NFC技术在M1卡中的运用学习

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NFC技术介绍

NFC（Near Field Communication），一种近场无线通信技术。通讯距离通常为4cm以内，工作频率13.56MHz，通信速率106kbit/s到848kbit/s。

NFC通信由一个发起者（initiator）和一个接受者（target）组成。其工作原理和收音机类似。NFC也支持点到点的通信（peer to peer）。

在刚刚推出的iphone6也支持NFC功能，但是apple目前限制在Apple Pay上的运用，所以距离开发者使用还有一段距离。

在Android NFC应用中，Android手机通常可作为发起者，也可作为NFC读写器。从Android 2.3.3起支持p2p通信。

Android的SDK中，有android.nfc和android.nfc.tech两个包支持NFC技术。

android.nfc包中主要类如下：

  • NfcManager用来管理Android设备中指出的所有NFC Adapter，大多Android设备只支持一个NFC Adapter，所以可以使用getDefaultAdapter获取系统支持的Adapter。
  • NfcAdapter为NFC Adapter对象，可以用来定义一个Intent使系统在检测到NFC Tag时通知你定义的Activity，并提供用来注册forground tag消息发送的方法等；
  • NdefMessage和NdefRecord NDEF为NFC forum定义的数据格式；
  • Tag代表一个Tag对象，如一个标签、卡片等。当Android设备检测到一个Tag时，会创建一个Tag对象，将其放在Intent对象，然后发送到相应地Activity中。

android.nfc.tech中定义了可以对Tag进行的读写操作的类，可以分为NfcA、NfcB、NfcF和MifareClassic等。

[来源] Android NFC 开发教程(1):概述

NFC在Android上的开发

在Android manifest文件中申明和NFC相关的权限和功能选项：

权限申明

由于NFC是在Android 2.3（Level 10）才开始支持的，所以有版本限制

同样,需要硬件支持NFC功能

为Activity申明它支持处理NFC Tag，下面是示例：

<activity android:name=”.NFCDemoActivity”
android:label=”@string/app_name”
android:launchMode=”singleTop”>
<intent-filter>
< action android:name=”android.intent.action.MAIN” />
<category android:name=”android.intent.category.LAUNCHER” />
< /intent-filter>

< intent-filter>
< action android:name=”android.nfc.action.NDEF_DISCOVERED”/>
<data android:mimeType=”text/plain” />
< /intent-filter>

< intent-filter>
< action
android:name=”android.nfc.action.TAG_DISCOVERED” />
< category
android:name=”android.intent.category.DEFAULT”>
< /category>
< /intent-filter>

< !– Add a technology filter –>
<intent-filter>
< action android:name=”android.nfc.action.TECH_DISCOVERED” />
< /intent-filter>
<meta-data android:name=”android.nfc.action.TECH_DISCOVERED”
android:resource=”@xml/filter_nfc”
/>
</activity>

上面的filter_nfc是一个xml的文件，指明了支持处理的NFC Tag类型，filter_nfc.xml格式示例如下：

<resources xmlns:xliff=”urn:oasis:names:tc:xliff:document:1.2″>
< !– capture anything using NfcF –>
<tech-list>
< tech>android.nfc.tech.NfcA</tech>
< tech>android.nfc.tech.MifareClassic</tech>
< tech>android.nfc.tech.MifareUltralight</tech>
</tech-list>
</resources>

三种Activity NDEF_DISCOVERED、TECH_DISCOVERED、TAG_DISCOVERED的先后顺序很重要，Android设备会根据申明的顺序给对应的Activity发送含NFC消息的Intent。

Android NFC 消息发送机制

Android支持下面两种机制：Intent发送机制和前台Activity消息发送机制

  1. 所谓Intent发送机制：当系统检测到Tag时，Android系统提供manifest中定义的Intent filter来选择合适的Activity来处理Tag，当有多个Activity可以处理时，会弹出Activity选择窗口由用户选择。

  2. 前台Activity消息发送机制：允许一个在前台运行的Activity在读写NFC Tag时具有优先权，就是说前台运行的Activity可以处理该Tag时，就直接发送给这个Activity处理该Tag。

下图显示了Android检测到Tag，消息发送的优先级

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对于Intent发送机制只需在manifest中说明即可，而对前台机制还需要通过代码申明。

public class NFCDemoActivity extends Activity {  
 private NfcAdapter mAdapter;  
 private PendingIntent mPendingIntent;  
 private IntentFilter[] mFilters;  
 private String[][] mTechLists;  
 private TextView mText;  
 private int mCount = 0;  

 @Override  
 public void onCreate(Bundle savedState) {  
 super.onCreate(savedState);  

 setContentView(R.layout.foreground_dispatch);  
 mText = (TextView) findViewById(R.id.text);  
 mText.setText("Scan a tag");  

 mAdapter = NfcAdapter.getDefaultAdapter(this);  

 // Create a generic PendingIntent that will be deliver  
 // to this activity. The NFC stack  
 // will fill in the intent with the details of the  
 //discovered tag before delivering to  
 // this activity.  
 mPendingIntent = PendingIntent.getActivity(this, 0,  
 new Intent(this,  
    getClass()).addFlags(Intent.FLAG_ACTIVITY_SINGLE_TOP), 0);  

 // Setup an intent filter for all MIME based dispatches  
 IntentFilter ndef  
    = new IntentFilter(NfcAdapter.ACTION_TECH_DISCOVERED);  
 try {  
 ndef.addDataType("*/*");  
 } catch (MalformedMimeTypeException e) {  
 throw new RuntimeException("fail", e);  
 }  
 mFilters = new IntentFilter[] {  
 ndef,  
 };  

 // Setup a tech list for all MifareClassic tags  
 mTechLists  
  = new String[][] { new String[] { MifareClassic.class.getName() } };  
 }  

 @Override  
 public void onResume() {  
 super.onResume();  
 mAdapter.enableForegroundDispatch(this,  
     mPendingIntent, mFilters, mTechLists);  
 }  

 @Override  
 public void onNewIntent(Intent intent) {  
 Log.i("Foreground dispatch",  
     "Discovered tag with intent: " + intent);  
 mText.setText("Discovered tag " +  
       ++mCount + " with intent: " + intent);  
 }  

 @Override  
 public void onPause() {  
 super.onPause();  
 mAdapter.disableForegroundDispatch(this);  
 }  
}

上面的代码只对mafiare one卡可用，另外由于M1卡的专利属于恩智浦公司，所以只有恩智浦生产的nfc芯片才支持对M1卡的读写，非恩智浦公司的nfc芯片则不支持M1卡，小米3使用的NFC芯片不支持M1卡。

[来源] Android NFC 开发教程(2): ApiDemos->NFC->ForegoundDispatch

M1卡结构及读写

Mifare Tag有1K、2K和4K几种容量。其内存分布如下：

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M1卡每扇区的第三块为控制块，有keyA和keyB进行鉴权。缺省的key值一般为全FF或全00，由MifareClassic.KEY_DEFAULT定义。

下面代码示范了在public void onNewIntent(Intent intent)中的主要操作

// 1) Parse the intent and get the action that triggered this intent  
String action = intent.getAction();  
// 2) Check if it was triggered by a tag discovered interruption.  
if (NfcAdapter.ACTION_TECH_DISCOVERED.equals(action)) {  
 // 3) Get an instance of the TAG from the NfcAdapter  
 Tag tagFromIntent = intent.getParcelableExtra(NfcAdapter.EXTRA_TAG);  
 // 4) Get an instance of the Mifare classic card from this TAG  
 // intent  
 MifareClassic mfc = MifareClassic.get(tagFromIntent);  
 MifareClassCard mifareClassCard=null;  

 try { // 5.1) Connect to card  
 mfc.connect();  
 boolean auth = false;  
 // 5.2) and get the number of sectors this card has..and loop  
 // thru these sectors  
 int secCount = mfc.getSectorCount();  
 mifareClassCard= new MifareClassCard(secCount);  
 int bCount = 0;  
 int bIndex = 0;  
 for (int j = 0; j < secCount; j++) {  
 MifareSector mifareSector = new MifareSector();  
 mifareSector.sectorIndex = j;  
 // 6.1) authenticate the sector  
 auth = mfc.authenticateSectorWithKeyA(j,  
 MifareClassic.KEY_DEFAULT);  
 mifareSector.authorized = auth;  
 if (auth) {  
 // 6.2) In each sector - get the block count  
 bCount = mfc.getBlockCountInSector(j);  
 bCount =Math.min(bCount, MifareSector.BLOCKCOUNT);  
 bIndex = mfc.sectorToBlock(j);  
 for (int i = 0; i < bCount; i++) {  

 // 6.3) Read the block  
 byte []data = mfc.readBlock(bIndex);  
 MifareBlock mifareBlock = new MifareBlock(data);  
 mifareBlock.blockIndex = bIndex;  
 // 7) Convert the data into a string from Hex  
 // format.  

 bIndex++;  
 mifareSector.blocks[i] = mifareBlock;  

 }  
 mifareClassCard.setSector(mifareSector.sectorIndex,  
 mifareSector);  
 } else { // Authentication failed - Handle it  

 }  
 }  
 ArrayList<String> blockData=new ArrayList<String>();  
 int blockIndex=0;  
 for(int i=0;i<secCount;i++){  

 MifareSector mifareSector=mifareClassCard.getSector(i);  
 for(int j=0;j<MifareSector.BLOCKCOUNT;j++){  
 MifareBlock mifareBlock=mifareSector.blocks[j];  
 byte []data=mifareBlock.getData();  
 blockData.add("Block "+ blockIndex++ +" : "+  
 Converter.getHexString(data, data.length));  
 }  
 }  
 String []contents=new String[blockData.size()];  
 blockData.toArray(contents);  
 setListAdapter(new ArrayAdapter<String>(this,  
 android.R.layout.simple_list_item_1, contents));  
 getListView().setTextFilterEnabled(true);  

 } catch (IOException e) {  
 Log.e(TAG, e.getLocalizedMessage());  
 showAlert(3);  
 }finally{  

 if(mifareClassCard!=null){  
 mifareClassCard.debugPrint();  
 }  
 }  
}// End of method

[来源]
Android NFC 开发教程(3): Mifare Tag 读写示例

[额外阅读]
Android NFC 门票系统手机端程序简介

作者： Peter
出处： http://codefunny.github.io/
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