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关于RFID EPC Class1 Gen2电子标签的命令

2021-05-31 14:06:34 明申科技 46

符合EPC Class1 Gen2(简称G2)协议V109版的电子标签(Tag)和读写器(Reader)应该具有下述的特性:

一、标签存储器分区

Tag memory分为Reserved(保留),EPC(电子产品代码),TID(标签识别号)和User(用户)四个独立的Bank(存储区块)。

Reserved:存储Kill Password(灭活口令)和Access Password(访问口令)。

EPC:存储EPC号码等。

TID:存储标签识别号码, 每个TID号码应该是唯一的。

User:存储用户定义的数据。

此外,还有各区块的Lock(锁定)状态位等用到的也是存储性质的单元。


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二、标签的状态

收到连续波(CW)照射上电(Power-up)以后, 标签可处于Ready(准备), Arbitrate(裁断), Reply(回令), Acknowledged(应答), Open(公开), Secured(保护), Killed(灭活)七种状态之一。

Ready状态是未被灭活的标签上电以后,开始所处的状态,准备响应命令。

Arbitrate状态主要是为等待响应Query等命令。

响应Query后,进入Reply状态,进一步将响应ACK命令就可以发回EPC号码。

发回EPC号码后,进入Acknowledged状态,进一步可以响应Req_RN命令。

Access Password不为0才可以进入Open状态,在此进行读、写操作。

已知Access Password才可能进入Secured状态,进行读、写、锁定等操作。

进入到Killed状态的标签将保持状态不变,永远不会产生调制信号以激活射频场,从而永久失效。被灭活的标签在所有环境中均应保持Killed状态,上电即进入灭活状态,灭活操作不可逆转。

要使标签进入某一状态一般需要适当次序的一组合法命令,反过来各命令也只能当标签在适当的状态下才能有效,标签响应命令后也会转到其他状态。

三、命令分类

从命令体系架构和扩展性角度,分为Mandatory(必备的),Optional(可选的),Proprietary(专有的)和Custom(定制的)四类。

从使用功能上看,分为标签Select(选取),Inventory(盘点)和Access(存取)命令三类,此外还为了以后命令扩展,预留了长短不同的编码待用。

四、必备的(Mandatory)命令

符合G2协议的标签和读写器,应该支持必备的命令有十一条:

Select(选择)

Query(查询)

QueryAdjust(调节查询)

QueryRep(重复查询)

ACK(EPC答复)

NAK(转向裁断)

Req_RN(随机数请求)

Read(读)

Write(写)

Kill(灭活)

Lock(锁定)

五、可选的(Optional)命令

符合G2协议的标签和读写器,可选的命令有三条:Access(访问),BlockWrite(块写),BlockErase(块擦除)。

六、专有的(Proprietary)命令

专有的命令一般用于制造目的,如标签内部测试等,标签出厂后这样的命令应该永久失效。

七、定制的(Custom)命令

可以是制造商自己定义而开放给用户使用的命令,如Philips公司提供有:BlockLock(块锁定),ChangeEAS(改EAS状态),EASAlarm(EAS报警)等命令(EAS是商品电子防盗窃系统Electronic Article Surveillance的缩写)。

八、从功能角度: 选取(Select)类命令

仅有一条:Select,是必备的。标签有多种属性,基于用户设定的标准和策略,使用Select命令,改变某些属性和标志人为选择或圈定了一个特定的标签群,可以只对它们进行盘点识别或存取操作,这样有利于减少冲突和重复识别,加快识别速度。

九、从功能角度: 盘点(Inventory)类命令

有五条:Query,QueryAdjust,QueryRep,ACK,NAK,都是必备的。

1、标签收到有效Query命令后,符合设定标准被选择的每个标签产生一个随机数(类似掷骰子),而随机数为零的每个标签,都将产生回响(发回临时口令RN16, 一个16-bit随机数),并转移到Reply状态;符合另一些条件的标签会改变某些属性和标志,从而退出上述标签群,有利于减少重复识别。

2、标签收到有效QueryAdjust命令后,各标签分别新产生一个随机数(象重掷骰子),其他同Query。

3、标签收到有效QueryRep命令后,只对标签群中的每个标签原有的随机数减一,其他同Query。

4、仅单一化的标签才能收到有效ACK命令(使用上述RN16,或句柄Handle,一个临时代表标签身份的16-bit随机数,此为一种安全机制),收到后发回EPC区中的内容,EPC协议最基本的功能。

5、标签收到有效NAK命令后,除了处于Ready、Killed的保持原状态外, 其它情况都转到Arbitrate状态。

十、从功能角度: 存取(Access)类命令

有五条必备的:Req_RN,Read,Write,Kill,Lock,和三条可选的: Access,BlockWrite,BlockErase。

1、标签收到有效Req_RN(with RN16 or Handle)命令后,发回句柄,或新的RN16,视状态而不同。

2、标签收到有效Read(with Handle)命令后,发回出错类型代码,或所要求区块的内容和句柄。

3、标签收到有效Write(with RN16 & Handle)命令后,发回出错类型代码,或写成功就发回句柄。

4、标签收到有效Kill(with Kill Password, RN16 & Handle)命令后,发回出错类型代码,或灭活成功就发回句柄。

5、标签收到有效Lock(with Handle)命令后,发回出错类型代码,或锁定成功就发回句柄。

6、标签收到有效Access(with Access Password,RN16 & Handle)命令后,发回句柄。

7、标签收到有效BlockWrite(with Handle)命令后,发回出错类型代码,或块写成功就发回句柄。

8、标签收到有效BlockErase(with Handle)命令后,发回出错类型代码,或块擦除成功就发回句柄。

十一、G2用什么机制避免冲突

上述解答中提到,当不止一个随机数为零的标签各发回不同的RN16时,它们在接收天线上会出现不同RN16的波形迭加,也即所谓冲突(collisions),从而不能正确解码。有多种抗冲突机制可以避免波形迭加变形,例如设法(时分)使某时刻只有一个标签“发言”,接着再单一化处理,就能识别读写多张超高频RFID标签中的每一张标签。

上述三条Q字头的命令体现了G2的抗冲突机制:随机数为零的标签才能发回RN16,若同时有多个标签随机数为零,而不能正确解码,就策略性地重发Q字头的命令或组合给被选择的标签群,直到能正确解码。


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十二、标签识别号(TID)唯一性如何达成

标签识别号TID(Tag identifier)是标签之间身份区别的标志(可以类比于钞票的编号)。 从安全和防伪角度考虑,任何两张G2标签不应该完全相同,标签应该具有唯一性。标签四个存储区块各有用处,出厂后有的还能随时改写,只有TID应该也可以担当此任,所以标签的TID应该具有唯一性。

出厂前G2芯片的生产厂家应使用Lock命令或其他手段作用于TID,使之永久锁定,并且生产厂家或有关组织应该保证每个G2芯片适当长度的TID是唯一的,任何情况下不会有第二个同样的TID,即使某G2标签处于Killed状态不会被激活再使用,它的TID(仍在此标签中)也不会出现在另一张G2标签中。

这样由于TID是唯一的,虽然标签上的EPC码等可以被复制到另一张标签上去,也能通过标签上的TID加以区分,从而正本清源。此种架构和方法简单可行,但要注意保证唯一性的逻辑链。

V109版的G2协议对TID的规定,必须的仅有32-bit(包括8-bit allocation class identifier,12-bit tag mask-designer identifier,12-bit tag model number),对更多位的bit,如SNR(serial number序列号)是Tags may contain而非should。但由于EPC号码被设计成会用到区分单件商品上,32-bit大概是不够用的,应该具有SNR。

十三、G2协议中的灭活(Kill)命令

G2协议设置了Kill命令,并且用32-bit的密码来控制,有效使用Kill命令后标签永远不会产生调制信号以激活射频场,从而永久失效。但原来的数据可能还在标签中,若想读取它们并非完全不可能,可以考虑改善Kill命令的含义--附带擦除这些数据。

此外在一定时期内,由于G2标签使用的成本或其他原因,会考虑到兼顾标签能回收重复使用的情况(如用户要周转使用带标签的托盘、箱子,内容物更换后相应的EPC号码、User区内容要改写; 更换或重新贴装标签所费不菲、不方便等等),需要即使被永久锁定了的标签内容也能被改写的命令,因为不同锁定状态的影响,仅用Write或BlockWrite,BlockErase命令,不一定能改写EPC号码、User内容或者Password(如标签的EPC号码被锁定从而不能被改写,或未被锁定但忘了这个标签的Access Password而不能去改写EPC号码)。这样就产生了一个需求,需要一个简单明了的Erase命令--除了TID区及其Lock状态位(标签出厂后TID不能被改写),其他EPC号码、Reserved区、User区的内容和其它的Lock状态位,即使是永久锁定了的,也将全部被擦除以备重写。

比较起来,改善的Kill命令和增加的Erase命令功能基本相同(包括应该都使用Kill Password),区别仅在于前者Kill命令使不产生调制信号,这样也可以统一归到由Kill命令所带参数RFU的不同值来考虑。

十四、标签或读写器不支持可选的(Access)等命令怎么办?

若不支持BlockWrite或BlockErase命令,完全可以由Write命令(一次写16-bit)多使用几次代替,因为擦除可以认为是写0,前者块写、块擦除的块是几倍的16-bit,其他使用条件类似。

若不支持Access命令,只有Access Password为0,才可进入Secured状态,才能使用Lock命令。在Open或Secured状态里都可以改变Access Password,之后再使用Lock命令锁定或永久锁定Access Password的话(pwd-read/write位为1,permalock位为0或1,参考附表),则标签再也进不了Secured状态了,也再不能使用Lock命令去改变任何锁定状态了。

若支持Access命令,才可能使用相应的命令自由进入全部各种状态,除了标签被永久锁定或永久不锁而拒绝执行某些命令和处于Killed状态以外,也多能有效执行各个命令。


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