Sut i Wneud Ffôn Clyfar gyda Nodweddion NFC
Mae NFC (Cyfathrebu Maes Agos) yn un o nodweddion hanfodol ffonau clyfar modern. Mae'r dechnoleg hon yn caniatáu i ddyfeisiau gyfathrebu dros bellteroedd byr (fel arfer llai na 4 cm) at wahanol ddibenion megis taliadau di-arian parod, ail-lenwi cardiau, mynediad drws, a hyd yn oed paru dyfeisiau fel clustffonau neu seinyddion. Mae llawer o bobl yn pendroni: a yw'n bosibl "gwneud ffôn clyfar gydag NFC"? Yr ateb yw ydy, ond nid yw hynny'n golygu bod yn rhaid i ni adeiladu ffôn clyfar o'r dechrau fel ffatri fawr. Bydd yr erthygl hon yn trafod y ffordd fwyaf realistig a rhesymol o gyflwyno nodweddion NFC i "ffôn clyfar cartref" neu ddyfais ffôn clyfar wedi'i haddasu/ei chydosod, gan gynnwys y cydrannau gofynnol, camau integreiddio, a'r prif heriau.
1. Deall NFC a Sut Mae'n Gweithio
Mae NFC yn gweithio ar amledd o 13,56 MHz ac yn cefnogi dulliau cyfathrebu fel:
1. Modd Darllenydd/Ysgrifennwr: mae'r ffôn clyfar yn gweithredu fel darllenydd tagiau NFC (e.e. darllen cardiau mynediad neu dagiau NFC gludiog).
2. Modd Efelychu Cerdyn: mae'r ffôn clyfar yn "efelychu" cerdyn, er enghraifft ar gyfer taliadau neu reoli mynediad.
3. Modd Cyfoedion-i-Gyfoedion: cyfnewid data rhwng dyfeisiau (e.e. anfon cysylltiadau neu baru cyflym).
Mewn ffonau clyfar, mae'r modiwl NFC fel arfer yn cynnwys:
– Rheolydd/IC NFC (prif sglodion y rheolydd NFC),
– antena NFC (antena siâp coil),
– elfen ddiogel (SE) neu ddewisiadau eraill fel HCE (Efelychiad Cerdyn Gwesteiwr) ar gyfer efelychu cardiau,
– cysylltiad â'r prif brosesydd trwy fws fel I2C neu SPI, yn ogystal â rheoli pŵer.
2. Penderfynu ar y Dull: Adeiladu o'r Dechrau vs. Addasu'r Dyfais
Mae adeiladu ffôn clyfar o'r dechrau (dylunio PCB, dewis SoC, creu cadarnwedd band sylfaen, ardystiad radio, ac ati) yn hynod gymhleth ac mae bron yn amhosibl ei raddfa'n unigol heb dîm mawr a chost.
Dull mwy realistig:
1. Dewiswch ffôn clyfar/bwrdd sydd eisoes yn cefnogi NFC ond nad yw'n weithredol eto (mewn rhai achosion ar amrywiadau o'r ddyfais).
2. Adeiladu ffôn clyfar yn seiliedig ar gyfrifiadur un bwrdd (SBC) + modiwl cellog, yna ychwanegu NFC.
3. Creu dyfais “tebyg i ffôn clyfar” (dyfais Android) gyda NFC, er enghraifft dyfais ciosg, dyfais llaw wedi’i theilwra, neu brototeip.
Ar gyfer yr erthygl hon, rydym yn canolbwyntio ar yr ail a'r trydydd dull oherwydd eu bod yn gwneud y synnwyr technegol mwyaf ac yn ymarferol fel prosiect datblygu dyfeisiau.
3. Cydrannau Angenrheidiol
Dyma'r prif gydrannau os ydych chi eisiau gwneud dyfais Android/llaw sydd â NFC:
a) Llwyfan Cyfrifiadurol (ymennydd y ddyfais)
– SBC (e.e. yn seiliedig ar ARM) sy'n gallu rhedeg Android/Linux.
– Dewis arall: bwrdd datblygu Android mwy “parod i’w ddefnyddio”.
Meini prawf pwysig:
– Yn cefnogi rhyngwyneb I2C/SPI/UART ar gyfer modiwl NFC,
– Cefnogaeth ar gyfer gyrwyr a chnewyllynnau addasadwy,
– Digon pwerus i redeg Android.
b) Modiwl Cellog (i fod yn deilwng o gael ei alw'n "ffôn clyfar")
Os ydych chi eisiau i'r ddyfais allu ffonio/anfon SMS/data symudol mewn gwirionedd:
– modiwl 4G/5G (e.e. modem LTE seiliedig ar USB neu M.2),
– Cymorth i yrwyr ac integreiddio i'r system weithredu.
Nodyn: dyma'r rhan fwyaf cymhleth yn aml, oherwydd mae galwadau llais angen cefnogaeth IMS/VoLTE, nad yw bob amser yn hawdd.
c) Modiwl NFC
Bydd angen modiwl NFC arnoch gyda manylebau clir. Gall y modiwl hwn fod:
– IC NFC + antena ar wahân,
– Modiwl parod ar gyfer integreiddio (bwrdd bach) sy'n darparu cysylltiadau I2C/SPI a phinnau ymyrraeth.
Mae sglodion NFC poblogaidd yn y diwydiant yn cynnwys rhai gan NXP, STMicroelectronics, ac eraill. Fodd bynnag, wrth ddewis sglodion, dylid ystyried hefyd:
– argaeledd gyrwyr ar gyfer Android,
– dogfennaeth integreiddio,
– gofyniad elfen ddiogel os ydych chi eisiau nodwedd talu.
d) Antena NFC
Mae antenâu yn ffactor pwysig mewn perfformiad. Pethau i'w hystyried:
– maint y coil,
– lleoliad (fel arfer ger y clawr cefn),
– pellter o fetel/batri,
– cyfateb/addasu impedans i sicrhau darlleniad sefydlog.
e) Elfen Ddiogel (dewisol ond hanfodol ar gyfer taliadau)
Os mai dim ond darllen tagiau yw'r targed (e.e. gwirio balans cerdyn penodol, darllen y tag UID, awtomeiddio), gallwch ddefnyddio NFC rheolaidd heb elfen ddiogel.
Fodd bynnag, os yw'r targed yn daliadau tapio-i-dalu neu efelychu cerdyn diogel:
– Mae angen Elfen Ddiogel (SE wedi'i fewnosod, SE wedi'i seilio ar SIM, neu SE allanol),
– ynghyd ag integreiddio ecosystemau ardystio a thalu (anodd iawn ar gyfer prosiectau DIY).
Fel arall, mae Android yn cefnogi HCE (Efelychu Cerdyn Gwesteiwr) ar gyfer rhai achosion defnydd, ond ar gyfer taliadau masnachol mae'n dal i fod angen gofynion diogelwch a chydweithrediad rhwng gwerthwyr a rhwydweithiau talu.
f) Pŵer, casin, batri a sgrin
I wneud y ddyfais yn debyg iawn i ffôn clyfar:
– Sgrin (LCD/OLED) + rheolydd sgrin gyffwrdd,
– Batri Li-ion + BMS/IC gwefru,
– Rheoli pŵer,
– Cas nad yw'n ymyrryd ag antena NFC.
Gall metel yn y cas ymyrryd ag NFC, felly mae deunyddiau plastig yn fwy cyfeillgar i NFC.
4. Cam Integreiddio Caledwedd NFC
Cam 1: Diffinio'r rhyngwyneb
Mae'r rhan fwyaf o fodiwlau NFC yn cysylltu â'r prosesydd drwy:
– I2C (cyffredinol),
– SPI (cyflymach),
– ynghyd â phin IRQ/Torri ar draws i hysbysu'r system pan fydd tag yn bresennol.
Gwnewch yn siŵr bod gan y famfwrdd binnau ar gael a lefelau foltedd cydnaws (e.e., 1,8V neu 3,3V). Os nad ydyn nhw'n cyfateb, defnyddiwch newidydd lefel.
Cam 2: Dyluniwch leoliad yr antena
Dylid gosod yr antena:
– mor agos â phosibl at yr wyneb allanol (clawr cefn),
– i ffwrdd o fatris mawr neu amddiffyniad metel,
– heb ei orchuddio gan sticeri metel na modrwyau magnetig blino.
Gall fframiau metel neu fowntiau magnetig leihau ystod NFC yn sylweddol.
Cam 3: Paru a thiwnio'r antena
Mewn dyluniadau diwydiannol, mae antenâu NFC yn cael eu tiwnio gan ddefnyddio cylched gyfatebol (cynhwysydd/anwythydd) i gyflawni cyseiniant ar 13,56 MHz. Os ydych chi'n defnyddio modiwl parod, mae hwn fel arfer wedi'i diwnio ymlaen llaw, ond efallai y bydd angen ei addasu yn dibynnu ar y cas a'r safle.
Cam 4: Prawf cyfathrebu sylfaenol
Perfformio profion cychwynnol:
– a yw'r modiwl yn cael ei ganfod gan y system (mae'r ddyfais I2C yn weladwy),
– a all y modiwl ganfod tagiau,
– a yw'r sylw'n sefydlog.
Gall offer sylfaenol yn Linux helpu i wirio'r bws I2C, tra yn Android byddwch yn profi trwy gymwysiadau profi logcat ac NFC.
5. Integreiddio Meddalwedd: Gyrrwr, Cnewyllyn, a Fframwaith Android
Er mwyn i NFC weithio ar Android, nid yw'n ddigon dim ond gosod y caledwedd. Mae angen haenau meddalwedd arnoch:
a) Gyrrwr cnewyllyn
– Rhaid i'r modiwl NFC gael ei adnabod gan y cnewyllyn drwy'r gyrrwr priodol.
– Efallai y bydd angen i chi alluogi ffurfweddiad y cnewyllyn neu ychwanegu gyrwyr.
b) HAL (Haen Haniaethu Caledwedd)
Mae Android yn defnyddio'r HAL i bontio'r fframwaith â'r caledwedd. Ar gyfer NFC, rhaid i'r HAL fod yn gydnaws â'r sglodion a ddefnyddir.
c) Ffurfweddiad a chaniatadau system
Ar Android, mae angen i chi:
– galluogi nodwedd NFC ar yr adeiladwaith (baneri nodwedd),
– sicrhau bod y gwasanaeth NFC yn rhedeg,
– ychwanegu ffeiliau ffurfweddu gwerthwyr sy'n gysylltiedig â sglodion NFC,
– sicrhau nad yw caniatâd a pholisïau SELinux yn rhwystro mynediad.
d) Cymhwyso a phrofi
Unwaith y bydd NFC yn weithredol:
– prawf darllen tag NDEF,
– prawf modd darllenydd/ysgrifennwr,
– Prawf Android Beam (hen nodwedd) neu gyfnewid data perthnasol,
– profi cydnawsedd â thagiau MIFARE/NTAG yn ôl yr angen.
6. Heriau Mawr: Taliad ac Ardystio
Mae llawer o bobl yn tybio bod “cael NFC” yn golygu y gallwch ei ddefnyddio ar unwaith ar gyfer taliadau. Mewn gwirionedd, mae taliadau NFC yn cynnwys:
– Elfen ddiogel neu gynllun diogelwch cyfatebol,
– ardystiad diogelwch,
– cymeradwyaeth gan rwydweithiau talu a banciau,
– integreiddio â gwasanaethau fel Google Wallet neu gynlluniau talu lleol.
Ar gyfer prosiectau personol, y mwyaf realistig yw:
– darllen tagiau NFC,
– systemau mynediad (e.e. ar gyfer drysau),
– awtomeiddio gyda thagiau NFC,
– cerdyn aelodaeth, ciosg, neu gais mewnol.
Mae creu dyfais DIY y gellir ei defnyddio ar gyfer systemau talu cyhoeddus bron yn afrealistig heb sianeli swyddogol y diwydiant.
7. Awgrymiadau Ymarferol ar gyfer Llwyddiant Prosiect
1. Dechreuwch gyda nod syml: canolbwyntiwch yn gyntaf ar ddarllen tagiau ac ysgrifennu NDEF.
2. Defnyddiwch fodiwl NFC cyffredin: dewiswch un gyda dogfennaeth gyflawn ac enghreifftiau integreiddio.
3. Ystyriwch yr achos o'r dechrau: casys metel a magnetau yw gelynion NFC.
4. Caniatewch amser ar gyfer dadfygio meddalwedd: mae gwrthdaro gyrwyr, SELinux, caniatâd system, a chydnawsedd Android yn aml yn cymryd amser.
5. Mesurwch y defnydd o bŵer: Gall NFC gynyddu pŵer segur os nad yw wedi'i ffurfweddu'n iawn.
6. Dogfennwch y cynllun a'r gwifrau: gall gwall bach yn yr IRQ neu'r pin ailosod wneud NFC yn ansefydlog.
8. Diweddglo
Nid dim ond rhoi modiwl NFC ar y ddyfais a rhoi'r gorau iddi yw adeiladu ffôn clyfar sy'n galluogi NFC. Mae proses realistig yn cynnwys adeiladu neu addasu dyfais Android/llaw sy'n seiliedig ar fwrdd ac sy'n cefnogi integreiddio NFC, yna ychwanegu'r modiwl NFC, yr antena briodol, a sefydlu'r gefnogaeth feddalwedd (gyrwyr, HAL, a chyfluniad Android). Ar gyfer cymwysiadau fel darllen tagiau, awtomeiddio, rheoli mynediad, neu gymwysiadau mewnol, mae'r prosiect hwn yn sicr yn ymarferol. Fodd bynnag, ar gyfer nodweddion lefel uwch fel taliadau digyswllt, byddwch yn delio ag elfennau diogel cymhleth, ardystiadau, a gofynion y diwydiant.
Os hoffech chi, gallaf deilwra'r erthygl hon i fod yn fwy technegol (e.e. gydag enghreifftiau o bensaernïaeth pentwr NFC Android, sgematigau gwifrau I2C + IRQ + ailosod, neu gamau adeiladu AOSP), neu'n fwy ymarferol (rhestrau cydrannau a chamau prawf hawdd eu canfod).
