NFC Bricklet¶

Features¶

• Liest und schreibt NFC Forum Type 1, 2, 3, 4, 5 und Mifare Classic Tags.

• NDEF Datensätze können direkt mit API gelesen und geschrieben werden.

• Unterstützt NFC P2P Betriebsmodi

• Unterstützt Kartenemulations Betriebsmodi

• Reichweite ist auf 10cm begrenzt (3.94")

Beschreibung¶

Das NFC Bricklet erweitert die Funktionalität der Bricks indem es die Möglichkeit bietet NFC tags zu lesen und zu schreiben. Dafür muss lediglich ein NFC tag in der Nähe (bis zu 10cm) des Bricklets platziert werden.

Unterstützt werden NFC Forum Type 1, 2, 3, 4 (ISO 14443), NFC Forum Type 5 (ISO 15693) und Mifare Classic Tags. Ein direkter Page-Zugriff ist verfügbar und es ist möglich NDEF Mitteilungen direkt über das API zu lesen oder zu schreiben.

Das Bricklet unterstützt außerdem Kartenemulation sowie auch NFC P2P Kommunikation.

Technische Spezifikation¶

Ressourcen¶

• PN7150 Datenblatt (Download)

• Schaltplan (Download)

• Umriss und Bohrplan (Download)

• Quelltexte und Platinenlayout (Download)

• 3D Modell (Online ansehen | Download: STEP, FreeCAD)

Kompatibilität¶

Das Bricklet sollte mit jedem Tag funktionieren das zu Mifare Classic, NFC Forum Typ 1, 2, 3, 4 oder 5 kompatibel ist. Die folgenden Tags wurden von uns getestet:

Mifare Classic:

• FM11RF08

• MF1S50

NFC Forum Typ 1:

• Jewel

• Topaz 512 (TPZ-505-016)

NFC Forum Typ 2:

• NTAG203(F)

• NTAG210

• NTAG213

• NTAG215

• NTAG216

• Mifare Ultralight (MF01CU1)

NFC Forum Typ 3:

• Sony FeliCa Lite-5 RC-S966

NFC Forum Typ 4:

• Mifare DESFire

• MIfare DESFire EV1

NFC Forum Typ 5:

• NXP ICODE SLIX

Page Größen und andere Dinge die man wissen sollte¶

Mifare Classic und NFC Forum Typ x Tags haben verschiedene Page-Größen und verschiedene Speicher-Strukturen. Wenn die Low Level Page Schreibfunktion verwendet wird muss diese Struktur beachtet werden, um nicht versehentlich den Tag zu locken.

Mifare Classic:

• Page Größe 16 Byte.

• 4 Pages bilden einen Sektor.

• Sektor 0 (Seiten 0-3) sollte nicht überschrieben werden.

• Die letzte Seite jedes Sektors steuert den Zugriff (Seite 7, 11, 15, ..). Diese Seite sollte nur überschrieben werden, wenn man weiß was man tut.

Adafruit hat eine gute Beschreibung der Struktur: Link

NFC Forum Typ 1:

• Page Größe 8 Byte

• Pages 0-2 sind für die Zugriffskontrolle reserviert. Diese Pages sollten nicht überschrieben werden, wenn man nicht weiß was man tut.

• Page 15 ist reserviert und kann nicht geschrieben werden.

NFC Forum Typ 2:

• Page Größe 4 Byte

• Page 0-1 ist nur lesbar und enthält die Tag ID.

• Page 3-4 und die letzten zwei Pages (Die Page-Nummern hängen von der Größe des Tags ab) enthalten die Lock-Bits. Diese sollten nur überschrieben werden, wenn man weiß was man tut.

NFC Forum Typ 3:

• Page 0 enthält Attributinformationen.

• Die anderen Pages sind nur zum lesen. Man kann es betrachten wenn es in den Attributinformationen gewährt wird.

NFC Forum Typ 4:

• Hat keine Pages, nutzt stattdessen ein Dateisystem.

• Derzeit unterstützen wir den Zugriff zu dem __ und NDEF Record.

• Page 3 auswählen, um auf das Capability Container zu zugreifen.

• Page 4 auswählen, um auf das NDEF Record zu zugreifen.

NFC Forum Typ 5:

• Page Größe 4 Byte.

• Basiert auf ISO 15693 anstatt ISO 14443 und hat dadurch eine größere Reichweite.

• Verfügbar seit firmware Version 2.1.0

Tags Erkennen, Lesen und Schreiben¶

Damit ein Tag gelesen oder geschrieben werden kann muss zunächst der Modus auf MODE_READER gewechselt werden.

Um einen Tag zu erkennen und auszuwählen muss ReaderRequestTagID mit einem Tagtyp (Mifare Classic or NFC Forum Type 1/2) aufgerufen werden. Der Zustand (State) des Bricklets wird sich zu READER_STATE_REQUEST_TAG_ID ändern und anschließend zu READER_STATE_REQUEST_TAG_ID_READY wenn ein Tag gefunden wurde. Die ID des Tags kann anschließend durch Aufruf von GetTagID ausgelesen werden. Der Tag mit dieser Tag ID ist nun ausgewählt und kann gelesen/geschrieben werden. Wenn der Zustand sich zu READER_STATE_REQUEST_TAG_ID_ERROR ändert wurde kein Tag mit dem angegebenen Tag-Typ gefunden. In diesem Fall kann ein weiterer Aufruf von ReaderRequestTagID versucht werden.

Wenn die Tag ID bekannt ist und ReaderGetTagID eine andere ID zurück gibt bedeutet dies, dass ein anderer Tag in der Nähe des Bricklets ist. In diesem Fall kann ReaderRequestTagID erneut aufgerufen werden, das NFC/RFID Bricklet wechselt zwischen den beiden Tags mit jedem Aufruf von ReaderRequestTagID. ReaderRequestTagID selektiert also jeweils ein Tag.

Wenn ein Tag selektiert wurde (der Zustand ist READER_STATE_REQUEST_TAG_ID_READY) kann das Tag Page für Page gelesen oder geschrieben werden:

Um eine Page zu lesen muss als erstes ReaderRequestPage aufgerufen werden. Der Zustand ändert sich zu READER_STATE_REQUEST_PAGE_READY. Anschließend kann die Page mittels eines Aufrufs von GetPage gelesen werden. Eine Seite kann geschrieben werden mittels des Aufrufs von ReaderWritePage. Der Schreibvorgang ist beendet wenn der Zustand zu READER_STATE_WRITE_PAGE_READY wechselt.

Nachdem ein Tag selektiert wurde kann diese ohne Aufrufe von ReaderRequestTagID gelesen/geschrieben werden solange das Tag nicht aus der Nähe des NFC/RFID Bricklets entfernt wurde.

Anstelle von ReaderRequestPage oder ReaderWritePage kann auch ReaderRequestNDEF oder ReaderWriteNDEF verwendet werden, um NDEF MASSAGES innerhalb eines angemessenen Platzes direkt zu schreiben anstatt auf Low-Level Pages.

Spezialfall für Mifare Classic

Im Falle von Mifare Classic muss man sich zuerst für den Zugriff auf eine Page authentifizieren:

Das bedeutet das jedesmal bevor ReaderRequestPage oder ReaderWritePage aufgerufen werden soll, ReaderAuthenticatingMifareClassicPage aufgerufen werden muss. Anschließend muss gewartet werden bis sich der Zustand zu READER_STATE_AUTHENTICATING_MIFARE_CLASSIC_PAGE_READY ändert. Ansonsten ist die Benutzung von Mifare Classic Tags identisch zu den oben beschriebenen.

Der Standardschlüssel (key number A) eines Mifare Classic Tags ist [0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF].

Kartenemulation¶

Um die Kartenemulation zu nutzen muss zunächst auf den Modus MODE_CARDEMU gewechselt werden.

Nach dem Start von CARDEMU_STATE_IDEL kann das NDEF mit CardemuWriteNDEF eingestellt werden. Danach muss CardemuStartDiscovery aufgerufen werden. Sobald nun ein Telefon in die Nähe des NFC Bricklet gebracht wird wechselt der Zustand auf CARDEMU_STATE_DISCOVER_READY.

Mit CardemuStartTransfer wird die zuvor festgelegte NDEF Massage auf das Telefon übertragen.

Smartphone als NFC-Tag erkennen¶

Das NFC Bricklet kann Android-Smartphones erkennen, die NFC Host Card Emulation (HCE) unterstützen. Dies ermöglicht die Verwendung eines Smartphones anstelle eines physischen NFC-Tags, beispielsweise für Zugangskontrollen.

Um diese Funktion zu nutzen, muss auf dem Smartphone eine App installiert sein, die einen HCE-Service mit der folgenden Application ID (AID) registriert:

• AID: 54464E46434944 (ASCII: "TFNFCID")

Wenn ein Tag mit ReaderRequestTagID und Tag-Typ 6 (TAG_TYPE_PHONE) angefordert wird, sendet das Bricklet einen SELECT-Befehl mit dieser AID. Die App muss darauf mit einer eindeutigen Geräte-ID antworten (typischerweise 4-10 Bytes).

Die zurückgegebene Tag-ID kann wie bei anderen Tag-Typen mit SimpleGetTagID ausgelesen werden.

Peer-To-Peer Modus¶

Damit das P2P genutzt werden kann, muss auf den Modus MODE_P2P gewechselt werden.

Nach dem Start von P2P_STATE_IDLE kann das NDEF mit P2PWriteNDEF eingestellt werden. Danach muss P2PStartDiscovery aufgerufen werden. Sobald nun ein Telefon in die Nähe des NFC Bricklet gebracht wird wechselt der Zustand auf P2P_STATE_DISCOVER_READY.

Mit CardemuStartTransfer und dem Parameter 1 wird die zuvor festgelegte NDEF Massage auf das Telefon übertragen. Mit dem Parameter 2 kann eine NDEF Massage auf Telefon gelesen werden.

Die NDEF Massage kann auch über P2PReadNDEF gelesen werden.

NFC NDEF Messages¶

Das NFC Forum hat ein NFC Data Exchange Format (NDEF) spezifiziert um Daten zwischen Tags und Smartphones auszutauschen. NDEF Messages bestehen aus einem oder mehreren NDEF Records. Viele der definierten NDEF Records können von jedem Smartphone interpretiert werden welches NFC-Kommunikation unterstützt.

Erster Test¶

Um ein NFC Bricklet testen zu können, müssen zuerst Brick Daemon und Brick Viewer installiert werden. Brick Daemon arbeitet als Proxy zwischen der USB Schnittstelle der Bricks und den API Bindings. Brick Viewer kann sich mit Brick Daemon verbinden, gibt Informationen über die angeschlossenen Bricks und Bricklets aus und ermöglicht es diese zu testen.

Als nächstes muss das NFC Bricklet mittels eines Bricklet Kabels mit einem Brick verbunden werden.

Wenn der Brick per USB an den PC angeschlossen wird sollte einen Moment später im Brick Viewer ein neuer Tab namens "NFC Bricklet" auftauchen. Wähle diesen Tab aus. Wenn alles wie erwartet funktioniert kann nun nach Tags gescannt werden und Seiten gelesen/geschrieben werden.

Nun kann ein eigenes Programm geschrieben werden. Der Abschnitt Programmierschnittstelle listet die API des NFC Bricklet und Beispiele in verschiedenen Programmiersprachen auf.

Gehäuse¶

Ein laser-geschnittenes Gehäuse für das NFC Bricklet ist verfügbar.

Der Aufbau ist am einfachsten wenn die folgenden Schritte befolgt werden:

• Stecke lange schrauben durch Unterteil,

• stecke Bricklet auf Unterteil und schraube es mit Abstandshaltern fest,

• baue Seitenteile auf,

• stecke zusammengebaute Seitenteile in Unterteil und

• schraube Oberteil mit kleinen Schrauben zum Unterteil.

Im folgenden befindet sich eine Explosionszeichnung des NFC Bricklet-Gehäuse:

Hinweis: Auf beiden Seiten der Platten ist eine Schutzfolie, diese muss vor dem Zusammenbau entfernt werden.

Programmierschnittstelle¶

Siehe Programmierschnittstelle für eine detaillierte Beschreibung.