基于Nexperia系统解决方案的NFC功能手机设计

    近距离无线通信(NFC)技术填补了目前无线连接技术的空白，NFC功能将是未来手机功能之一，为手机支付、信息下载等业务提供了一种有效实现方案。本文介绍了飞利浦半导体公司将其高端Nexperia蜂窝手机方案与NFC技术结合的软件和硬件实现，并分析了其应用前景。  

    仅仅在5年前，手机生产商每年还只能推出5到10款新品。而今，某些厂商每年能推出40款新品，每款都针对特定的市场。此外，与过去相比，手机功能更丰富，而价格一降再降。蜂窝系统解决方案一直处于这一趋势的最前沿，半导体方案提供商不断帮助生产商推出具备新功能的新产品，紧跟市场发展步伐，进而维持并扩大他们的客户群。 

图1：Nexperia手机系统方案 

     为引领系统解决方案的发展，飞利浦致力于开发兼容的多媒体构建模块以及连接性知识产权(IP)，这些IP能帮助开发商简便地将所需新功能集成到 Nexperia系统解决方案中。通过扩展此类系统解决方案，帮助生产商轻松地进行产品多样化，并迅速将新技术应用于满足运营商需求不断变化的手机中。最新的NFC技术就可以支持很多新的应用，通过飞利浦完善的软/硬件IP组合和集成技术，设计工程师可以按自己的要求基于Nexperia蜂窝系统解决方案进行设计改动，以开发更加完善的多媒体手机。通过飞利浦的NFC系统解决方案，安全连接方式也成为许多手机可选功能，如MMS、MP3、JAVA、语音识别、MPEG视频和FM调频收音机。  

    飞利浦首个具备NFC功能的Nexperia蜂窝系统解决方案是针对高端手机推出的，集成于Nexperia Sy.Sol 6100。该设计的主要特点包括：全面验证过的解决方案，包括一个功能强大的基带(嵌入式ARM9处理器内核)；业界首个EDGE系统解决方案，2004 年第四季度投入量产；多媒体功能齐全。  

   NFC技术  

    NFC是飞利浦和索尼(并在诺基亚的支持下成立NFC论坛：www.nfc-forum.org)共同开发的，填补了目前连接技术的空白。NFC 是一种无线连接技术，与现有非接触智能卡技术兼容，目前已经成为得到越来越多主要厂商支持的正式标准。NFC同时还是一种近距离连接协议，提供各种设备间轻松、安全、 迅速而自动的通信。与无线世界中的连接方式相比，NFC是一种近距离的私密通信方式。  

    作为一种虚拟连接器，NFC可以用来在设备上迅速实现各种无线通信。将两个NFC设备靠近，就能进行无线配置并初始化其他无线协议，如蓝牙和 802.11，设备就可以进行远距离通信，或者高速传输数据。NFC本身的频率为13.56MHz，工作距离为几厘米。NFC技术符合ISO 18092、ISO 21481、ECMA (340、352及356)和ETSI TS 102 190标准。NFC还与采用ISO 14443标准广泛应用的非接触智能卡基础设备兼容，如飞利浦的MIFARE技术以及索尼的FeliCa系统。 

图2：NFC功能硬件实现框图

     通过NFC提供的无缝无线网络和识别，我们仅仅通过与NFC智能设备接触或将NFC智能设备彼此靠近即可直接地访问内容和服务。NFC也为手机提供了许多与外界互动的机会。对如今的“互联消费者”而言，手机已经必不可少。手机是一机多用的通信、娱乐、摄像及导航工具，迅速成为我们唯一所需的便携设备。通过将NFC集成到手机系统解决方案中，手机的可用性、多功能性及附加价值大大提升，安全付费、对等连接以及接入无源的智能装置中的信息都将成为现实。  

     具备NFC功能的Nexperia系统解决方案  

     NFC应用潜力无限，然而在给新技术增加NFC功能时，往往面临着细节上的技术瓶颈。因此，作为系统解决方案供应商，飞利浦决定以简便的方式推广采用NFC，即通过将成熟的技术集成到Nexperia蜂窝系统解决方案(见图1)。这是迅速推广普及该技术的第一步，不仅对生产商而且对于消费者而言经济可行而且简便。  

    飞利浦首个具备NFC功能的蜂窝系统解决方案已经应用于Nexperia Sy.Sol 6100平台。该解决方案2004年初进行演示，原型已经面世，将于2005年初与一家领先的手机厂商和网络运营商进行试运行。  

     1. 硬件实现  

    硬件NFC功能是通过2个芯片完成的(见图2)，即内嵌固件的PN531 NFC控制器和飞利浦的SmartMX(SMX)，SMX是一个智能卡双接口安全控制器。SmartMX完全由PN531通过双绞线S2C(信号输入/输出通信接口) 接口提供和控制。PN531反过来由基带处理器通过I2C总线和2个用于握手的通用I/O(GPIOs)控制。天线电路一分为二，即EMC滤波+RX路径和天线调谐，因此可以自由选择在何处设置非接触天线(目前设置在专用的电池包中)。另外一个GPIO用于控制提供NFC电源的LDO(低压降线性调节器)。 

图3：系统软件实现框图

    在智能卡仿真模式下，RF收发器完全由SmartMX控制，PN531并不能感知数据交换，这样保障了交通或付费应用所需安全系数。与外部读卡器的传输完成时，SmartMX会发出信号，然后PN531可以读取SmartMX中的结果(成功或失败)。  

     2. 软件实现  

    图3是软件系统实现框图。在Sy.Sol 6100软件中已经增加了特定的模块，这些模块与不同应用中许多可能的数据流相兼容，并与目前的Nexperia软件堆栈兼容。这些模块包括：带有到应用程序和I2C驱动程序自适应层的硬件抽象层；此外，SmartMX由一个特定的模块管理；与J2ME栈接口以及与SIM卡进行交互的Java器件层。  

     用户还可以通过无线下载Java应用程序，以支持未来的新应用。  

    3. SmartMX-高度安全的双接口智能卡控制器IC  

    高度安全的双接口智能卡控制器IC SmartMX及其JCOP(Java卡开放平台)操作系统最初推出时符合非接触MIFARE协议，并完全符合ISO 14443A标准，能仿真MIFARE卡。运营商可以安全地附加cardlet，以支持其他应用。这些 cardlet可以通过电信网络或非接触链接从基础设施上无线下载，而这一下载处于安全钥匙的控制之下。每个cardlet都有自己的应用识别器，因此 cardlet管理器能选择正确的应用程序，并将正确的信息反馈给外部读卡器。这一识别器还用于传输结束时启动移动平台上正确的midlet(Java应用程序)。  

    NFC功能在Nexperia移动平台中的实现非常灵活，能帮助运营商远程安全地增加新的NFC Java应用程序。硬件机构及其内嵌软/硬件完全支持NFC的3个主要操作模式(阅读器/写入器、点对点通讯及卡仿真)，对基带处理器的影响很小。运营商可以选择各种应用相关的安全等级。  

    在默认条件下，手机处于NFC目标模式，只有RF信号检测器处于工作状态，准备响应外部读卡器的请求。该状态下功耗很低，但Java随时可能激活其他模式。  

图4：双接口智能卡控制器IC应用框图

     NFC应用展望   

     NFC应用基本可以分为以下4类：   

     1. 接触－完成进入控制、交通、活动检票等应用中，用户只需将存储了门票信息或访问码的设备靠近读卡器即可，也可用于简单的数据获取应用，如从内嵌非接触芯片的海报中下载互联网链接。 2. 接触－确认 移动付费之类的应用，用户只需输入密码确认交易或者接受交易即可。 3. 接触－连接将2个具备NFC功能的设备连接，能实现数据点对点传输，如下载音乐、交换图片或者同步设置地址簿。 4. 接触－探索 NFC设备可能提供不止一种功能，消费者可以了解设备的功能，确认所能提供的功能和服务。  

     NFC存在着巨大的潜力去改变消费者行为和消费习惯，并为移动商务创造新的商机。其独特的简单操作方式使其特别方便消费者使用，其具有的安全性使其成为付费和金融应用的理想选择，这些都是这一技术得到普及的关键因素。  

     飞利浦预计NFC的发展前途无限。业界分析师也认为，NFC的应用潜力强劲，会广泛用于票务应用、音乐下载等许多销售终端。  

     目前，移动运营商10%到15%的收入来源于下载铃声或基于Java的小型游戏。如果MP3音乐在手机中得到普及，我们也可以通过具有NFC功能的设备轻松访问到这些内容。仅仅通过将NFC手机靠近公共场所内嵌芯片的广告或海报，我们就可以下载歌曲、整张专辑、甚至铃声和游戏。  

     NFC能帮助人们在许多不同的设备间交换各种信息内容，如音乐、信息、照片、视频剪辑、电影等等，还可以购买新的信息内容。手机中的NFC是我们的目标－一个随时随地接入信息、娱乐和服务的世界成为现实的关键。