基于Nexperia系統解決方案的NFC功能手機設計

    　近距離無線通信(NFC)技術填補了目前無線連接技術的空白，NFC功能將是未來手機功能之一，為手機支付、信息下載等業務提供了一種有效實現方案。本文介紹了飛利浦半導體公司將其高端Nexperia蜂窩手機方案與NFC技術結合的軟件和硬件實現，并分析了其應用前景。

   　 僅僅在5年前，手機生產商每年還只能推出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，手機功能更豐富，而價格一降再降。蜂窩系統解決方案一直處于這一趨勢的最前沿，半導體方案提供商不斷幫助生產商推出具備新功能的新產品，緊跟市場發展步伐，進而維持并擴大他們的客戶群。

圖1：Nexperia手機系統方案。

    為引領系統解決方案的發展，飛利浦致力于開發兼容的多媒體構建模塊以及連接性知識產權(IP)，這些IP能幫助開發商簡便地將所需新功能集成到 Nexperia系統解決方案中。通過擴展此類系統解決方案，幫助生產商輕松地進行產品多樣化，并迅速將新技術應用于滿足運營商需求不斷變化的手機中。最新的NFC技術就可以支持很多新的應用，通過飛利浦完善的軟/硬件IP組合和集成技術，設計工程師可以按自己的要求基于Nexperia蜂窩系統解決方案進行設計改動，以開發更加完善的多媒體手機。通過飛利浦的NFC系統解決方案，安全連接方式也成為許多手機可選功能，如MMS、MP3、JAVA、語音識別、MPEG視頻和FM調頻收音機。

    飛利浦首個具備NFC功能的Nexperia蜂窩系統解決方案是針對高端手機推出的，集成于Nexperia Sy.Sol 6100。該設計的主要特點包括：全面驗證過的解決方案，包括一個功能強大的基帶(嵌入式ARM9處理器內核)；業界首個EDGE系統解決方案，2004 年第四季度投入量產；多媒體功能齊全。

NFC技術

    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)共同開發的，填補了目前連接技術的空白。NFC 是一種無線連接技術，與現有非接觸智能卡技術兼容，目前已經成為得到越來越多主要廠商支持的正式標準。NFC同時還是一種近距離連接協議，提供各種設備間輕松、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可以用來在設備上迅速實現各種無線通信。將兩個NFC設備靠近，就能進行無線配置并初始化其他無線協議，如藍牙和 802.11，設備就可以進行遠距離通信，或者高速傳輸數據。NFC本身的頻率為13.56MHz，工作距離為幾厘米。NFC技術符合ISO 18092、ISO 21481、ECMA (340、352及356)和ETSI TS 102 190標準。NFC還與采用ISO 14443標準廣泛應用的非接觸智能卡基礎設備兼容，如飛利浦的MIFARE技術以及索尼的FeliCa系統。

圖2：NFC功能硬件實現框圖。

    通過NFC提供的無縫無線網絡和識別，我們僅僅通過與NFC智能設備接觸或將NFC智能設備彼此靠近即可直接地訪問內容和服務。NFC也為手機提供了許多與外界互動的機會。對如今的“互聯消費者”而言，手機已經必不可少。手機是一機多用的通信、娛樂、攝像及導航工具，迅速成為我們唯一所需的便攜設備。通過將NFC集成到手機系統解決方案中，手機的可用性、多功能性及附加價值大大提升，安全付費、對等連接以及接入無源的智能裝置中的信息都將成為現實。

具備NFC功能的Nexperia系統解決方案

    NFC應用潛力無限，然而在給新技術增加NFC功能時，往往面臨著細節上的技術瓶頸。因此，作為系統解決方案供應商，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集成到Nexperia蜂窩系統解決方案(見圖1)。這是迅速推廣普及該技術的第一步，不僅對生產商而且對于消費者而言經濟可行而且簡便。

    飛利浦首個具備NFC功能的蜂窩系統解決方案已經應用于Nexperia Sy.Sol 6100平臺。該解決方案2004年初進行演示，原型已經面世，將于2005年初與一家領先的手機廠商和網絡運營商進行試運行。

1. 硬件實現

    硬件NFC功能是通過2個芯片完成的(見圖2)，即內嵌固件的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路徑和天線調諧，因此可以自由選擇在何處設置非接觸天線(目前設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(低壓降線性調節器)。

 
圖3：系統軟件實現框圖。

    在智能卡仿真模式下，RF收發器完全由SmartMX控制，PN531并不能感知數據交換，這樣保障了交通或付費應用所需安全系數。與外部讀卡器的傳輸完成時，SmartMX會發出信號，然后PN531可以讀取SmartMX中的結果(成功或失敗)。

2. 軟件實現

    圖3是軟件系統實現框圖。在Sy.Sol 6100軟件中已經增加了特定的模塊，這些模塊與不同應用中許多可能的數據流相兼容，并與目前的Nexperia軟件堆棧兼容。這些模塊包括：帶有到應用程序和I2C驅動程序自適應層的硬件抽象層；此外，SmartMX由一個特定的模塊管理；與J2ME棧接口以及與SIM卡進行交互的Java器件層。

    用戶還可以通過無線下載Java應用程序，以支持未來的新應用。

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)操作系統最初推出時符合非接觸MIFARE協議，并完全符合ISO 14443A標準，能仿真MIFARE卡。運營商可以安全地附加cardlet，以支持其他應用。這些 cardlet可以通過電信網絡或非接觸鏈接從基礎設施上無線下載，而這一下載處于安全鑰匙的控制之下。每個cardlet都有自己的應用識別器，因此 cardlet管理器能選擇正確的應用程序，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束時啟動移動平臺上正確的midlet(Java應用程序)。

    NFC功能在Nexperia移動平臺中的實現非常靈活，能幫助運營商遠程安全地增加新的NFC Java應用程序。硬件機構及其內嵌軟/硬件完全支持NFC的3個主要操作模式(閱讀器/寫入器、點對點通訊及卡仿真)，對基帶處理器的影響很小。運營商可以選擇各種應用相關的安全等級。

    在默認條件下，手機處于NFC目標模式，只有RF信號檢測器處于工作狀態，準備響應外部讀卡器的請求。該狀態下功耗很低，但Java隨時可能激活其他模式。

圖4：雙接口智能卡控制器IC應用框圖。

NFC應用展望

NFC應用基本可以分為以下4類：

1. 接觸－完成進入控制、交通、活動檢票等應用中，用戶只需將存儲了門票信息或訪問碼的設備靠近讀卡器即可，也可用于簡單的數據獲取應用，如從內嵌非接觸芯片的海報中下載互聯網鏈接。 2. 接觸－確認 移動付費之類的應用，用戶只需輸入密碼確認交易或者接受交易即可。 3. 接觸－連接將2個具備NFC功能的設備連接，能實現數據點對點傳輸，如下載音樂、交換圖片或者同步設置地址簿。

4. 接觸－探索 NFC設備可能提供不止一種功能，消費者可以了解設備的功能，確認所能提供的功能和服務。

    NFC存在著巨大的潛力去改變消費者行為和消費習慣，并為移動商務創造新的商機。其獨特的簡單操作方式使其特別方便消費者使用，其具有的安全性使其成為付費和金融應用的理想選擇，這些都是這一技術得到普及的關鍵因素。

    飛利浦預計NFC的發展前途無限。業界分析師也認為，NFC的應用潛力強勁，會廣泛用于票務應用、音樂下載等許多銷售終端。

    目前，移動運營商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音樂在手機中得到普及，我們也可以通過具有NFC功能的設備輕松訪問到這些內容。僅僅通過將NFC手機靠近公共場所內嵌芯片的廣告或海報，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備間交換各種信息內容，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容。手機中的NFC是我們的目標－一個隨時隨地接入信息、娛樂和服務的世界成為現實的關鍵。