NFC 数据传输

前言

    初次接触NFC协议，很多人都会感觉困惑，搜索相关资料，大多数都介绍协议的理论及应用领域，数据传输的内容却很少，但对与开发人员来说，除了理论知识外，数据传输也是非常重要环节，尤其是对底层开发人员来说，数据如何封包/解包才是重中之重，本文通过相关的示例展示，希望能给初次接触NFC开发底层开发者带来帮助.

一、NFC数据传输格式

       NFC数据交互格式采用的是NDEF，下面分解说明NDEF数据格式：

                    Bit7    Bit6    Bit5    Bit4    Bit3    Bit2    Bit1    Bit0
第1个字节    MB    ME     CF      SR      IL      [  TNF : bit0~bit2   ]
第2个字节    TYPE  LENGTH
第3个字节    PAYLOAD  LENGTH3
第4个字节    PAYLOAD  LENGTH2
第5个字节    PAYLOAD  LENGTH1
第6个字节    PAYLOAD  LENGTH0
第7个字节    ID  LENGTH
   =========== TYPE ============
   ============= ID =============
   ===========PYLOAD===========

其中:

MB：消息开始，标志指示这是否是NDEF消息的开始
ME：消息结束，标志指示这是否是消息中的最后一条记录。
CF：块标志，标志指示这是第一个记录块还是中间记录块。
SR：短记录位，如果PAYLOAD LENGTH字段为1字节（8位/ 0-255）或更小，则SR标志设置为1，这允许更紧凑的记录。
IL：ID长度字段，标志指示ID长度字段是否存在。如果将其设置为0，则ID长度字段将在记录中省略。
TNF：类型名称格式，它描述记录的类型，并设置对其余记录的结构和内容的期望

二、TNF数据类型

目前NFC支持七种TNF数据类型：
0x00:  Empty：表示该Record中没有数据，即相当于一个空的NFC Record；

0x01:  NFC Forum Well-Known Type：由NFC Forum定义的一些较为常用的数据类型，包括URI、TEXT等，其格式遵循NFC Forum RTD（Record Type Definition）规范。下文将详细介绍它。目前常用类型如下:
          URI Record Type：用于存储URI数据，对应Type字段取值为"U"。
          Text Record Type：用于存储文本数据，对应Type字段取值为"T"。
          Signature Record Type：用于存储数字签名数据，对应Type字段取值为"Sig"。
          Smart Poster Record Type：智能海报，用于存储与该海报相关的一些资讯信息，如图片、                相关介绍等，对应Type字段取值为"Sp"
        Generic Control Record Type：用于传递控制信息，对应Type字段取值为"Gc"
        External Type：为第三方组织定义的类型，目前NFC Forum没有定义相关的数据类型;

0x02:  MIME：它是Multipurpose Internet Mail Extensions的缩写，遵循RFC2046规范。例如，当TNF取值为MIME时，其Type字段取值可为"text/plain"或"image/png"等。

0x03:  Absolute URI：绝对URI，遵循RFC 3986规范。例如某文件的绝对URI为"http://baidu.com/tls.txt"，而其相对URI则为"tls.txt"。

0x04：NFC Forum External Type：也由NFC Forum的RTD规范定义，下文将介绍它。

0x05： Unknown：代表Payload中的数据类型未知，它和MIME类型"application/octet-stream"有些类似，这种类型的数据由相应的应用程序来解析。

0x06：Unchanged：这种类型的数据用于NFC Record分片。例如一个大的数据需要通过多个NFC Record来承载，除第一个NFC Record分片外，该数据对应的其他NFC Record分片都必须设置TNF为Unchanged。

三、实例解析：

以下以短数据文本、URL为例来讲解，值得注意的是，payload的第一个直接在文本、URI数据中表示状态码，解释如下：
   文本数据状态码：
                Bit7    Bit6    Bit5    Bit4    Bit3    Bit2    Bit1    Bit0
1个字节    

      Bit7:   0为UTF-8, 1为UTF-16    

      Bit6:  固定为0    

      Bit0~Bit5:  为 language code 长度，如 “zh”、"en"、"rf-CA"、"jp" 等 US-ASCII编码格式
以下以短数据文本、URL为例来讲解，值得注意的是，payload的第一个直接在文本、URI数据中表示状态码，解释如下：

URI数据状态码：
                Bit7    Bit6    Bit5    Bit4    Bit3    Bit2    Bit1    Bit0
1个字节    URL Type 系数，如1：”http://www.” ; 2：“https://www.” 等

   

1、文体数据:  ”abc123456”
     NDEF数据为：d1 01 0c 54 02 7a 68 61 62 63 31 32 33 34 35 36
        d1:  信息头部 1101 0001；
                MB：1--信息开始
                ME：1--信息结束
                CF：0--第一个记录块
                SR：1--短记录，数据长度小于255个字节
                IL： 0--ID长度为0，表示不成在ID
                TNF：1--表示总所周知类型
        01：TNF类型长度；
        0c：payload长度 12个字节
        54：RTD类型，“T”的ASCLL码，文本类型
        02：文本数据状态码：0000010
                Bit7： 0---UTF8类型

                Bit0~bit5：2---语言码长度为2个字节
        7a 86：语言码；“zh”的ASCLL码值
         68 61 62 63 31 32 33 34 35 36： 分别为”abc123456”对应的ASCLL值

2、URI数据:  “https://www.baidu.com/”
     NDEF数据为：d1 01 0b 55 02 62 61 69 64 75 2e 63 6f 6d 2f
        d1:  信息头部 1101 0001；
                MB：1--信息开始
                ME：1--信息结束
                CF：0--第一个记录块
                SR：1--短记录，数据长度小于255个字节
                IL： 0--ID长度为0，表示不成在ID
                TNF：1--表示总所周知类型
        01：TNF类型长度；
        0b：payload长度 11个字节
        55：RTD类型，“U”的ASCLL码，URI类型
        02：URI数据状态码，表示URL类型为 “https://www.”
        62 61 69 64 75 2e 63 6f 6d 2f: 分别为”baidu.com/”对应的ASCLL码值；

四、示例代码

1、头文件ndef.h

#ifndef __NFC_NDEF_H__
#define __NFC_NDEF_H__#ifdef __cplusplus
extern "C" {
#endif#define NDEF_RECORD_SIZE 255
#define NDEF_ID_SIZE 32
#define NDEF_HEAD_SIZE 32
#define NDEF_LG_SIZE 8// NDEF NTF类型
typedef enum{TNF_NULL = 0,        // 空TNF_INSIDE_RTD = 1,  // NFC 论坛知名类型，包括UTF8、ASCII、URI...TNF_RFC2406 = 2,     // 定义于RFC 2046[RFC 2046]的媒体类型TNF_RFC3986 = 3,     // 定义于 RFC 3986[RFC 3986]的绝对 URITNF_OUTSIDE_RTD = 4, // NFC 论坛外部自定义类型TNF_UNKNOW = 5,      // 未知TNF_STATIC = 6,      // 不可更改（参考2.3.3节）TNF_DEFAULT = 7      // 保留
} TnfType;// NDEF TNF_INSIDE_RTD类型
typedef enum{RTD_UTF8 = 'T', // UTF8类型RTD_URI = 'U',  // URI类型
} RtdType;typedef enum{START_PACK,     // 分包开始包MIDDLE_PACK,    // 分包中间包END_PACK,       // 分包结束包START_END_PACK  // 不分包，开始包也是结束包
}PackType;// NDEF URI
typedef enum{RTD_URI_freeForm,     // 0x00     No prepending is done ... the entire URI is contained in the URI FieldRTD_URI_httpWWW,      // 0x01     http://www.RTD_URI_httpsWWW,     // 0x02     https://www.RTD_URI_http,         // 0x03     http://RTD_URI_https,        // 0x04     https://RTD_URI_tel,          // 0x05     tel:RTD_URI_mailto,       // 0x06     mailto:RTD_URI_ftpAnonymous, // 0x07     ftp://anonymous:anonymous@RTD_URI_ftpFtp,       // 0x08     ftp://ftp.RTD_URI_ftps,         // 0x09     ftps://RTD_URI_sftp,         // 0x0A     sftp://RTD_URI_smb,          // 0x0B     smb://RTD_URI_nfs,          // 0x0C     nfs://RTD_URI_ftp,          // 0x0D     ftp://RTD_URI_dav,          // 0x0E     dav://RTD_URI_news,         // 0x0F     news:RTD_URI_telnet,       // 0x10     telnet://RTD_URI_imap,         // 0x11     imap:RTD_URI_rtps,         // 0x12     rtsp://RTD_URI_urn,          // 0x13     urn:RTD_URI_pop,		  // 0x14     pop:RTD_URI_sip,		  // 0x15     sip:RTD_URI_sips,		  // 0x16     sips:RTD_URI_tftp,		  // 0x17     tftp:RTD_URI_btspp,		  // 0x18     btspp://RTD_URI_btl2cap,	  // 0x19     btl2cap://RTD_URI_btgoep,		  // 0x1A     btgoep://RTD_URI_tcpobex,	  // 0x1B     tcpobex://RTD_URI_irdaobex,	  // 0x1C     irdaobex://RTD_URI_file,		  // 0x1D     file://RTD_URI_URNEPC_id,    // 0x1E     urn:epc:id:RTD_URI_RUNEPC_tag,	  // 0x1F     urn:epc:tag:RTD_URI_RUNEPC_pat,	  // 0x20     urn:epc:pat:RTD_URI_RUNEPC_raw,	  // 0x21     urn:epc:raw:RTD_URI_RUN_raw,	  // 0x22     urn:epc:RTD_URI_RUN_nfc,      // 0x23     urn:nfc
} UriType;// NDEF首字节解码
typedef struct {unsigned char MB : 1;  // MB 标志是 1-bit 字段，置 1 表示 NDEF 消息的开始unsigned char ME : 1;  // ME 标志是 1-bit 字段，置 1 表示 NDEF 消息的结束unsigned char CF : 1;  // CF 标志是 1-bit 字段，置 1 表示 NDEF 消息分块传输unsigned char SR : 1;  // SR 标志是 1-bit 字段，置 1 表示PAYLOAD_LENGTH字段为单字节,payload 数据长度在255个字节以内unsigned char IL : 1;  // IL 标志是 1-bit 字段，置 1 表示在首部存在一个单字节ID_LENGTH字段unsigned char TNF: 3; // TNF标志是 3-bit 字段，指示TYPE字段值的结构
} NdefHead;// NDEF 参数  文本类结构体
typedef struct{NdefHead      Head;unsigned char TnfTypeLen;               // 类型长度unsigned int  PayloadLen;               // 有效数据长度unsigned char IdLen;                    // 类型ID长度unsigned char RtdType;                  // Rtd类型unsigned char Id[NDEF_ID_SIZE];         // 如果包含ID（记录头中的IL位设置为1），则ID字段的值。如果IL位设置为0，则忽略此字段unsigned char StatusCode;               // 内容状态码；如果RTD为"U",状态码为UriType；如果RTD为"T"，则状态码为语言编码描述unsigned char PackType;                 // 包类型unsigned char LgCode[NDEF_LG_SIZE];     // 语言编码类型unsigned char Payload[NDEF_RECORD_SIZE];
} NdefFrame;typedef struct {unsigned int   Len;unsigned char  Data[NDEF_RECORD_SIZE + NDEF_ID_SIZE + NDEF_HEAD_SIZE + NDEF_LG_SIZE];
}NfcData_t;#ifdef __cplusplus
}
#endif#endif

2、C文件ndef.c

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>#include "ndef.h"const char *pUirVal[32] = {"","http://www.","https://www.","http://","https://","tel:","mailto:","ftp://anonymous:anonymous@","ftp://ftp.","ftps://","sftp://","smb://","nfs://","ftp://","dav://","news:","telnet://","imap:","rtsp://","urn:","pop:","sip:","sips:","tftp:","btspp://","btl2cap://","btgoep://","tcpobex://","irdaobex://","file://","urn:epc:id:","urn:epc:tag:","urn:epc:pat:","urn:epc:raw:","urn:epc:","urn:nfc"
};typedef union {unsigned long ul;unsigned char uc[4];
} VARLONG;static void depart_long_htol(unsigned long ul, unsigned char *str)
{VARLONG var;var.ul = ul;str[0] = var.uc[3];str[1] = var.uc[2];str[2] = var.uc[1];str[3] = var.uc[0];
}int nfc_ndef_package(NdefFrame *pNdef, NfcData_t *pNfc)
{unsigned int i;unsigned int payloadlenIndex = 0;if(pNdef == NULL || pNfc == NULL)return -1;// 当前只处理数据包为NDEF_RECORD_SIZE个字节以内的NDEFif(pNdef->PayloadLen > NDEF_RECORD_SIZE) {printf("pNdef->PayloadLen: %d > %d NDEF_RECORD_SIZE\r\n", pNdef->PayloadLen , NDEF_RECORD_SIZE);return -1;}unsigned char head = 0;head = (pNdef->Head.MB << 7);head |= (pNdef->Head.ME << 6);head |= (pNdef->Head.CF << 5);head |= (pNdef->Head.SR << 4);head |= (pNdef->Head.IL << 3);head |= pNdef->Head.TNF;// headpNfc->Data[pNfc->Len++] = head;// tnf lenpNfc->Data[pNfc->Len++] = pNdef->TnfTypeLen;payloadlenIndex = pNfc->Len;// payload lenif(pNdef->PayloadLen > 255) {pNfc->Len += 4;} else {pNfc->Len++;}// ID lenif(pNdef->Head.IL == 1) {pNfc->Data[pNfc->Len++] = pNdef->IdLen;}switch(pNdef->Head.TNF){case TNF_INSIDE_RTD:{// rtd typeswitch (pNdef->RtdType){case RTD_UTF8:{pNfc->Data[pNfc->Len++] = 0x54; //'T';// IDif(pNdef->Head.IL == 1) {for(i = 0; i < pNdef->IdLen; i++) {pNfc->Data[pNfc->Len++] = pNdef->Id[i];}}pNfc->Data[pNfc->Len++] = pNdef->StatusCode;unsigned char lglen = 0;lglen = pNdef->StatusCode & 0x1F;for(i = 0; i < lglen; i++)pNfc->Data[pNfc->Len++] = pNdef->LgCode[i];pNdef->PayloadLen += (1 + lglen);break;}case RTD_URI:{pNfc->Data[pNfc->Len++] = 0x55; //'U';// IDif(pNdef->Head.IL == 1) {for(i = 0; i < pNdef->IdLen; i++) {pNfc->Data[pNfc->Len++] = pNdef->Id[i];}}// uri typepNfc->Data[pNfc->Len++] = pNdef->StatusCode;pNdef->PayloadLen ++;break;}default:printf("RtdType: %d unkonw\r\n", pNdef->RtdType);return -1;}break;}case TNF_NULL:case TNF_RFC3986:case TNF_RFC2406:case TNF_OUTSIDE_RTD:case TNF_UNKNOW:case TNF_STATIC:case TNF_DEFAULT:default:printf("TNF: %d unkonw\r\n", pNdef->Head.TNF);return -1;}// payload for(i = 0; i < pNdef->PayloadLen; i++) {pNfc->Data[pNfc->Len++] = pNdef->Payload[i];}// payload lenif(pNdef->PayloadLen > 255) {depart_long_htol(pNdef->PayloadLen, &pNfc->Data[payloadlenIndex]);pNfc->Len += 4;} else {pNfc->Data[payloadlenIndex] = pNdef->PayloadLen;}return 0;
}int nfc_ndef_prase(NfcData_t *pNfc, NdefFrame *pNdef)
{unsigned int i = 0;unsigned int index = 0;if(pNdef == NULL || pNfc == NULL)return -1;unsigned char head = pNfc->Data[index++];pNdef->Head.MB = (head >> 7) & 0x01;pNdef->Head.ME = (head >> 6) & 0x01;pNdef->Head.CF = (head >> 5) & 0x01;pNdef->Head.SR = (head >> 4) & 0x01;pNdef->Head.IL = (head >> 3) & 0x01;pNdef->Head.TNF = head & 0x03;printf("MB:%d ME:%d CF:%d SR:%d IL:%d TNF:%d \r\n", pNdef->Head.MB,pNdef->Head.ME,pNdef->Head.CF,pNdef->Head.SR,pNdef->Head.IL,pNdef->Head.TNF);// 当前不解析长度大于255个字节的NDEF包if(pNdef->Head.MB != 1 && pNdef->Head.ME != 1 && pNdef->Head.SR != 1) {pNfc->Len = 0;return -1;}pNdef->TnfTypeLen = pNfc->Data[index++];pNdef->PayloadLen = pNfc->Data[index++];if(pNdef->Head.IL == 1){pNdef->IdLen = pNfc->Data[index++];}pNdef->RtdType = pNfc->Data[index++];switch(pNdef->Head.TNF){case TNF_INSIDE_RTD:{if(pNdef->Head.IL == 1) {for(i = 0; i < pNdef->IdLen; i++) {pNdef->Id[i] = pNfc->Data[index++];}}if(pNdef->RtdType == RTD_UTF8) {unsigned lgLen = 0;pNdef->StatusCode = pNfc->Data[index++];lgLen = (pNdef->StatusCode & 0x1F);// 跳过语言代码长度index += lgLen;for(i = 0; i < pNdef->PayloadLen; i++)pNdef->Payload[i] = pNfc->Data[index++];printf("%s\r\n", pNdef->Payload);} else if(pNdef->RtdType == RTD_URI){pNdef->StatusCode = pNfc->Data[index++];for(i = 0; i < pNdef->PayloadLen; i++)pNdef->Payload[i] = pNfc->Data[index++];printf("%s%s\r\n", pUirVal[pNdef->StatusCode], pNdef->Payload);}pNfc->Len = 0;break;}case TNF_NULL:case TNF_RFC3986:case TNF_RFC2406:case TNF_OUTSIDE_RTD:case TNF_UNKNOW:case TNF_STATIC:case TNF_DEFAULT:default:break;}return 0;}

3 、测试main.c

int main(int argc, char *argv[])
{int ret;unsigned int i = 0;unsigned int plen = 0;NdefFrame NdefInfo = {0};NfcData_t SendData = {0};NdefFrame NdefPrase = {0};NdefInfo.Head.MB = 1;NdefInfo.Head.ME = 1;NdefInfo.Head.CF = 0;NdefInfo.Head.SR = 1;NdefInfo.Head.IL = 0;NdefInfo.Head.TNF = 1;NdefInfo.TnfTypeLen = 1;// abc123456NdefInfo.RtdType = RTD_UTF8;NdefInfo.StatusCode = 0x02;NdefInfo.LgCode[0] = 0x7a;NdefInfo.LgCode[1] = 0x68;NdefInfo.Payload[NdefInfo.PayloadLen++] = 'a';NdefInfo.Payload[NdefInfo.PayloadLen++] = 'b';NdefInfo.Payload[NdefInfo.PayloadLen++] = 'c';memcpy(&NdefInfo.Payload[NdefInfo.PayloadLen], "123456", strlen("123456"));NdefInfo.PayloadLen += strlen("123456");ret = nfc_ndef_package(&NdefInfo, &SendData);if(ret != 0) {printf("=========nfc_ndef_packge error ========\r\n");return -1;}printf("send data len: %d \r\n", SendData.Len);for(i = 0; i < SendData.Len; i++){printf("0x%02x,", SendData.Data[i]);}printf("\r\n");ret = nfc_ndef_prase(&SendData, &NdefPrase);if(ret != 0) {printf( "nfc_ndef_prase err \r\n");}// https://www.baidu.comNdefInfo.PayloadLen = 0;NdefInfo.RtdType = RTD_URI;NdefInfo.StatusCode = 0x02;memcpy(&NdefInfo.Payload[NdefInfo.PayloadLen], "baidu.com/", strlen("baidu.com/"));NdefInfo.PayloadLen += strlen("baidu.com/");ret = nfc_ndef_package(&NdefInfo, &SendData);if(ret != 0) {printf("=========nfc_ndef_packge error ========\r\n");return -1;}printf("send data len: %d \r\n", SendData.Len);for(i = 0; i < SendData.Len; i++){printf("0x%02x,", SendData.Data[i]);}printf("\r\n");memset(&NdefPrase, 0, sizeof(NdefPrase));ret = nfc_ndef_prase(&SendData, &NdefPrase);if(ret != 0) {printf("nfc_ndef_prase err \r\n");}return 0;
}

4、编译 及 运行结果

gcc main.c ndef.c

./a.out

send data len: 19
0xd1,0x01,0x0c,0x54,0x02,0x7a,0x68,0x61,0x62,0x63,0x31,0x32,0x33,0x34,0x35,0x36,0x00,0x00,0x00,
MB:1 ME:1 CF:0 SR:1 IL:0 TNF:1
abc123456
send data len: 16
0xd1,0x01,0x0b,0x55,0x02,0x62,0x61,0x69,0x64,0x75,0x2e,0x63,0x6f,0x6d,0x2f,0x00,
MB:1 ME:1 CF:0 SR:1 IL:0 TNF:1
https://www.baidu.com/