pos機(jī)讀卡器code6,RFID卡讀寫(xiě)器的設(shè)計(jì)

 新聞資訊  |   2023-05-17 11:22  |  投稿人:pos機(jī)之家

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1、pos機(jī)讀卡器code6

pos機(jī)讀卡器code6

RFID(Radio Frequency Identification,射頻識(shí)別)技術(shù)是一種非接觸自動(dòng)識(shí)別技術(shù),利用射頻信號(hào)通過(guò)空間耦合(電感或電磁耦合)實(shí)現(xiàn)無(wú)接觸信息傳遞,并通過(guò)所傳遞的信息達(dá)到識(shí)別目的。

RFID卡技術(shù)成功地融合RFID技術(shù)和IC卡技術(shù),解決了無(wú)源(卡中無(wú)電源)和免接觸的難題,是電子信息技術(shù)領(lǐng)域的一大突破。由于RFID卡方便、耐用,且可高速通信、多卡操作,在門(mén)禁安防、身份識(shí)別、公共交通等眾多領(lǐng)域正逐漸取代傳統(tǒng)的接觸式IC卡,在市場(chǎng)上所占的份額越來(lái)越大,應(yīng)用日益廣泛。高速公路、停車場(chǎng)、加油站收費(fèi),智能卡水表、電表、煤氣表等應(yīng)用,也可使用RFID卡。從長(zhǎng)遠(yuǎn)角度看,RFID卡將會(huì)替換目前廣泛使用的接觸式IC卡。

RFID 卡的突出優(yōu)點(diǎn)

與接觸式IC卡相比,RFID卡具有以下優(yōu)點(diǎn)。

(1)高可靠性:由于無(wú)觸點(diǎn),可最大限度地避免由接觸讀寫(xiě)而產(chǎn)生的各種故障,提高了抗靜電和抗環(huán)境污染能力,因此提高了使用的可靠性,延長(zhǎng)了讀寫(xiě)設(shè)備和卡片的使用壽命。

(2)易用性:操作方便、快捷,無(wú)需插拔卡,完成一次操作只需0.1~0.3s。使用時(shí),卡片可以任意方向掠過(guò)讀寫(xiě)設(shè)備表面。

(3)高安全性:序列號(hào)是全球唯一的,出廠后不可更改。卡與讀寫(xiě)設(shè)備之間采用雙向互認(rèn)驗(yàn)證機(jī)制,即讀寫(xiě)器驗(yàn)證卡的合法性,同時(shí)卡驗(yàn)證讀寫(xiě)器的合法性。通信過(guò)程中所有的數(shù)據(jù)都加密,卡片上不同分區(qū)的數(shù)據(jù)可用不同的密碼和訪問(wèn)條件進(jìn)行保護(hù)。

(4)高抗干擾性:對(duì)有防沖突電路的RFID卡,在多卡同時(shí)進(jìn)入讀寫(xiě)范圍內(nèi)時(shí),讀寫(xiě)設(shè)備可一一對(duì)卡進(jìn)行處理,抗干擾性高。

(5)一卡多用:卡片上的數(shù)據(jù)分區(qū)管理,可以很方便地實(shí)現(xiàn)一卡多用。

(6)多種工作距離:作用距離從幾厘米到幾米,適應(yīng)不同的應(yīng)用場(chǎng)合。

RFID 卡讀寫(xiě)器工作原理

RFID卡的結(jié)構(gòu)如圖15.1所示。

圖15.1 RFID 卡的結(jié)構(gòu)

RFID卡讀寫(xiě)器是連接RFID卡與應(yīng)用系統(tǒng)間的橋梁,RFID卡讀寫(xiě)器的基本任務(wù)就是啟動(dòng)RFID卡,與RFID卡建立通信,在應(yīng)用系統(tǒng)和卡片間傳遞數(shù)據(jù)。

RFID卡讀寫(xiě)器將要發(fā)送的信息編碼后加載到一固定頻率的載波上,當(dāng)RFID卡(卡片內(nèi)有一個(gè)諧振電路,其頻率與讀寫(xiě)器發(fā)送的載波頻率相同)進(jìn)入讀寫(xiě)器的工作區(qū)域后,諧振電路發(fā)生諧振并產(chǎn)生電荷積累,當(dāng)電荷積累到一定數(shù)值時(shí),就能為RFID卡內(nèi)的電路提供工作電壓,使卡內(nèi)的芯片開(kāi)始正常工作,處理讀寫(xiě)器發(fā)送的數(shù)據(jù)信息。RFID卡系統(tǒng)的模型如圖15.2所示。

一個(gè)完整的RFID卡讀寫(xiě)器應(yīng)包括以下幾個(gè)部分(見(jiàn)圖15.3):?jiǎn)纹瑱C(jī)、射頻處理模塊、天線、與PC的通信接口以及鍵盤(pán)、顯示等部件。

圖15.2 RFID卡系統(tǒng)模型圖

圖15.3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖

單片機(jī)是讀寫(xiě)設(shè)備的數(shù)據(jù)處理控制核心。它不僅要控制射頻處理模塊完成對(duì)RFID卡的讀寫(xiě),還要負(fù)責(zé)通過(guò)通信接口與PC進(jìn)行通信,并對(duì)鍵盤(pán)、顯示設(shè)備等其他外部設(shè)備進(jìn)行控制。

射頻處理模塊負(fù)責(zé)射頻信號(hào)的處理和數(shù)據(jù)的傳輸,完成對(duì)RFID卡的讀寫(xiě)。

天線的作用有兩個(gè):一是產(chǎn)生電磁能量,為卡片提供電源;二是在讀寫(xiě)設(shè)備和卡片之間傳送信息。天線的有效電磁場(chǎng)范圍就是系統(tǒng)的工作區(qū)域。

與PC的通信接口以及鍵盤(pán)、顯示等部件主要實(shí)現(xiàn)與PC的通信,以及操作時(shí)的人機(jī)界面。

根據(jù)RFID卡與讀寫(xiě)器之間能可靠交換數(shù)據(jù)的距離,RFID卡天線和讀寫(xiě)器之間的耦合可以分為3類:密耦合系統(tǒng)、遙耦合系統(tǒng)和遠(yuǎn)距離系統(tǒng)。

密耦合系統(tǒng)的典型作用距離范圍是0~1cm。在實(shí)際應(yīng)用中,必須把卡插入閱讀器中或者放置到閱讀器的天線表面。密耦合系統(tǒng)的卡與閱讀器之間是電感耦合,其工作頻率一般在30MHz以下。密耦合系統(tǒng)適合于安全要求較高,但不要求作用距離的應(yīng)用系統(tǒng),如電子門(mén)鎖等。

遙耦合系統(tǒng)的典型作用距離可以達(dá)到1m。遙耦合系統(tǒng)又可以細(xì)分為近耦合系統(tǒng)和疏耦合系統(tǒng),前者的典型作用距離為15cm,后者為1m。所有遙耦合系統(tǒng)在卡和閱讀器之間都是電感耦合,典型工作頻率為13.56MHz,也有其他頻率,如6.75MHz、27.125MHz或者135kHz以下。

遠(yuǎn)距離系統(tǒng)的典型作用距離是1~10m,個(gè)別系統(tǒng)也有更遠(yuǎn)的作用距離。所有的遠(yuǎn)距離系統(tǒng)的卡和閱讀器之間都是電磁反向散射耦合,在微波范圍內(nèi)用電磁波工作,發(fā)送頻率通常為2.45GHz,也有系統(tǒng)使用5.8GHz和24.125GHz的頻率。

Philips公司的Mifare 卡

Philips公司是世界上最早研制RFID卡的公司之一,其Mifare技術(shù)已經(jīng)被定為IS0/IEC14443 TYPE A國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。使用Mifare芯片的RFID卡占世界范圍內(nèi)同類智能卡銷量的60%以上。這里簡(jiǎn)單介紹一下Mifare standard卡:MF 1 IC S50(簡(jiǎn)稱Mifare 1卡)。

Mifare 1卡除了微型IC芯片及一個(gè)高效率天線外,無(wú)任何其他元器件??ㄆ娐凡挥萌魏坞姵毓╇?,工作時(shí)的能量由讀寫(xiě)器天線發(fā)送頻率為13.56MHz無(wú)線電載波信號(hào),以非接觸方式耦合到卡片天線上產(chǎn)生電能,電壓通??蛇_(dá)2V以上。標(biāo)準(zhǔn)操作距離可達(dá)10cm,卡與讀寫(xiě)器之間的通信速率高達(dá)106kbit/s。芯片設(shè)計(jì)有增/減值的專項(xiàng)數(shù)學(xué)運(yùn)算電路,適合公共交通、地鐵車站等行業(yè)的檢票/收費(fèi)系統(tǒng),其典型交易時(shí)間最長(zhǎng)不超過(guò)100ms。

Mifare 1卡芯片內(nèi)含1KB的EEPROM存儲(chǔ)器,其空間被劃分為可由用戶單獨(dú)使用的16個(gè)扇區(qū)。數(shù)據(jù)的擦寫(xiě)次數(shù)超過(guò)10萬(wàn)次,數(shù)據(jù)保存期大于10年,抗靜電保護(hù)能力達(dá)2kV。

Mifare 1卡的芯片在制造時(shí)具有全球唯一的序列號(hào),具有先進(jìn)的數(shù)據(jù)通信加密和雙向密碼驗(yàn)證功能,還具有防沖突功能,可以在同一時(shí)間處理重疊在讀寫(xiě)器天線有效工作距離內(nèi)的多張卡片。

Mifare 1芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜,可劃分為射頻接口、數(shù)字處理單元、EEPROM這3大部分,其中數(shù)字處理單元又分為若干小部分,如圖15.4所示。

◆射頻接口:在RF射頻接口電路中,含有波形轉(zhuǎn)換模塊。它可接收讀寫(xiě)器上的13.56MHz的無(wú)線電調(diào)制頻率,一方面送調(diào)制/解調(diào)模塊,另一方面進(jìn)行波形轉(zhuǎn)換,然后對(duì)其整流、濾波,接著對(duì)電壓進(jìn)行穩(wěn)壓等進(jìn)一步處理,最終輸出供給卡上的電路工作。

圖15.4 Mifare 1 卡邏輯框圖

◆防沖突模塊:如有多張Mifare 1卡處在讀寫(xiě)器的天線的工作范圍之內(nèi)時(shí),防沖突模塊的防沖突功能將被啟動(dòng),根據(jù)卡片的序列號(hào)來(lái)選定一張卡片。被選中的卡片將直接與讀寫(xiě)器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換,未被選中的卡片處于等待狀態(tài)。

◆認(rèn)證模塊:在選中一張卡片后,任何對(duì)卡片上存儲(chǔ)區(qū)的操作都必須經(jīng)過(guò)認(rèn)證,只有經(jīng)過(guò)密碼校驗(yàn),才可對(duì)數(shù)據(jù)塊進(jìn)行訪問(wèn)。Mifare 1卡片上有16個(gè)扇區(qū),每個(gè)扇區(qū)都可分別設(shè)置各自的密碼,互不干涉。因此每個(gè)扇區(qū)可獨(dú)立地應(yīng)用于一個(gè)應(yīng)用場(chǎng)合,整個(gè)卡片可以設(shè)計(jì)成“一卡通”形式來(lái)應(yīng)用。

◆控制和算術(shù)運(yùn)算單元:這一單元是整個(gè)卡片的控制中心,它主要對(duì)整個(gè)卡片的各個(gè)單位進(jìn)行微操作控制,協(xié)調(diào)卡片的各個(gè)步驟,同時(shí)還對(duì)各種收/發(fā)的數(shù)據(jù)進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算處理、CRC運(yùn)算處理等。

◆EEPROM接口:連接到EEPROM。

◆加密單元:Mifare的CRYPTOL數(shù)據(jù)流加密算法將保證卡片與讀寫(xiě)器通信時(shí)的數(shù)據(jù)安全。

表15.1 Mifare 1卡的存儲(chǔ)器組織結(jié)構(gòu)

◆EEPROM:容量為1KB,分16個(gè)扇區(qū),每扇區(qū)有4個(gè)塊,每塊16字節(jié)。其組織結(jié)構(gòu)如表15.1所示。每個(gè)扇區(qū)的塊3也稱作尾塊,是扇區(qū)的控制塊,其結(jié)構(gòu)如表15.2所示。前6個(gè)字節(jié)為密碼A(KeyA),永遠(yuǎn)不能被讀出,但在滿足一定條件下,可被改寫(xiě);后6個(gè)字節(jié)為密碼B(KeyB),當(dāng)密鑰使用時(shí)是不可讀的,但用來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)時(shí)則是可讀的;中間4個(gè)字節(jié)為權(quán)限位,存放本扇區(qū)的4個(gè)數(shù)據(jù)塊的訪問(wèn)條件??刂茐K使用兩個(gè)密碼,是為了給用戶提供多重控制方式。例如,用戶可以用一個(gè)密碼控制對(duì)數(shù)據(jù)塊的讀操作,用另一個(gè)密碼控制對(duì)數(shù)據(jù)塊的寫(xiě)操作。其余3個(gè)塊是一般的數(shù)據(jù)塊。扇區(qū)0中是特殊的塊,包含了廠商代碼信息,在生產(chǎn)卡片時(shí)寫(xiě)入,不可改寫(xiě)。其中第0~4字節(jié)為卡片的序列號(hào),第5個(gè)字節(jié)為序列號(hào)的校驗(yàn)碼,第6字節(jié)為卡片的容量“SIZE”字節(jié),第7~8字節(jié)為卡片的類型號(hào)(Tagtype)字節(jié),其他字節(jié)由廠商另加定義。

表15.2中,C1、C2、C3三個(gè)數(shù)據(jù)位表達(dá)各塊的具體訪問(wèn)權(quán)限,下標(biāo)0、1、2、3分別表示在扇區(qū)內(nèi)的塊號(hào)。“C13、C23、C33”即為扇區(qū)第3塊(尾塊)的訪問(wèn)權(quán)限。為了可靠,訪問(wèn)條件的每一位都同時(shí)用原碼和反碼存儲(chǔ),共存儲(chǔ)了兩遍。尾塊的讀寫(xiě)權(quán)限的意義如表15.3所示。

表15.2 尾塊組成及訪問(wèn)權(quán)限字節(jié)結(jié)構(gòu)

表15.3 尾塊的權(quán)限代碼與訪問(wèn)權(quán)限

(注:N表示不能,A表示KeyA,B表示KeyB,A/B表示KeyA或者KeyB)

在空卡狀態(tài)下,每個(gè)扇區(qū)的尾塊數(shù)據(jù)(16 進(jìn)制)為:“0x 000000000000 FF078069 FFFFFFFFFFFF”??湛〞r(shí)的密碼A和密碼 B 均為“0x FFFFFF”,由于密碼A 不可讀,讀出的數(shù)據(jù)顯示為“0x 000000”。在空卡默認(rèn)讀寫(xiě)權(quán)限下可以利用密碼A對(duì)所有塊進(jìn)行讀寫(xiě)操作,以及更改各塊的讀寫(xiě)權(quán)限,但不可以利用密碼B進(jìn)行讀寫(xiě)操作(此時(shí)密碼B可讀)。

權(quán)限位為:“0x FF078069”,由表15.2,得:

C13=0C12=0C11=0C10=0

C23=0C22=0C21=0C20=0

C33=1C32=0C31=0C30=0

C13C23C33=001,根據(jù)表15.3,密碼A不可讀,但通過(guò)密碼A校驗(yàn)后,可改寫(xiě)密碼A,權(quán)限字節(jié)及密碼B的讀寫(xiě)權(quán)限均可用密碼A讀寫(xiě)。

另外,由表15.3可知尾塊的下列屬性:密碼A永遠(yuǎn)不可讀,因此一旦設(shè)定就必須記住,不過(guò)在000、100、001、011幾種情況下可以改寫(xiě);訪問(wèn)權(quán)限字節(jié)僅在001、011、101三種狀態(tài)下可寫(xiě);密碼B在000、100、001、011四種狀態(tài)下可寫(xiě),在000、010、001三種狀態(tài)下可讀(此時(shí)密碼B的6個(gè)字節(jié)用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù),不再作為密鑰)。

數(shù)據(jù)塊的讀寫(xiě)權(quán)限如表15.4所示。對(duì)數(shù)據(jù)塊的增值、減值操作,僅在狀態(tài)“110”和“001”下可進(jìn)行。而第0塊(廠商數(shù)據(jù)塊)雖然也屬于數(shù)據(jù)塊,但是它不受權(quán)限字節(jié)影響,永遠(yuǎn)只讀。在空卡情況下,數(shù)據(jù)塊的讀寫(xiě)權(quán)限代碼C1iC2iC3i=000,密碼A和密碼B的讀寫(xiě)訪問(wèn)權(quán)均為“A/B”,表示可用密碼A或者是密碼B對(duì)各數(shù)據(jù)塊進(jìn)行讀寫(xiě),但實(shí)際上由于在空卡默認(rèn)狀態(tài)下密碼B是可讀的,所以不可用密碼B讀寫(xiě)數(shù)據(jù)。

表15.4 數(shù)據(jù)塊(i=0、1、2)的權(quán)限代碼與訪問(wèn)權(quán)限

電路設(shè)計(jì)

RFID卡讀寫(xiě)器主板的電路原理圖如圖15.5所示,由單片機(jī)、與PC的通信接口、鍵盤(pán)、LCD顯示等部分組成。RFID卡讀寫(xiě)器射頻處理模塊及天線等的電路圖如圖15.6所示。

圖15.5 RFID 卡讀寫(xiě)器主板電路原理圖

圖15.6 RFID 卡讀寫(xiě)器射頻處理模塊及天線電路圖

射頻處理模塊(也稱為射頻基站模塊)是射頻卡讀寫(xiě)器的關(guān)鍵部件,RFID卡讀寫(xiě)器通過(guò)該模塊與射頻卡進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。射頻處理模塊的主要部件就是射頻基站芯片,這里我們選用Philip公司的MFRC522。它是13.56MHz非接觸式通信中高集成讀卡IC系列中的一員,利用先進(jìn)的調(diào)制和解調(diào)概念,完全整合了在13.56MHz下任何類型的被動(dòng)非接觸式通信方式和協(xié)議。它內(nèi)部包括微控制器接口單元、模擬信號(hào)處理單元、IS014443A規(guī)定的協(xié)議處理單元,以及Mifare卡特殊的Cryptol安全密鑰存儲(chǔ)單元,可以與所有兼容Intel或Motorola總線的微控制器直接連接,其內(nèi)部還具有64個(gè)字節(jié)的先入先出(FIFO)隊(duì)列,可以和微控制器實(shí)現(xiàn)高速傳輸數(shù)據(jù)。

MFRC522內(nèi)部的發(fā)送器部分無(wú)需增加有源電路就能夠直接驅(qū)動(dòng)近操作距離的天線(可達(dá)10cm),接收器部分提供一個(gè)高效的解調(diào)和解碼電路,數(shù)字部分處理ISO14443A幀和錯(cuò)誤檢測(cè)。

天線部分主要包括低通濾波器、接收電路、天線匹配電路和天線線圈,天線拾取的信號(hào)經(jīng)過(guò)天線匹配電路送到RX腳,MFRC522的內(nèi)部接收器對(duì)信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)和解調(diào),并根據(jù)寄存器的設(shè)定進(jìn)行處理。然后數(shù)據(jù)被發(fā)送到并行接口,由單片機(jī)進(jìn)行讀取。制作完成的實(shí)驗(yàn)樣機(jī)如圖15.7所示。

圖15.7 制作完成的實(shí)驗(yàn)樣機(jī)

軟件設(shè)計(jì)及使用

程序采用結(jié)構(gòu)化模塊方式設(shè)計(jì),條理清晰、結(jié)構(gòu)完善,便于整個(gè)程序的裝配。限于文章的篇幅,本文不對(duì)程序作詳細(xì)介紹,這里只對(duì)相關(guān)的讀寫(xiě)過(guò)程作簡(jiǎn)單介紹。

讀寫(xiě)卡是一個(gè)非常復(fù)雜的程序執(zhí)行過(guò)程,要執(zhí)行一系列的操作指令,調(diào)用多個(gè)子函數(shù),包括裝載密碼、詢卡、防沖突、選卡、驗(yàn)證密碼、讀寫(xiě)卡、停卡等。這一系列的操作必須按固定的順序進(jìn)行。在沒(méi)有Mifare 1卡片進(jìn)入射頻天線有效范圍時(shí),LCD顯示“歡迎光臨”;當(dāng)有Mifare 1卡片進(jìn)入到射頻天線的有效范圍時(shí),讀寫(xiě)器驗(yàn)證卡及密碼成功后,將卡號(hào)、消費(fèi)金額、充值金額和余額等數(shù)據(jù)作為一條記錄存入EEPROM存儲(chǔ)器中,并同時(shí)在LCD上顯示出來(lái)。

1. 寫(xiě)(設(shè)置)RFID 卡

讀卡器對(duì)卡進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀寫(xiě)、密碼的管理和功能的測(cè)試,可以進(jìn)行尋卡、防沖突、選擇和終止等功能。可對(duì)RFID卡的16個(gè)扇區(qū)進(jìn)行密碼的下載及A、B組密碼的選擇。可對(duì)每個(gè)扇區(qū)3個(gè)塊的數(shù)據(jù)進(jìn)行讀寫(xiě)。塊值操作包括初始化、讀值、加值、減值、密碼的修改等。

2. 讀 RFID 卡

首先尋卡,進(jìn)入卡處理程序,緊接著防沖突,成功之后,加載密碼,之后便可對(duì)卡進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀取和操作。完成之后等待卡的拿開(kāi),確保每次只讀一次數(shù)據(jù)。

3. 讀寫(xiě)器與射頻通信程序

RFID卡與讀寫(xiě)器間的通信流程如圖15.8所示,各功能定義如下。

圖15.8 RFID 卡與讀寫(xiě)器間的通信流程

(1)復(fù)位應(yīng)答:射頻卡的通信協(xié)議和通信波特率是定義好的,當(dāng)有射頻卡進(jìn)入讀寫(xiě)器的操作范圍時(shí),讀寫(xiě)器以特定的協(xié)議與它通信,驗(yàn)證卡片的卡型。

(2)防沖突機(jī)制:當(dāng)有多張卡進(jìn)入讀寫(xiě)器操作范圍時(shí),防沖突機(jī)制會(huì)從其中選擇一張進(jìn)行操作,未選中的則處于空閑模式,等待下一次選卡,該過(guò)程會(huì)返回被選卡的序列號(hào)。

(3)選擇卡片:選擇被選中的卡的序列號(hào),同時(shí)返回卡的容量代碼。

(4)3次互相確認(rèn):選定要處理的卡片之后,讀寫(xiě)器就確定要訪問(wèn)的扇區(qū)號(hào),并對(duì)該扇區(qū)密碼進(jìn)行密碼校驗(yàn)。在3次相互認(rèn)證之后,就可以通過(guò)加密流進(jìn)行通信。當(dāng)選擇另一扇區(qū)時(shí),則必須進(jìn)行另一次密碼校驗(yàn)。

(5)對(duì)數(shù)據(jù)塊的操作:讀一個(gè)塊、寫(xiě)一個(gè)塊、對(duì)數(shù)值塊進(jìn)行加值、對(duì)數(shù)值塊進(jìn)行減值、將卡置于暫停工作狀態(tài)。

進(jìn)入等待狀態(tài)時(shí),RFID卡讀寫(xiě)器的屏幕上顯示“歡迎光臨”(見(jiàn)圖15.9)。圖15.5中按鍵S1~S4的作用如下:按動(dòng)S1后,讀寫(xiě)器進(jìn)入消費(fèi)工作模式(見(jiàn)圖15.10);按動(dòng)S2后,讀寫(xiě)器進(jìn)入充值模式(見(jiàn)圖15.11);按動(dòng)S3后,讀寫(xiě)器進(jìn)入注冊(cè)模式(見(jiàn)圖15.12);按動(dòng)S4后,讀寫(xiě)器進(jìn)入讀卡工作模式(見(jiàn)圖15.13)。

圖15.9 進(jìn)入等待狀態(tài)

圖15.10 消費(fèi)工作模式

圖15.11 充值模式

圖15.12 注冊(cè)模式照片

圖15.13 讀卡工作模式

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