1 NFC 智能電視的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和總體設(shè)計方案
本文設(shè)計采用了TI 的TRF7970A transceiver IC 作為電視機端,RF430CL330H NFCTag 應(yīng)用在遙控器端;在本系統(tǒng)中, 其基本功能應(yīng)用如下:
·TRF7970A 可以通過和RF430CL330H 的相互通信,實現(xiàn)電視和遙控器之間的配對,也就是目前2.4GHz 數(shù)據(jù)傳輸前的配對;
·TRF7970A 可以和NFC 智能手機實現(xiàn)WiFi 的快速配對;
· RF430CL330H 可以和智能手機之間的通信,實現(xiàn)手機的數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)換到遙控器或者電視上面;
·可以通過NFC 的空中接口對Firmware 的軟件升級;
·TRF7970A 可以對標(biāo)簽的讀寫操作,實現(xiàn)電視的功能項選擇;
圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖
TRF7970A 滿足NFC 的三種功能通信方式:Reader/Write, Pear to Pear 和Card Emulaiton,完全滿足ISO/IEC18092, ISO/IEC21481 的NFC 標(biāo)準;可以完全與滿足NFC 標(biāo)準的設(shè)備端進行信息的交互,RF430CL330H 是一款動態(tài)的NFC Tag 芯片, 符合NFC Type 4 的標(biāo)準,支持的數(shù)據(jù)速率可達848Kbps, SPI 接口可以MCU 進行有效的溝通。
2 硬件電路設(shè)計
2.1 TRF7970A 模塊硬件電路設(shè)計
TRF7970A 是一款13.56MHz RFID 高集成度的射頻前端芯片,完全支持NFC 的協(xié)議標(biāo)準,通過對該芯片的ISO Control 寄存器進行配置,可以設(shè)置成為不同模式的工作狀態(tài);TRF7970A 支持SPI 和并口兩種通訊接口模式,寬電壓(2.7V~5.5V)供電,內(nèi)部集成了LDO,支持5 種電源管理模式,在5V 供電的情況下輸出功率可達200mW。接收回路有兩路(RX1和RX2 ),相位相差90 度,保證接收的穩(wěn)定和可靠性,其基本的硬件電路如下圖所示:
圖2 TRF7970A 射頻前端電路
射頻前端匹配到50 歐姆的射頻阻抗,基本的匹配網(wǎng)絡(luò)如下所示:
圖3 TRF7970A 射頻前端匹配網(wǎng)
2.2 TRF7970A 天線匹配電路構(gòu)建
TRF7970A 天線是一款50 歐姆的阻抗匹配天線,其基本的匹配電路如下所示:
圖4 TRF7970A 天線匹配電路
由于天線的材質(zhì)和尺寸大小不一樣,每一款生產(chǎn)出來的TRF7970A 天線匹配電路天線都要做完整的天線匹配,根據(jù)設(shè)計的系統(tǒng)Q 值,天線的電感值來對射頻前端的參數(shù)進行完整的匹配。
2.3 RF430CL330H 模塊硬件電路設(shè)計
RF430CL330H 是一款滿足NFC Type 4 的動態(tài)標(biāo)簽,支持ISO/IEC14443 Type B, 支持SPI和I2C 接口,有RF 喚醒功能的一款動態(tài)標(biāo)簽;其基本的硬件電路如下:
圖5 RF430CL330H 基本參考電路
從該原理圖可以看出,外面很少的外圍器件就可以集成到別的芯片外圍電路上去,以實現(xiàn)快速的 NFC 功能。在該遙控器項目中,RF430CL330H 及外圍電路集成到遙控器的電路上,只是把線圈拿出來作為一個獨立的模塊,這樣便于讀寫操作。
3 系統(tǒng)軟件設(shè)計
系統(tǒng)軟件設(shè)計主要包括智能電視應(yīng)用中的各項功能的實現(xiàn):有對TAG 的讀取以獲取特定電視或者網(wǎng)絡(luò)節(jié)目的權(quán)限,有對藍牙配對WIFI 配對的需求實現(xiàn)快速建立藍牙與WIFI 的連接,另外電視可以通過P2P 功能獲取手機相關(guān)圖片,鏈接信息,實現(xiàn)信息的快速切換。也可以通過NFC 對Firmware 進行無線升級。
3.1 標(biāo)簽讀取
TRF7970A 可支持ISO15693,ISO14443A/B 等標(biāo)簽的讀取(如圖6 所示)。
圖6 TRF7970A 支持的卡片標(biāo)準
3.2 藍牙配對
根據(jù)NFC 論壇與藍牙SIG 聯(lián)盟定義的安全簡易配對Bluetooth secure simple paring using NFC(NFCForum-AD-BTSSP)規(guī)范,將藍牙配對信息(如下數(shù)組)通過MCU 寫RF430CL330H 的NDEF 區(qū)域,當(dāng)任何具有NFC 功能的設(shè)備,讀取到該內(nèi)容后將自動進行藍牙配對的連接過程。
藍牙的OOB 數(shù)據(jù)格式如圖7 所示。包括OOB 數(shù)據(jù)長度,藍牙設(shè)備地址與名稱,設(shè)備種類以及UUID。
圖 7 NDEF 中的藍牙OOB 數(shù)據(jù)格式
藍牙的NDEF 寫入信息數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如下:
Unsigned char NDEF_Application_Data[] =
{
//NDEF Tag Application Name
0xD2, 0x76, 0x00, 0x00, 0x85, 0x01, 0x01,
//Capability Container ID
0xE1, 0x03,
//Capability Container
0x00, 0x0F, //CCLEN
0x20, //Mapping version 2.0
0x00, 0x3B, //MLe (49 bytes); Maximum R-APDU data size
0x00, 0x34, //MLc (52 bytes); Maximum C-APDU data size
0x04, //Tag, File Control TLV (4 = NDEF file)
0x06, //Length, File Control TLV (6 = 6 bytes of data for this tag)
0xE1, 0x04, //File Identifier
0x0C, 0x02, //Max NDEF size (3072 bytes)
0x00, //NDEF file read access condition, read access without any security
0x00, //NDEF file write access condition; write access without any security
//NDEF File ID
0xE1, 0x04,
0x00, 0x44, //NLEN; NDEF length (68 byte long message)
0xD2, //MB=1b, ME=1b, CF=0b, SR=1b, IL=0b, TNF=010b
0x20, //Record Type Length: 32 octets
0x21, //payload length: 33 octets;
0x61, 0x70, 0x70, 0x6C, 0x69, 0x63, 0x61, 0x74, 0x69, 0x6F, 0x6E, 0x2F, 0x76,
0x6E, 0x64, 0x2E, 0x62, 0x6C, 0x75, 0x65, 0x74, 0x6F, 0x6F, 0x74, 0x68, 0x2E,
0x65, 0x70, 0x2E, 0x6F, 0x6F, 0x62, //Record Type Name: application/vnd.blue
//tooth.ep.oob
0x21, 0x00, //OOB optional data length: 33 octets
0x06, 0x05, 0x04, 0x03, 0x02, 0x01, //bluetooth device address:
//01:02:03:04:05:06 (example address only)
0x0D, //EIR Data Length: 13 octets
0x09, //EIR Data Type: Complete Local Name
0x48, 0x65, 0x61, 0x64, 0x53, 0x65, 0x74, 0x20, 0x4E, 0x61,0x6D, 0x65, //
//Bluetooth Local Name: HeadSet Name
0x04, //EIR Data Length: 4 octets
0x0D, //EIR Data Type: Class of device
0x04, 0x04, 0x20, //Class of Device: 0x20:Service Class=
//Audio, 0x04:Major Device Class=Audio/Video, 0x04: Minor Device Class=Wearable //Headset Device
0x05, //EIR Data Length: 5 octets
0x03, //EIR Data type: 16-bit Service Class UUID list (complete)
0x1E, 0x11, 0x0B, 0x11 //16-bit Service Class UUID list (complete) ;0x111E –
//HFP-HF, 0x011B ?A2DP-SNK
};
3.3 Peer to Peer
P2P 是基于NFC 論壇定義的Simple NDEF Exchange Protocol(NFCForum-TS-SNEP)規(guī)范,其主要流程如下。手機可以通過P2P 的功能將相關(guān)的信息例如圖片,鏈接等與電視進行快速交互。
圖8 P2P 的軟件操作流程
在P2P 中設(shè)備分為主動模式Initiator 和被動模式Target。TRF7970A 既可以作為Initiator 也可以作為Target。相對來說Target 模式下能夠有效節(jié)約功耗。
1. 主動模式:設(shè)備本身會產(chǎn)生RF 電磁場
2. 被動模式:設(shè)備使用感應(yīng)的電磁場進行數(shù)據(jù)傳輸
圖9 P2P 的工作模式
3.4 Firmware Update
將MCU 的BSL 功能與NFC 的技術(shù)互相結(jié)合,通過P2P 的方式實現(xiàn)軟件升級。以TI 的MSP430 為例,BSL 的軟件主要包括Peripheral Interface(PI),Command Interface 以及BSL_API。BSL 的軟件升級接口可以通過UART,SPI,那么將NFC 的接口與SPI 結(jié)合即可實現(xiàn)通過NFC 對軟件的升級。如圖10 所示。
圖10 BSL 軟件升級方式
其中NFC 的PI 主要包括三層:SPI 驅(qū)動,RFID 硬件接口(與TRF7970A 的接口)以及NFC(NFC 協(xié)議的實現(xiàn),P2P)功能。
圖11 NFC PI 結(jié)構(gòu)
4 總結(jié)
隨著NFC 近場通信功能的不斷普及,以其傳輸速率快,安全性高等特點,在不同的領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用。尤其在授權(quán),支付,藍牙以及WIFI 配對方面有著突出的優(yōu)勢,將NFC 的應(yīng)用引入智能電視,使得信息分享,通信連接更加方便快捷,將能夠極大提升用戶體驗。