RFID UHF(EPC)标签使用常识

转载自 https://blog.csdn.net/weixin_30929011/article/details/100003456

现在做UHF应用的越来越多了，如何根据实际应用设计系统以达到更佳的使用效果，其中对UHF标签相关内容的了解至关重要，很多朋友对标签的了解不多，在此不才，整理了一些资料，供大家参考，有出入的地方欢迎各位鞋童多拍砖头，大家一起来探讨，最后达到你好，我好，大家都好的效果。      符合EPC Class1 Gen2（简称G2）协议V109版的电子标签（Tag，简称标签）和Reader（读写器）,应该具有下述的特性。

Q1：标签存储器分为哪几个区？

A：Tag memory（标签内存）分为Reserved（保留），EPC（电子产品代码），TID（标签识别号）和User（用户）四个独立的存储区块（Bank）。
Reserved区：存储Kill Password（灭活口令）和Access Password（访问口令）。
EPC区：存储EPC号码等。
TID区：存储标签识别号码，每个TID号码应该是唯一的。
User区：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。

Q2：标签有哪几种状态？

A：收到连续波（CW）照射即上电（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。
1、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。
2、在Arbitrate状态，主要为等待响应Query等命令。
3、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。
4、发回EPC号码后，进入Acknowledged状态，进一步可以响应Req_RN命令。
5、Access Password不为0才可以进入Open状态，在此进行读、写操作。
6、已知Access Password才可能进入Secured状态，进行读、写、锁定等操作。
7、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。

Q3：命令分为哪几类？

A：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。

Q4：必备的（Mandatory）命令有哪些？

A：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）。

Q5：可选的（Optional）命令有哪些？

A：符合G2协议的标签和读写器，支持也可以不支持可选的命令有三条：Access（访问），BlockWrite（块写），BlockErase（块擦除）。

Q6：专有的（Proprietary）命令会是什么？

A：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。

Q7：定制的（Custom）命令会有哪些？

A：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）。

Q8：选取（Select）类命令有哪些？

A：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就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。

Q9：盘点（Inventory）类命令有哪些？

A：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）,随机数位数为Q，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，Q值加1或减1后重新新产生一个随机数（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。

Q10：存取（Access）类命令有哪些？

A：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。

Q11：所谓冲突（collisions）是怎么回事，怎样抗冲突？G2用什么机制抗冲突的？

A：按上述Q9解答中提到的，当有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。

Q12：标签识别号（TID）应该具有唯一性吗？怎样达成？

A：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；从上述Q1的解答中我们知道，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），说的是“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。G2协议修订或者Class 2等会考虑这些的吧。

Q13：G2协议中的灭活（Kill）命令效果怎么样？能否重新使用已灭活的标签？

A：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。果然如此的话，人们应该可以彻底放心了。
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。

Q14：G2中访问（Access）等命令是可选的，若标签或读写器不支持可选的命令怎么办？

A：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。
G2协议规定的Access命令属于Optional可选的，但日后若能让Access命令成为必备的或者厂商生产对G2标签和读写器都支持Access命令的话，则控制和使用起来将比较灵活和全面.

Q15：G2中Immediate Tag reply、Delayed Tag reply、in-process reply ？

A：

【An immediate Tag reply is a reply that meets T1 specified in Table 6.16.

对于多数指令，阅读器发送指令后标签在立刻回应(对应时间控制参数T1)
【A delayed Tag reply is a reply that meets T5 specified in Table 6.16.

对于某些指令，阅读器发送命令后，标签需要一定的时间才能完成操作并回应，标签可能会延长一定的时间再回应(对应时间控制参数T5)
当阅读器发送一个delayed reply指令后，阅读器应该要发送一段时间长度至少为Min(Treply，T5(max))的CW波，阅读器可能会观测到以下三种情况

• Tag成功执行该命令：标签在T5(max)时间以内回复Table6.13的内容
• Tag发生错误：标签在Min(Treply，T5(max))时间段内回应一个错误代码
• Tag不回应：在T5(max)内没有回应，此时阅读器应该发送Req_RN来验证标签是否还在自己的识读范围内，然后看情况发送其他命令

【An in-process reply allows a Tag to spend longer than T5(max) executing a command

对于某些指令，Tag需要一定时间做计算处理，因此采用in-process reply 方式回应(对应时间控制参数T6，T7)
当阅读器发送一个in-process reply命令后，允许标签在长于T5(max)时间后再回应，并周期性的通知阅读器自己正在计算处理中；in-process reply指令发送后标签可能会先后反射多个信号，第一个反射信号应该满足T6参数指标（见Table 6.16），接下来的其他反射信号应满足T7参数指标；标签在处理计算中应该至少每隔T7(max)时间反射一次信号；阅读器会指定在每一个使用in-process reply的access命令（除AuthComm外），标签在完成处理计算后是返回最终结果还是把结果保存在标签的ResponseBuff中，对于AuthComm命令，标签一定是不保存处理结果，直接将其反射回来给阅读器。 阅读器发送in-process reply命令后可能会观察到以下三种情况：

• Tag成功执行该命令：Tag至少没T7(max)时间回应一个Table6.14定义的信号。对于中间信号 Done 、header 应该全为0, response为null, 如果回应包含length则length=0000h.当Tag完成计算处理后发送的final reply中done=1, header=0。如果阅读器收到header=0则表示该命令成功完成。
• Tag发生错误：...
• Tag不回应：...

对于in-process reply命令，无论TRext值为多少，Tag都按照TRext=1回应

Q16：G2中阅读器什么编码方式？

A：G2中阅读器使用PIE编码方式，使用如下图两种PIE符号代表0和1。

PIE（Pulse interval encoding）编码的全称为脉冲宽度编码，通过定义脉冲下降沿之间的不同时间宽度来表示数据。

规定中，由阅读器发往标签的数据帧由SOF（帧开始信号）、EOF（帧结束信号）、数据0和1组成。在GEN2标准中定义了一个名称为Tari的时间间隔，也称为基准时间间隔，该时间为码0时间宽度，取值为6.25到25微妙之间。

Q17：G2中标签使用什么编码方式？

A：G2中标签使用FM0、Miller2、Miller4、Miller8编码方式。

标签应该要具备以上四种编码方式的能力，具体使用哪一种有阅读器发送的Query命令指定

Q18：G2中阅读器使用什么调制方式？

A：G2中阅读器使用DSB-ASK, SSB-ASK, 或PR-ASK调制，协议规定标签应该具备解调所有三种调制方式的能力。