識別器還用于傳輸結(jié)束時(shí)啟動移動平臺上正確的midlet(Java應(yīng)用程序)。

    NFC功能在Nexperia移動平臺中的實(shí)現(xiàn)非常靈活，能幫助運(yùn)營商遠(yuǎn)程安全地增加新的NFC Java應(yīng)用程序。硬件機(jī)構(gòu)及其內(nèi)嵌軟/硬件完全支持NFC的3個主要操作模式(閱讀器/寫入器、點(diǎn)對點(diǎn)通訊及卡仿真)，對基帶處理器的影響很小。運(yùn)營商可以選擇各種應(yīng)用相關(guān)的安全等級。

    在默認(rèn)條件下，手機(jī)處于NFC目標(biāo)模式，只有RF信號檢測器處于工作狀態(tài)，準(zhǔn)備響應(yīng)外部讀卡器的請求。該狀態(tài)下功耗很低，但Java隨時(shí)可能激活其他模式。

圖4：雙接口智能卡控制器IC應(yīng)用框圖。

NFC應(yīng)用展望

NFC應(yīng)用基本可以分為以下4類：

1. 接觸－完成進(jìn)入控制、交通、活動檢票等應(yīng)用中，用戶只需將存儲了門票信息或訪問碼的設(shè)備靠近讀卡器即可，也可用于簡單的數(shù)據(jù)獲取應(yīng)用，如從內(nèi)嵌非接觸芯片的海報(bào)中下載互聯(lián)網(wǎng)鏈接。 2. 接觸－確認(rèn) 移動付費(fèi)之類的應(yīng)用，用戶只需輸入密碼確認(rèn)交易或者接受交易即可。 3. 接觸－連接將2個具備NFC功能的設(shè)備連接，能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)點(diǎn)對點(diǎn)傳輸，如下載音樂、交換圖片或者同步設(shè)置地址簿。

4. 接觸－探索 NFC設(shè)備可能提供不止一種功能，消費(fèi)者可以了解設(shè)備的功能，確認(rèn)所能提供的功能和服務(wù)。

    NFC存在著巨大的潛力去改變消費(fèi)者行為和消費(fèi)習(xí)慣，并為移動商務(wù)創(chuàng)造新的商機(jī)。其獨(dú)特的簡單操作方式使其特別方便消費(fèi)者使用，其具有的安全性使其成為付費(fèi)和金融應(yīng)用的理想選擇，這些都是這一技術(shù)得到普及的關(guān)鍵因素。

    飛利浦預(yù)計(jì)NFC的發(fā)展前途無限。業(yè)界分析師也認(rèn)為，NFC的應(yīng)用潛力強(qiáng)勁，會廣泛用于票務(wù)應(yīng)用、音樂下載等許多銷售終端。

    目前，移動運(yùn)營商10%到15%的收入來源于下載鈴聲或基于Java的小型游戲。如果MP3音樂在手機(jī)中得到普及，我們也可以通過具有NFC功能的設(shè)備輕松訪問到這些內(nèi)容。僅僅通過將NFC手機(jī)靠近公共場所內(nèi)嵌芯片的廣告或海報(bào)，我們就可以下載歌曲、整張專輯、甚至鈴聲和游戲。

    NFC能幫助人們在許多不同的設(shè)備間交換各種信息內(nèi)容，如音樂、信息、照片、視頻剪輯、電影等等，還可以購買新的信息內(nèi)容。手機(jī)中的NFC是我們的目標(biāo)－一個隨時(shí)隨地接入信息、娛樂和服務(wù)的世界成為現(xiàn)實(shí)的關(guān)鍵。