基于 NXP NCF3320 汽车门把手方案

 汽车是最广泛使用的交通工具，绝大多数都是机械、手动控制汽车门把手的开关。如果将 NFC 技术应用到电汽车门把手上，那么可以通过近场通讯设备(比如手机)操作控制电汽车门把手，这相比机械、手动控制汽车门把手要更加智能，也更加实用和便捷。NFC 结合汽车市场是一个很好的应用前景，NFC 通过加密协议通信以及近距离接触，可以非常安全地确保车门被正确开启以及关闭。 

大联大世平集团推出了基于 NXP 车规 MCU 芯片 S32K118/116 和车规 NFC 控制器芯片 NCF3320 的汽车门把手方案。该方案主要形态为长条形，主要应用于汽车门把手或后视镜上，主要功能是通过数字钥匙解锁汽车车门，从而替代传统钥匙，更加安全、便捷。本方案中涉及的芯片资料、软件代码、NFC 库、硬件资料均需要签订 NDA 协议后方可获得。

 

方案主要芯片简介：

S32K118：

• 48 MHz Cortex-M0+ 内核
• 128 KB 闪存，2KB EEPROM
• 12 位 1 Msps ADC，16 位 FlexTimers
• 可扩展的低功耗运行和停止模式。快速唤醒、时钟和电源门控
• 48 Pin LQFP 封装，全系 48 Pin P2P 兼容
• -40 ~ 125° C 工作温度
• 支持CAN FD，FlexIO（UART，I2C，SPI， I2S，LIN，PWM）

 

NCF3320：

• 高射频输出功率前端 IC，传输速度高达 848 kbit/s
• 支持 ISO/IEC 14443 A/MIFARE、ISO/IEC 14443 B 和 FeliCa
• 符合 ISO/IEC 18092 的 P2P 被动启动器模式
• 支持 ISO/IEC15693、ICODE EPC UID 和 ISO/IEC 18000-3 模式 3/EPC Class-1 HF
• 在读/写模式下支持 MIFARE Classic 加密
• 低功耗卡检测
• 可以实现在射频级别上符合“EMV 非接触式协议规范0.1”
• 支持的主机接口：

           SPI ：高达 10 Mbit/s
           I2C ：总线接口在快速模式下高达 400 kBd，在快速模式+下高达 1000 kBd
           RS-232 ：串行 UART 高达 1228.8 kBd，电压电平取决于电源引脚

• 用于连接安全访问模块 (SAM) 的独立 I2C 总线接口
• 具有 512 字节大小的 FIFO 缓冲区，可实现最高的事务性能
• 灵活高效的省电模式，包括硬断电、待机和低功耗卡检测
• 集成 PLL 从12 MHz RF 石英晶体获得系统 CPU 时钟，从而节省成本
• 3 V 至5 V 电源
• 多达 8 个空闲的可编程输入/输出引脚

 

一、硬件设计说明：

原理图主要分为四部分：POWER、CAN、NFC Reader、MCU。烧录接口为 SWD，分别为 ：

• TP1    -----    SWD_DIO
• TP2    -----    RESET_B
• TP3    -----    SWD_CLK
• TP4    -----    VDD
• TP5    -----    GND

打印输出为 UART0，分别为：TP12 - UART0_TX，TP13 – UART0_RX。

当然，打印不一定需要串口才能输出，可以通过 IDE 的模拟打印来实现将打印信息输出在 IDE 的控制台上，这个我们后续在软件部分再讲。

（1）原理图：

• POWER

• CAN

• NFC READER

• MCU

 

（2）PCB Layout：

Layout 上，电源部分将 12V 的地和 5V 的地分开，减小干扰；NFC 部分，天线匹配电路使用对称布局，电感呈“一”字形放置，降低电感线圈的耦合作用。

• Top 层

• Bottom 层

 

二、软件设计说明：

 

1.软件概览

本方案的软件分为四类，依次为

（1）NfcrdlibEx1_BasicDiscLoop_s32k118，带 LPCD 的全协议检卡例程。

（2）NfcrdlibEx4_MifareClassic_s32k118，不带 LPCD 的 MifareClassic 读写卡例程。

（3）S32K118_NCF3320_Mifare，带 LPCD 的 Mifare 读写卡例程，包含 Mifare Classic、Mifare DESFire、Mifare UltraLight。

（4）S32K118_NCF3320_BasicDiscLoop_RW，带 LPCD 的全协议检卡例程 + Mifare 卡片读写 + ISO15683 卡片读写 + NATG I2C 读写。

其中，1、2 两个软件不带操作系统，为裸机例程；3、4 两个软件带 FreeRTOS ，且默认开启。

 

可以看出，四类软件部分功能重叠，原因是为了后续项目开发做更精准的定位，面对不同的需求可以使用不同的代码，而不需要再花时间去裁剪。后续我们主要讲第四个软件代码，从而囊括前三个软件代码。

 

2.S32K118_NCF3320_BasicDiscLoop_RW

本代码是带 LPCD 的全协议检卡例程 + Mifare 卡片读写 + ISO15683 卡片读写 + NATG I2C 读写，囊括了上面三个代码的所有功能，并且每个增加的功能均通过宏定义进行控制。

软件结构：

DAL : 驱动抽象层代码

用来存放调用不同 MCU 的驱动的代码，该层将不同的 MCU 的底层驱动，封装成相同的 API 接口，方便上层调用。

FreeRTOS : FreeRTOS 源码

用来存放官方 FreeRTOS 的源码，后续官方的源码更新，可以直接更改该文件夹内的同名文件即可。

NxpNfcRdLib : NFC 库代码

用来存放 NXP 的 NFC 实现代码，包括 T1T ~ T5T 五类卡片的寻卡/读卡/写卡 API，卡片选择 API，秘钥验证 API 等等。

                                                     NFC 库层级结构图

Project_Settings : 项目配置

用来存放 .S 启动文件，以及分配内存空间的 .ld 文件，后续如果出现需要更改内存分配的情况，直接在该文件夹中更改相应文件即可。

S32KSDK_S32K118_PE & S32KSDK_SDK3.0.3 : S32K SDK

这两个文件夹是 S32K 的 SDK 文件夹，后续 SDK 有更新，可以直接更改这两个文件夹中的内容。

intfs : 宏定义文件夹

主要存放的文件均包含代码中大量的宏定义开关，控制这些开关可以开启或关闭代码的部分功能，后续如果需要添加用户自己的宏定义，可以直接在该文件夹中的文件中增加。关于宏定义部分，下一节会具体讲。

phOsal : 系统抽象层

基于操作系统的软件层，包含所需要的操作系统，在本代码中，仅包含 NULLOS（裸机） 和 FreeRTOS。

src : 源文件夹

main 函数文件夹，主要用于实现应用层的初始化和功能，Demo 所包含的功能均在该文件夹中。

 

3.软件编译与烧录

(1)开发环境为 S32DS，点击 IDE 上的锤子图标旁的向下键，选择 1 Debug_FLASH 开始编译。

 

(2)编译完成后，使用 S32DS 的 Flash 或 Debug 模式进行烧录。

 

(3)点击闪电图标，按照下图顺序操作，需要选择当前工程的 .elf 文件。

或点击爬虫图标旁的小箭头，选择 Debug Configurations。

(4)烧录完成后，IDE 会进入 Debug 模式，无需担心断电或接触不良导致的代码中断，因为代码已经烧录进芯片内，并且芯片上电会从 Flash 启动，所以重新插拔电源线亦可。

 

三、NFC 读卡效果演示：

 

使用 12V 适配器给板子供电，串口接到串口转 USB 板再接到 PC，如下图：

注意：接到串口转 USB 转接板时，除了 TX 和 RX 两根线之外，还需要接 GND，否则串口将会出现乱码。

T2T 卡读写操作的串口工具打印结果如下：

 

 

四、场景应用图：

 
五、展示板照片：

 

六、评估板方案框图：

 

七、核心优势：

• 支持识别 Type 1、2、3、4、5 类卡片
• 支持 LPCD  功能
• 支持 Type 2 Tag 和 Type 5 Tag 的读写
• 支持 CAN 传输 NFC 读卡信息，最高传输速率可达 5Mbit/s
• NCF3320 平均功耗：15uA（LPCD 模式），5mA（非 LPCD 模式）

 

八、方案规格：

• 天线大小：72 x 18 mm
• 整板大小：130 x 20 mm
• 读卡距离：Mifare - 6 cm，T5T Card - 5 cm，LPCD 模式下 2cm