【导读】随着NFC近场通信功能的不断普及，以其传输速率快，安全性高等特点，在不同的领域都有着广泛的应用。在授权，支付，蓝牙以及WIFI配对方面有着突出的优势，将NFC的应用引入智能电视，使得信息分享，通信连接更加方便快捷，将能够极大提升用户体验。
摘要
NFC近场通信（Near Field Communication）是一种短距离的高频无线通信技术，允许电子设备之间进行非接触点对点数据传输(在十厘米内)交换数据。这个技术由射频识别技术(RFID)演变而来，且向下兼容RFID.通过在智能电视应用NFC技术，便于智能手机等设备和电视机实现快速配对，分享内容。也可以实现带NFC功能遥控器与NFC电视的轻松配对，镜像模式在几秒内就能激活，并开始向大屏幕或家庭影院上传输流媒体内容。 其实NFC 技术也用在蓝牙的配对，手机支付，信息直接的交互与保存等应用。
1 NFC智能电视的系统结构和总体设计方案
本文设计采用了TI的TRF7970A transceiver IC作为电视机端，RF430CL330H NFCTag应用在遥控器端；在本系统中，其基本功能应用如下：
TRF7970A可以通过和RF430CL330H的相互通信，实现电视和遥控器之间的配对，也就是目前2.4GHz数据传输前的配对；
TRF7970A可以和NFC智能手机实现WiFi的快速配对；
RF430CL330H可以和智能手机之间的通信，实现手机的数据信息转换到遥控器或者电视上面；
可以通过NFC的空中接口对Firmware的软件升级；
TRF7970A可以对标签的读写操作，实现电视的功能项选择；
图1 系统结构框图
TRF7970A满足NFC的三种功能通信方式：Reader/Write, Pear to Pear和Card Emulaiton，完全满足ISO/IEC18092, ISO/IEC21481的NFC标准；可以完全与满足NFC标准的设备端进行信息的交互，RF430CL330H是一款动态的NFC Tag芯片, 符合NFC Type 4的标准，支持的数据速率可达848Kbps, SPI接口可以MCU进行有效的沟通。
2 硬件电路设计
2.1 TRF7970A模块硬件电路设计
TRF7970A是一款13.56MHz RFID高集成度的射频前端芯片，完全支持NFC的协议标准，通过对该芯片的ISO Control寄存器进行配置，可以设置成为不同模式的工作状态；TRF7970A支持SPI和并口两种通讯接口模式，宽电压(2.7V~5.5V)供电，内部集成了LDO，支持5种电源管理模式，在5V供电的情况下输出功率可达200mW。接收回路有两路(RX1和RX2)，相位相差90度，保证接收的稳定和可靠性，其基本的硬件电路如下图所示：
图2 TRF7970A射频前端电路
射频前端匹配到50欧姆的射频阻抗，基本的匹配网络如下所示：
图3 TRF7970A射频前端匹配网
2.2 TRF7970A天线匹配电路构建
TRF7970A天线是一款50欧姆的阻抗匹配天线，其基本的匹配电路如下所示：
图4 TRF7970A天线匹配电路
由于天线的材质和尺寸大小不一样，每一款生产出来的TRF7970A天线匹配电路天线都要做完整的天线匹配，根据设计的系统Q值，天线的电感值来对射频前端的参数进行完整的匹配。
2.3 RF430CL330H模块硬件电路设计
RF430CL330H是一款满足NFC Type 4的动态标签，支持ISO/IEC14443 Type B, 支持SPI和I2C接口，有RF唤醒功能的一款动态标签；其基本的硬件电路如下：
图5 RF430CL330H基本参考电路
从该原理图可以看出，外面很少的外围器件就可以集成到别的芯片外围电路上去，以实现快速的NFC功能。在该遥控器项目中，RF430CL330H及外围电路集成到遥控器的电路上，只是把线圈拿出来作为一个独立的模块，这样便于读写操作。
3 系统软件设计
系统软件设计主要包括智能电视应用中的各项功能的实现：有对TAG的读取以获取特定电视或者网络节目的权限，有对蓝牙配对WIFI配对的需求实现快速建立蓝牙与WIFI的连接，另外电视可以通过P2P功能获取手机相关图片，链接信息，实现信息的快速切换。也可以通过NFC对Firmware进行无线升级。
3.1 标签读取
TRF7970A可支持ISO15693，ISO14443A/B等标签的读取（如图6所示）。
图6 TRF7970A支持的卡片标准
3.2 蓝牙配对
根据NFC论坛与蓝牙SIG联盟定义的安全简易配对Bluetooth secure simple paring using NFC（NFCForum-AD-BTSSP）规范，将蓝牙配对信息（如下数组）通过MCU写RF430CL330H的NDEF区域，当任何具有NFC功能的设备，读取到该内容后将自动进行蓝牙配对的连接过程。
蓝牙的OOB数据格式如图7所示。包括OOB数据长度，蓝牙设备地址与名称，设备种类以及UUID。
图7 NDEF中的蓝牙OOB数据格式
蓝牙的NDEF写入信息数据结构如下：
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论坛定义的Simple NDEF Exchange Protocol（NFCForum-TS-SNEP规范，其主要流程如下。手机可以通过P2P的功能将相关的信息例如图片，链接等与电视进行快速交互。
图8 P2P的软件操作流程
在P2P中设备分为主动模式Initiator和被动模式Target。TRF7970A既可以作为Initiator也可以作为Target。相对来说Target模式下能够有效节约功耗。
1. 主动模式：设备本身会产生RF 电磁场
2. 被动模式：设备使用感应的电磁场进行数据传输
图9 P2P的工作模式
3.4 Firmware Update
将MCU的BSL功能与NFC的技术互相结合，通过P2P的方式实现软件升级。以TI的MSP430为例，BSL的软件主要包括Peripheral Interface（PI），Command Interface以及BSL_API。BSL的软件升级接口可以通过UART，SPI，那么将NFC的接口与SPI结合即可实现通过NFC对软件的升级。如图10所示。
图10 BSL软件升级方式
其中NFC的PI主要包括三层：SPI驱动，RFID硬件接口（与TRF7970A的接口）以及NFC（NFC协议的实现，P2P）功能。
图11 NFC PI结构
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