NFC-SWP移动支付解决方案技术分析

　　NFC是这几年飞速发展的一种新兴技术，技术目标是电子设备之间的近距离通讯，工作在13.56MHz频段。NFC技术的出现，极大地促进了RFID技术与移动通讯技术的融合进展，引发出许多新的应用模式。SWP方案是基于NFC技术的一种移动支付解决方案。

　　单线连接协议主要是连接手机SIM卡或者SD卡到CLF之间的通讯，现在已经被所有SIM卡厂商承认使用，更有部分手机制造商也加入此行列。SWP方案有三种实现方式，分别是NFC-SIM方案、NFC-SD方案以及全终端方案。目前银联首推SWP-SD方案，国内三大运营商中国联通、中国电信、中国移动以SWP-SIM方案作为目标方案。

　　SWP方案的NFC功能实现由两部分组成：NFC模拟前端(NFC Controller与天线)和安全单元。根据应用需求的不同，安全单元可以是SIM、SD、SAM 或其它芯片。NFC-SIM方案的安全单元是SIM卡，NFC-SD的安全单元是Micro SD卡。

　　SWP方案和双界面卡方案、贴膜卡方案相比，其优势在于SWP相关规范属于国际规范，且产业链比较成熟，并且支持NFC技术的三种工作模式——卡模拟模式、读卡器模式以及点对点模式。

　　1. SWP规范体系

　　目前SWP方案已有成熟技术要求和测试方法，其ETSI标准体系如图所示。

　　2. SWP接口

　　SWP是由Gemalto(金雅拓)公司提出的基于C6引脚的单线连接方案。下图是SWP方案连接示意图。

　　在SWP方案中，接口界面包括三根线：VCC(C1)、GND(C5)、SWP(C6)，其中SWP 一根信号线上基于电压和负载调制原理实现全双工通讯，这样可以实现SIM卡在ISO7816界面定义下同时支持7816和SWP 两个接口，并预留了扩展第三个高速(USB)接口的引脚。支持SWP的SIM卡必须同时支持ISO和SWP两个通信协议，并且这两部分需要独立管理的，ISO界面的RST信号不能对SWP部分产生影响。SWP是在一根单线上实现全双工通讯，定义了S1和S2两个方向的信号。S1信号通过一个数字调制(低或高)的电压信号传输，S2信号通过一个数字调制(低或高)的电流信号传输。SWP接口有三种状态：激活状态、挂起状态和去激活状态。SWP接口在激活状态进行正常工作。

　　图3是智能卡上的SWP协议栈的总体流程图。一个特定的系统所使用的一组协议称为协议栈。SWP接口系统为完成与NFC芯片的数据传输，底层使用SWP协议，上层使用HCI协议。SWP协议和HCI协议一起组成了SWP接口系统的协议栈。SWP协议分为MAC层和LLC层，其中MAC层负责封帧和解帧，LLC层实现帧的错误管理和数据交互的控制。HCI层规定了UICC与非接触通信模块(CLF)间主控接口的技术要求。

　　图 3 SWP协议栈流程图

　　SWP接口依靠硬件中断驱动，SWP接口没有被激活前，一直处于等待中断的状态。通过 SWP接口通信时，一旦检测到存在射频场，NFC 芯片便被激活。NFC芯片发送S1信号给SIM卡，SIM 卡检测到S1电压信号后，触发 Suspended 中断通知软件做好准备通信。此时，软件设置通信参数，然后等待接收后续数据的中断，进行SWP接口的初始激活过程。如果SWP接口初始激活成功，软件开始协商SHDLC协议的滑动窗口大小WS，等待SHDLC链路的建立。一般来说窗口大小是由硬件的接收和发送FIFO的数量来决定，假设卡端支持的滑动窗口为WS=N，NFC芯片发送支持滑动窗口WS=M的reset帧，若M SHDLC链路建立成功后，SWP接口等待信息帧。接收到信息帧，根据硬件写入的状态寄存器的接收字节数从RX FIFO中读取数据，然后由软件解析收到的数据包;通过HCP的路由层把数据包递交给应用层，应用层根据消息的类型进行相应的处理。

　　3. 智能卡中SWP协议栈的实现难点解析

　　无论是实现SWP-SIM卡还是SWP-SD卡的进场支付功能，都需要在安全芯片上建立与CLF通信的SWP接口。SWP接口除了需要硬件的支持以外，其软件协议接口也是非常重要的。通过一年多的研究，在深入学习SWP相关技术规范和测试规范的基础上，总结出SWP协议栈的实现有四个技术难点，分别是：

　　(1)为保证SWP模块具有较强的平台移植能力，尽可能一层之间的传递关系简化。并以最少的开销实现对底层芯片和上层应用的传递和依赖。这也对程序设计和功能模块的界定提出较严格的要求。而且考虑到模块代码对资源的占用，需要尽可能的压缩自身系统代码空间和ram空间。

　　(2)在原有安全芯片操作平台中，只有单7816接口，没有双接口独立机制。在新设计框架下，实现了双接口独立工作，即可在SWP正常工作时7816初始化发ATR。或者在7816工作任何阶段做SWP激活处理。

　　(3)功耗问题，在有些手机上卡片功耗过大会导致SWP接口不能稳定工作。 SWP接口激活时对卡片的时序是有要求的，即VCC上电1ms后拉高S1信号，卡片须在0.7ms内发送出ACT_SYNC帧。而且在使用进场支付功能时，即使用POS机中的充值和消费功能时对卡片的响应时间有要求。所以在设计协议栈时卡片的CPU工作频率需要多方斟酌，必须满足两方面的要求。

　　(4)由于卡端与CLF端整体对外表现为非接触卡片，所以需要设置CLF端对外表现的非接触特性。这就要将CLF设置为相应的非接触传输模式。该部分属于HCI层初始化参数的配置，参数的配置涉及到在各个手机上的兼容性。

　　4. 总结与展望

　　近几年，因为3G和4G在内的关键技术在新市场得到进一步推广，以及各个供应商的积极扩展计划，手机网络覆盖面积不断扩大，同时随着智能手机价格的下滑，越来越多的消费者选择功能更为齐全的智能手机。手机已不再是简单的通信工具，将来有望集通信、娱乐、支付功能于一体。

　　在国内，中国银联对整个移动支付产业的指导、支持和监督取得了非常显著的效果。央行第三方支付牌照的发放，规范了行业的竞争格局，有利于整个行业的健康发展。继中国银联之后，中国三大运营商——中国移动，中国联通以及中国电信——也终于开始全面推广NFC-SWP模式的手机支付业务，而且三星、HTC等手机厂商均已推出支持NFC功能的多款手机。在有秩序的市场环境影响下，很多科技设备提供方，也会投入更多的资源用于技术的开发之上。相信在未来“SWP- SIM卡产品”和“SWP-SD卡产品”能够有更好的业绩，并为大家提供更多更好的产品。同时，我国移动支付也将迎来更加广阔和光明的发展前景。