（计算机应用技术专业论文）基于arm的手持式rfid读写器的研究与实现.pdf

摘要 当代科学技术突飞猛进，极大促进了自动识别技术的发展条形码、光学 字符识别、磁条( 卡) 、i c 卡、语音识别、视觉识别、r f i d 等，其中。r f i d 无疑 是最为前沿的自动识别技术，是一种非接触式的识别技术；同时，随着另外一项 技术嵌入式技术的飞速发展，机构小巧、性能优越、价格便宜、操作简便的 手持式数据自动读写设备发展尤为迅速。具体说来，一款好的手持式r f i d 读写器 适用于工作现场，可以供工作人员对现场物品信息进行自动收集，而随着嵌入式 操作系统和网络技术的应用，使读写器不仅有数据采集功能，而且可以对数据进 行分析以供管理决策。在这其中，操作系统、芯片、总线、接口技术成为读写器 的内核，嵌入式系统成为技术的代表。 随着嵌入式操作系统( 如l i n u x 、w i n c e n e t ) 的出现，使得软件开发人员在 嵌入式系统和普通p c 机上进行应用软件开发不会感到太大的差别( 借助于交叉开 发环境，即在p c 机上编译连接，但生成的是目标机代码) 。但是，对于那些应用 软件丌发者，往往对某一行业软件开发比较熟悉却对硬件有些陌生，熟悉硬件原 理( 嵌入式处理器架构、部件工作原理等) 恰恰是构建个嵌入式系统所必须的。 因此，构建一个性能稳定、持续工作时间长、完善数据接口、方便读写器接口的 手持式设备成为了当今一个比较热门的技术领域。本项目就是根据以上事实，先 分析了国内外研究现状，再根据项目需求、生产成本以及r f i d 应用开发者的要求， 决定采用以a r m 9 2 0 t 为内核的s 3 c 2 4 1 0 为嵌入式处理器、微软公司力推的 w i n c e n e t 为嵌入式操作系统，设计开发了供r f i d 应用软件开发者使用的手持式 r f i d 读写器。针对手持式设备的特点和实际要求，对读写器软硬件系统整体结构 进行了规划，完成了时钟电路、h a n df l a s h 存储器接口电路、s d r a h 电路、串行 接口电路、r f i d 读写模块接口电路、u s b 接口电路、无线通信模块接口电路、l c d ， 触摸屏接口电路的设计，并开发了读写器的二次发a p i ；在w i n c e n e t 平台下，利 用p l a t f o r mb u i l d e r 工具定制了适于读写器的操作系统，实现了嵌入式操作系统 的设计，最后对整个系统进行了测试 关键宇：r h d ；舭u 订；嵌入式系统；w i n c e n e t ；读写器 奎三些查兰三耋矍圭茎堡篁三 a b s t r a c t m o d e ms c i e n c ea n dt e c h n o l o g ya r ea d v a n c i n gr a p i d l ya n dg r e a t l yp r o m o t et h e a u t o m a t i ci d e n t i f i c a t i o nt e c h n o l o g y b a rc o d e s o p t i c a lc h a r a c t e rr e c o g n i t i o n , m a g n e t i c ( c a r d ) ，i cc a r d , s p e e c hr e c o g n i t i o n , v i s u a lr e c o g n i t i o n , r f i da n d s oo n ；o f a l l , r f i di s t h em o s ta d v a n c e d ，w h i c hi san o n - c o n t a c ti d e n t i f i c a t i o nt e c h n o l o g y ；m e a n w h i l e ，w i t h t h ep r o g r e s so f at e c h n i c a l t h ee m b e d d e dt e c h n o l o g y , c o m p a c tb o d i e s ，s u p e r i o r p e r f o r m a n c e ，l o wp r i c e ，丘i c n d l yo p e r a t i o n a la n dh a n d - h e l da u t o m a t i cd a t ar e a d i n ga n d w r i t i n gd e v i c ei sd e v e l o p i n gr a p i d l y s p e c i f i c a l l y , o n eg o o dh a m - h e l dr f i dr e a d e ri s c a p a b l et ow o r ko nt h es p o ta n dp r o v i d e ss t a f f w i t ho n - s i t em a t e r i a l si n f o r m a t i o n c o l l e c t e da u t o m a t i c a l l y ；w i t ht h ea p p l i c a t i o no f e m b e d d e do p e r a t i n gs y s t e m sa n d n e t w o r kt e c h n o l o g y , r e a d e ri sa b l en o tt oo n l yc o l l e c td a t aa u t o m a t i c a l l y ，b u ta l s ot o a n a l y z ed a t af o rm a n a g e m e n td e c i s m m i n t h i sf i e l d ，o p e r a t i n gs y s t e m s , c h i p s ，b u s i n t e r f a c et e c h n o l o g yt ob e c o m er e a d e rk e r n e la n de m b e d d e ds y s t e mb e c o m e st e c h n i c a l r e p r e s c m a t i v e s w i t ht h eu s eo f e m b e d d e do p e r a t i n gs y s t e m ( s u c ha sl i n u x , w i n c e n e t ) ， p r o g r a m m e rf e e l sn od i f f e r e n c eo nt h ed e v e l o p m e n to f a p p l i c a t i o ns u r w a r e b e t w e e n e m h e d d e ds y s t e m sa n dg e n e r a lp cm a c h i n e ( t h r o u g hc r o s s - d e v e l o p m e n te n v i r o n m e n t ， c o m p i l i n ga n dl i n k m ga r eo np c ，b u tf i n a lc o d ei sa i m a tg o a lm a c h i n e ) h o w e v e r ，f o r t h o s ea p p l i c a t i o n sd e v e l o p e r s ，t o oo r e n t h e ya r eq u i t e f a m i l i a rw i t hs o m ep a r t i c u l a r s o r w a r ed e v e l o p m e n ta b o u ts o m es p e c i a li n d u s t r yb u tn o tu n f a m i l i a rw i t hh a r d w a r e ( e m h e d d e dp r o c e s s o ra r c h i t e c t u r ee t c ) t h e r e f o r e ，b u i l d i n gas t a b l e ，p e r f e c td a t a i n t e r f a c e ，r f i d a p ih a n d h e l de q u i p m e n ti st o d a y sh o t t e s tt e c h n o l o g i e s t h ep r o j e c ti s b a s e do nt h ep o p u l a ra r m p r o c e s s o ra n d w i n c e n e to p e r a t i n gs y s t e m , a n dd e s i g n sa n d d e v e l o p sh a n d h e l dr f i dr e a d e r f o ru s eo f r f i da p p l i c a t i o nd e v e l o p m e n t a c c o r d i n g t or e q u i r e m e n to f h a n d h e l dd e v i c e ，p r o j e c td e s i g n s i i a b s t r a c t h a r d w a r ds y s t e mf o rr e a d j a ra n dd e v e l o p sr f i d - a p if o rr h d a p p l i c a t i o np r o g r a m ； u n d e rw i n c e n e t ，t h r o u g hp l a t f o r mb u i l d e rc u s t o m so p e r a t h l gs y s t e mo f r e a d e ra n d c o m p l e t e st h ed e s i g no f e m b e d d e do p e r a t i n gs y s t e m a tl a s t ，t h ew h o l es y s t e mw a s t e s t e dt ob es u r eo f c o r r e c t i o no f t h es y s t e m k e y w o r d s ：r f i d ；a r m ；e m b e d d e ds y s t e m ；w i n c e n e t ；r e a d e r i i i 攻读硕士研究生期间发表的论文 独创性声明 秉承学校严谨的学风与优良的科学道德，本人声明所呈交的论文是我个人在 导师的指导下进行研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标 注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，不包含 本人或其他用途使用过的成果。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均 已在论文中作了明确的说明，并表示了致谢。 本学位论文成果是本人在广东工业大学读书期间在导师的指导下取得的，论 文成果归广东工业大学所有。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任，特此声明。 指导老师签字： 论文作者签字： 明车圭 1 月? ，e l | 第一章绪论 1 1 课题的来源 第一章绪论 信息时代离不开数据处理，对数据进行各种数学运算，对数据进行分析，把 数据以我们所需要的形式呈现出来( 声音、动画、视频等) 。纸带可以说是最原始 的数据录入方式了，慢慢发展到磁盘、键盘、手写板等。客观上说，数据一般都 是某一对象相关信息的集合，是某一对象的代表。可不可以在没有人工干预的情 况下让计算机自动获得目标对象的相关信息呢? 可以，这就是自动识别技术。 r f i d ( 射频识别) 是一种非接触式的自动识别技术“1 ，它通过射频信号自动识别目标 对象并获取相关数据，识别工作无须人工干预，作为条形码的无线版本，r f i d 技 术具有条形码所不具备的防水、防磁、耐高温、使用寿命长、读取距离大、标签 上数据可以加密、存储数据容量更大、存储信息更改自如“1 等优点。而且r f i d 技 术还可以支持高速运动的物体及同时识别多个标签，其应用将给零售、物流等产 业带来革命性变化。 本课题来源于广东省广州市某公司的“手持式r f i d 读写器”项目。近年来， 随着r f i d 技术在国内的逐步推广应用，许多应用软件开发者已经把目光转向r f i d 应用上来。对于一些( 零售、物流等) 基于r f i d 应用开发，首先需要一款好的手 持式r f i d 读写器作为整个基于r f i d 的上层应用的平台，而构建这样一个平台需 要熟悉嵌入式硬件、嵌入式操作系统方面的知识，这些往往又是那些熟悉行业应 用软件开发者所不具备的，所以本项目的目标就是构建一个性能稳定、完善的通 信接口、具有二次开发a p i 的手持式r h d 读写器，使上层应用开发者只关注具体 的与业务相关的软件开发。 作者在手持式r f i d 读写器中主要负责硬件电路设计、嵌入式操作系统定制、 r f i d 读写器a p i 设计等任务。从2 0 0 5 年1 0 月分开始，在项目经理的带领下。和 项目组成员一起从分析市场前景开始，详细地调研分析了手持式设备应具有的硬 件接口、当前流行的嵌入式操作系统各自的优缺点、r f i i ) 读写器的工作原理，最 后决定采用a l r - 9 9 3 2 作为读写模块、基于a r m9 2 0 t 内核的s 3 c 2 4 1 0 作为该系统 的m c u 、w i n c e n e t 作为嵌入式操作系统、d l l 形式的读写器a p i 。 l 广东i 业大学i 学硕十学位论文 1 2 国内外研究现状 r f i d 技术在国外的发展较早较快，尤其是在美国、英国、德国、瑞典、瑞士、 日本、南非目前均有较为成熟且先进的r f i d 系统0 1 。r f i d 技术在国外的发展十分 快，技术标准、读写设备、软件解决方案均有不同的厂家或公司在做。如德州仪 器公司( t i ) 、m o t o r o l a 、e m 、i p i c o 、a i i e n 等世界著名的厂家都生产r f i d 读写 设备；世界多家著名的手机制造商如诺基亚、三星、n e c 、松下、夏普、索尼爱立 信等都相继进入带有r p i d 功能的手机的研发；i b m 、s y m b o l 、p r o g r e s s 、c h e c k p o i n t 等公司都在研制不同领域的r f i d 解决方案，以满足企业对于效率、成本以及安全 方面的需求；s u n 、m i c r o s o f t 等大型软件公司为企业的r f i d 应用提供软件技术支 持”1 。r f i d 标签还没有统一的国际标准，实际应用较多的标准是e p c g l o b a l ，a i m g l o b a l 、i s o 、u i d 等”。 在我国，r f i d 的发展则相对滞后些，但我国政府也正在积极参与国际标准的 制定，同时信息产业部也在着手国内标准的制定工作。2 0 0 4 年1 月1 8 只。我国国 家标准委员会宣布正式成立“电子标签”国家标准工作组，负责起草、制定我国 有关“电子标签”的多项国际标准“1 ；由于r f i d 广阔的市场前景，我国的广州、 深圳、上海的一些厂商也开始重视f i d 读写器的研制工作，但主要是集中在中低 频，而采用超高频的则比较少见。 1 3 研究的内容与意义 本课题研究工作来源于广州某公司的“手持式r f i d 读写器”项目。r f i d 技 术正在国内掀起一股热潮，其不仅仅是一种可取代条码的新标签，更重要的是将 对商场、超市、仓储、物流的经营管理效率带来惊人的提升“1 。别的不说，劳命伤 财的经常性货架或仓库存货盘点可以省免，这可为业主们省却多少劳动力支出， 而消费者到超市购货，推着满车的选购品到结帐口时，不用再排队即可付款通行。 就整个r 阿d 产业链来说，有研究标签的，有研究标签读头的，有研究基于r f i d 行 业应用的。然而，那些应用软件开发商。他们往往对某一行业软件丌发比较熟悉， 但是却对硬件了解不多，因为一定的应用是需要一定的硬件做支撑的，基于r f i d 的应用更是如此。本课题就是给r f i d 应用软件丌发者构建一个性能稳定、完善通 信接口、方便r f i d 应用丌发a p i 的基于a r m 的手持式r f i d 读写器。 2 第一章绪论 1 3 1 研究内容 本项目研究的主要内容总结为如下几个方面。 1 对目前的自动识别技术进行了分析，指出了各自应用领域及优缺点，重点 突出了r f i d 的优势和广阔的市场前景。 2 介绍了本项目用到的相关技术，包括r f i d 的工作原理、a r m 处理器特点 及体系结构、w i n c e n e t 系统概述。 3 读写器的硬件设计。 4 读写器软件设计。 5 系统测试。 1 3 2 课题特色之处 本课题实现了一个手持式r f i d 读写器。目前在中国，r f i d 应用主要集中在中 低频嘲，读写距离都比较近；相比之下，本项目所研究的读写起具有如下特点：工 作频率为9 1 5 删z 、读写距离远、读写速度快、功耗低，同时对r f i d 读写器的操作 完全交给二次开发a p i 来维护，使用r f i d 应用程序很方便地使用r f i d 读写模块， 为准备采用9 1 5 m h z 的c l a s sie p c 电子标签的r f i d 应用集成商提供了一个较好 的软硬件平台。 1 4 论文的组织 针对以上主要任务，对本项目内容进行了划分，按如下章节组织，共分五章： 第一章绪论主要介绍了课题的来源、国内外的研究现状、研究的内容和意义， 并分析了课题的特色之处。 第二章对于本课题涉及到相关技术，包括r f i d 的工作原理、a r m 处理器特 点及体系结构、w i n c e n e t 操作系统进行了概述。 第三章是读写器的硬件设计 第四章是读写器软件设计。 第五章是系统测试 最后对全文的工作进行总结，并对这一研究课题的前景进行展望，对尚需做 的进一步完善工作进行了讨论。 3 广东i ：业大学1 ：学硕十学位论文 第二章系统软硬件技术概述 2 1处理器和操作系统选型 一个手持式的嵌入式设备通常包括多个部件，包括微处理器、嵌入式操作系统 等。它们直接关系到系统的处理能力，开发的难易程，组网能力 1 0 3o 特别是本项 目的目标是要给r f i d 应用软件开发商提供一个友好的读写器平台，所以嵌入式操 作系统的选型非常的关键。 2 1 1 嵌入式处理器的选型 目l ； 嵌入式处理器的种类很多，常见的3 2 位嵌入式处理器有a r m 、p o w e r p c 、 m i p s 、m o t o r o l a 6 8 k 、c o l d f i r e 等，但a 蹦占据了绝对主流“”。与其他嵌入式处 理器相比，a r m 具有体积小，功耗低，成本低，性能高，并提供丰富的片内外围控 制电路。采用a r m 内核的微处理器己经广泛应用于工业控制、无线通讯、网络应 用、消费类电子产品、成像及安全产品等领域。 a r m 微处理器泛指所有使用a r m ( a d v a n c e dr i s cm a c h i n e ) 公司3 2 位处理器 核所生产的各种微处理器芯片。a r m 嵌入式处理器技术是世界上应用最为普遍的微 处理器结构，2 0 0 0 年已拥有7 6 8 的r i s c 市场份额“，近几年持续增长，几乎垄 断了全球r i s c 芯片市场，成为业界实际的r i s c 芯片标准。目前，a r m 公司提供六 个处理器核系列：a r m 7 ，a r m s ，a r m g e ，a r m i o ，a r m i o e ，s e c u r c o r e “”，a r m 还与 i n t e l 合作提供s t r o n g a r m 和x s c a l e 两个系列的产品。全世界有3 0 多家半导体厂 商生产各种通用或专用的基于a r m 核的处理器，其中包括像i n t e l ，m o t o r o l a , t i ， s u m s a n g ，a l t e r a 等全球著名的厂商。由于使用同样的内核系列，虽然各公司生产 的芯片外围不尽相同，但其处理器核心却完全样，这给软件的移植和复用带来了 巨大的便利。 a r m 处理器的选型需要综合考虑多方面内容，包括微处理器内核，系统工作频 率，片内存储器容量，片内外围电路，以及成本，技术支持等。本项目所要完成 手持式r f i d 读写器，需要通过a r m 处理器完成系统控制，网络传输等任务，需要 4 第二章系统软硬件技术概述 选择高性价比的处理器。 $ 3 c 2 4 1 0 处理器具有a p , m 9 2 0 t 核心的嵌入式微处理器。它带有m m u 可以稳定运 行w i n c e 和标准l i n u x 操作系统：处理器主频2 0 0 m t t z ，最高可达2 6 6 棚z 。$ 3 c 2 4 1 0 处理器含有丰富的片内外围电路；技术支持多，价格便宜，低功耗是本设计采用 s 3 c 2 4 l o a 微处理器重要原因。 2 1 2 嵌入式操作系统的选型 嵌入式操作系统的选择直接关系到系统的稳定性，上层应用开发的难易程度。 就目前比较流行的主要的嵌入式操作系统l i n u x 、w i n c e n e t 而言，l i n u x 操作系统 固然有它的优势： l i n u x 是开放源代码的，不存在黑箱技术；而w i n d o w sc e 是非开放性o s ， 且需要收费3 ； l i n u x 的内核小、效率高：而w i n d o w sc e 在这方面是笨拙的，占用过多 的r a m ，应用程序庞大； 但和w i n c e n e t 比较起来，嵌入式l i n u x 也有其致命的弱点： 开发难度较高，需要很高的技术实力； 核心调试工具不全，调试不太方便，尚没有很好的图形用户界面； w i n c e n e t 集成化的开发界面，在其p l a t f o r mb u i l d 集成工具可以完成内核定制、 驱动程序开发等一系列的任务“”，更重要的是w i n c e n e t 的a p i 是桌面w i n d o w s 的子集，上层应用技术开发人员可以毫不费力的完成w i n c e n e t 下的应用程序开 发，特别是w i n c e n e t 还集成了n e t 运行是库( 内核定制人员的可选项) ，这就意 味着用户可以选择足以和j a v a 抗衡的n e t 进行开发；由于采用了基于w i n d o w s 环 境的w i n c e ，能够实现w i n d o w s 环境的资源共享，同w i n d o w s 开发环境相兼容， 可以实现迅速而高效的开发。同时w i n d o w s 的应用基础广泛，基于w i n d o w s 的第 三方软件资源也非常丰富，这些都是基于u n u x 的平台无法比拟的。而本系统的最 终目的就是给应用开发人员提供一个好地开发平台，所以嵌入式操作系统选择了 w l n c e f l e t 。 5 广东e 业大学r 学硕士学位论文 2 2r f i d 技术概述 2 2 1r f i d 概念 r f i d 是近年来逐渐崛起的一种无线技术，其全称是r a d i of r e q u e n c y i d e n t i f i c a t i o n ，即射频识别，俗称电子标签。r f i d 射频识别是一种非接触式的 自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无 须人工干预，可工作于各种恶劣环境。r f i d 易于操控，简单实用且特别适合用于 自动化控制的灵活性应用技术“”。它既可支持只读工作模式也可支持读写工作模 式，且无须接触或瞄准。 r f i d 是一种全新的自动识别技术，是对条码技术的继承和发展。对于条码技 术而言，它是将事先编码的条形码付着于目标物并使用专用的扫描读写器利用光 信号将信息传送到扫描读写器；而r f i d 则使用专门的r f i d 读写器及专门的可付 着于目标物的r f i d 标签，利用射频信号将信息由r f i d 标签传送到r f i d 读写器。 r f i d 技术的基本原理是电磁理论。射频标签与读写器之自j 通过耦合元件实现 射频信号的空间( 无接触) 耦合；在耦合通道内，根据时序关系，实现能量的传 递和数据的交换“”。 一般说来，r f i d 标签中存储有关目标物的一些相关信息：该目标物的名称、 重量、产地、价格等，还可以载入诸如温度等指标。r f i d 标签可灵活的附着于附 着于玻璃、金属等各类物品。 相对于传统的磁卡、i c 卡相比，r f i d 单元最大的优点就在于非接触，因此完 成识别时不需要人工干预，可识别多个告诉运动的物体并同时识别多个r f i d 标签， 操作快捷方便。 2 2 2r f i d 标准 r f i d 技术之所以能识别和跟踪每个目标物，其关键在于每个r f i d 标签中都有 一个唯一的识别码。在流通领域，目前已经存在各种物品的编码体系，例如在条 形码中使用的j a n 码、e a n 码、u p c 码和书籍的i s b n 码“。这几种编码方式都是 对每一类物品的编码，而不是对每一件物品的编码，而r f i d 标签就是一种针对每 6 第二章系统软硬件技术概述 一件物品的编码技术，通过一件物品一个编码，就可以识别出同种类的不同物品。 在国际上，目i 狩针对r f i d 在物流的应用存在两种编码体系“”：一是由日本u i d 中心( u b i q u i t o u si d 泛在i d 中心，该中心实际上就是日本有关电子标签的 标准化组织) 提出的u i d 编码体系，支持这一阵营的有只本电子厂商、信息企业 和印刷公司等，总计已达3 5 2 家。另一阵营是由美国的“e p c ( 电子产品代码) 环球协会”提出的e p c 电子产品编码标准。全球最大的零售商沃尔玛连锁集团、 英国t e s c o 等1 0 0 多家美国和欧洲的流通企业都是e p c 的成员，同时由美国i b m 公司、微软、a u t o - i dl a b 等进行技术研究支持。 标准对于r f i d 发展的作用勿庸质疑，我国作为世界产品的生产基地，r f i d 的 应用前景一直被普遍看好，标准的作用就更为关键。没有统一的标准，国外的相 关企业和产品很难进入我国市场，而我国相关的企业也不会大力投入。我国自主 的r f i d 标注也在抓紧指定制定之中。2 0 0 4 年1 月1 8 日，我国国家标准化管理委 员会宣布j 下式成立r f i d 国家标准工作组，负责起草、制定我国有关r f i d 的国家 标准，包括r f i d 技术本身的标准，如芯片、天线、频段等方面，以及r f i d 的各 种应用标准，如r f i d 在物流、身份识别、交通收费等各领域的标准。但由于种种 原因，中国的r f i d 标准要出台，还有很长的路要走。 2 2 3 系统组成 一般说来，最基本的r f i d 系统包括下面三部分： 标签( t a g ) ：由耦合元件及芯片组成，每个标签具有唯一的电子编码，附着 在物体上标识目标对象；标签中一般都还有实现定义好格式的数据，而且含有内 置天线，用于和射频天线进行通信。 读写模块( r e a d e r ) ：读取标签信息的设备，可设计为手持式或固定式；通 过它可以获取r f i d 标签中的数据。读写模块通常通过串口( r s 2 3 2 或r s 4 8 5 ) 和 上位机( 通常为p c 或嵌入式处理器如a 跚) 相连，上位机通过串口发送命令来来 控制读写模块的动作 天线( a n t e n n a ) ：在标签和读取器间传递射频信号 7 广东l 业大学 学硕士学位论文 2 2 4r f i d 系统的工作原理 读写器通过天线发送出一定频率的射频信号；当r f i d 标签进入读写器工作场 时，其天线产生感应电流，从而r f i d 标签获得能量被激活并向读写器发送出自身 编码等信息；读写器接收到来自标签的载波信号，对接收的信号进行解调和解码 后送至计算机主机进行处理；计算机系统根据逻辑运算判断该标签的合法性，针 对不同的设定做出相应的处理和控制，发出指令信号；r f i d 标签的数据解调部分 从接收到的射频脉冲中解调出数据并送到控制逻辑，控制逻辑接收指令完成存储、 发送数据或其他操作。r f i d 系统1 二作原理如图2 1 所示。 图m 1 2 1r f i d 系统工作原理 f i g u r e “9 1 2 - 1t h ep r i n c i p l eo fr f i ds y s t e m 本项目就是设计一个r f i d 读写器，从硬件上讲，由两部分组成：a r m 上位 机) 、a l r - 9 9 3 2 ( rfid 读写模块) 。a r i d 通过串口向读写模块a l r - 9 9 3 2 发送命 令，a l r - 9 9 3 2 接到命令后通过无线信道向射频标签进一步传送命令。标签接受读写 器命令后做出必要的响应，由此实现标签的识别。对于一个具体的r f i d 应用系统 来说，通过读写器实现对标签数据的无接触收集或由读写器向标签的写入信息均要 回送到应用系统中或来自应用系统，这就形成了射频标签读写设备与应用系统之 间的接口a p i ( a p p l i c a t i o n p r o g r a m i n t e r f a c e ) 。一般情况下，要求读写器能够接受 来自上层应用系统的命令，并且根据应用系统的命令或约定的协议做出相应的晌 应。 8 第二章系统软硬件技术概述 2 2 5 系统分类 r i = i d 系统按照标签的供电形式、工作频率、可读性等有不同的分类方法，具 体如下： 按标签的供电形式分： 有源标签：使用标签内电池能量，识别距离远，但寿命有限、价格高、体 积大 无源标签：不含电池，利用耦合的读写器的电磁场能量作为自己的能量， 重量轻、体积小、寿命长、价格便宜，但识别距离近 按标签的工作频率分： 低频：1 0 0 5 0 0 k h z 。常用于短距离、低成本的应用中 高频：1 0 - 1 5 m h z ，常用于门禁控制和需要传送大量数据的应用 超高频：8 5 0 9 6 0 m h z ，常用于需要较长读写距离和较高的读写速度的场 合 微波系统：2 小5 g h z 按标签的可读写性分： 只读 可读写 按标签中存储器数据存储能力分： 标识标签：仅存储标识号码，关于被标识项目的详细信息，只能在于系统 相连接的数据库中进行查找 便携式数据文件标签：除存储标识号码外，还存储有大量被标识项目的相 关信息，如包装说明和工艺过程 按读写器来分： 固定式 移动式 a l r - 9 9 3 2 是a l i e n 公司生产的一款嵌入式r f i d 读写模块，它可以对符合c l a s s le p c 规范标准的r f i d 标签进行读取和编程操作。这款r f i d 读写模块的主要特 点是体积小、功耗低、接口简单。用户通过一个非常简单的串行接口和其提供的 9 广东1 业大学f 学硕士学位论文 一套a p i 就可以对它进行完全完全的控制，可以通过它对r f i d 标签进行读写操作。 图2 - 2 是c l a s s l 标签的格式： 隧c r ce p c c o 酝 u s 嚣i d c o d e ) 。、l l o 馥ip ci i ol 3 4 56 7 89i o l l - 1 0 - 78 一1 5l 矗2 32 蕾3 l3 2 - 3 9 4 0 - 4 7 4 拳舒5 6 - 6 3雒7 l7 2 ，7 9 s 0 4 7 鹳- 9 5 图啪1 2 - 2 c l a s s1 标签内存格式( 6 4b r s ) f i g u r e 乜舶2 - 2 c l a s s1t a gm e m o r ys t r u c t u r c ( 6 4 b i t s ) 其中中闯的8 个字节( 6 4 位) 是用户可以编程的，可以写入自己的i d 号或者 其它内容。c r c 校验位占两个字节，采用c c i t t - 1 6 校验算法，由读写模块自动写 入。l o c k 和p c 码用于对标签进行锁定和解锁操作，用户可以通过l o c k 命令对这 两个字节进行控制。 2 3a r m 处理器特点及体系结构 a r m ( a d v a n c e dr i s cm a c h i n e s ) ，既可以认为是一个公司的名字，也可以认为 是对一类微处理器的通称，还可以认为是一种技术的名字。 1 9 9 1 年a r m 公司成立于英国剑桥，主要出售芯片设计技术的授权。目前，采 用a r m 技术知识产权( i p ) 核的微处理器，即我们通常所说的a 跚微处理器，已 遍及工业控制、消费类电子产品、通信系统、网络系统、无线系统等各类产品市 场，基于a r m 技术的微处理器应用约占据了3 2 位r i s c 微处理器7 5 以上的市场 份额1 ，a r m 技术正在逐步渗入到我们生活的各个方面。 a r m 公司是专门从事基于r i s c 技术芯片设计丌发的公司，作为知识产权供应 商，本身不直接从事芯片生产，靠转让设计许可由合作公司生产各具特色的芯片， 世界各大半导体生产商从a r m 公司购买其设计的a r m 微处理器核，根据各自不同 的应用领域，加入适当的外围电路，从而形成自己的a r m 微处理器芯片进入市场。 目前，全世界有几十家大的半导体公司都使用a r m 公司的授权，因此既使得a r m 技术获得更多的第三方工具、制造、软件的支持，又使整个系统成本降低，使产 品更容易进入市场被消费者所接受，更具有竞争力。 本产品的处理器是采用三星公司的$ 3 c 2 4 1 0 x 。该芯片是专为手持设备及其应 1 0 第二章系统软碗件技术概述 用而设计的，具有低功耗、低电压、高性能的特点，内嵌a r m 9 2 0 t 核处理器，自 带1 6 k b 指令缓存和1 6 k b 的数据缓存以及m m u 单元，外部时钟通过片内p l l 最高可达到2 0 3 m h z 。另外该芯片还带有丰富的片内外设，如s d r a m 控制器、 l c d 和触摸屏控制器、u a r t 、d m a 、t i m e r 、r t c 、i i s 、i i c 、u s b 、s p i 等等， 同时还有丰富的i o 端口资源。因此采用此芯片不仅满足了本产品的要求，并且也 为以后的升级换代带来了相当大的灵活性。处理器的结构模块如图2 3 所示。 图【2 1 1 2 3 $ 3 c 2 4 1 0 结构图 f i g u r e1 2 q 2 3 $ 3 c 2 4 1 0b l o c kd i a g r a m 该芯片主要的片内外围模块包括： ( 1 ) $ 3 c 2 4 1 0 芯片集成了大量的功能单元，包括： 内部1 8 v ，存储器3 3 v ，外部i 0 3 3 v ，1 6 k b 数据c a c h e ，1 6 k b 指令 c a c h e 。m 玉n i 。 内置外部存储器控制器( s d 鼬m 控制和芯片选择逻辑) l c d 控制器，一个l c d 专业d m a 。 4 个带外部请求线的d m a 1 1 一一一一一一 一一一一一一 广东工业大学 学硕士学位论文 3 个通用异步串行端口( i r d a i 0 ，1 6 - b y t et xf i f oa n d1 6 一b y t er xf i f o ) ， 2 通道s p i 一个多主1 2 c 总线，一个1 2 s 总线控制器。 s d 主接口版本1 o 和多媒体卡协议版本2 “兼容。 两个u s bh o s t ，一个u s bd e c e ( v e r l 1 ) 。 4 个p w m 定时器和一个内部定时器。 看门狗定时器。 1 1 7 个通用i ，o 。 5 6 个中断源。 2 4 个外部中断。 电源控制模式：标准、慢速、休眠、掉电。 8 通道l o 位a d c 和触摸屏接口。 带同历功能的实时时钟。 芯片内置p l l 。 设计用于手持设备和通用嵌入式系统。 1 6 3 2 位r i s c 体系结构，使用a r m 9 2 0 tc p u 核的强大指令集。 带m m u 的先进的体系结构支持w i n c e 、e p o c 3 2 、l i n u x 。 指令缓存( c a c h e ) 、数据缓存、写缓存和物理地址t a gr a m ，减小了 对主存储器带宽和性能的影响。 a r m 9 2 0 tc p u 核支持a r m 调试的体系结构。 内部先进的位控制器总线( a m b a ) ( a m b a 2 0 ，a h b 御b ) 。 ( 2 ) 系统管理 小端大端支持 地址空间：每个b a n k l 2 8 m b ( 全部为l g b ) 。 每个b a n k 可编程为8 1 6 ，3 2 位数据总线。 b a n k 0 到b a n k 6 为固定起始地址。 b a n k 7 可编程b a n k 起始地址和大小。 一共8 个存储器b a n k 。 i ；i 6 个存储器b a n k 用于r o m 、s r a m 和其它。 两个存储器b a n k 用于r o m 、s r a m 、和s d r a m ( 同步随机存储器) 。 第二章系统软硬件技术概述 支持等待信号用以扩展总线周期。 支持s d r a m 掉电模式下的自刷新。 支持不同类型的r o m 用于启动( n o 刚n a l 、i df l a s h 、e e p r o m 和其它) 。 2 4w i n c e n e t 系统概述 w i n c e n e t ( w i n d o w sc e n e t ) 是w i n d o w s3 2 位嵌入式操作系统，是微软专 门为信息设各、移动应用、消费类电子产品、嵌入式应用等非p c 领域而从头设计 的战略性操作系统产品。 w i n c e n e t 的操作系统模型如图2 _ 4 所示。从底层向上可分为四层：硬件层、 0 e h 层、操作系统层和应用层。每一层分别由不同的模块组成，每个模块又由不 同的组件构成。这种层次性的结构试图尽量将硬件和软件、操作系统与应用程序 隔离开，以便于实现系统的移植，便于进行硬件、驱动程序、操作系统和应用程 序分工合作、并发进行。 w i n c e n e t 应用程序 客户服务和开发操作系统层 核心d l l ( c o r e d l l )对象存储 多媒体技术图形窗口和事件系设备管理通信服务和网络 l 核心 i o a l 层o e m 层 驱动程序 引导程序配冒文件 硬r i ：层 图2 4w i n c e n e t 操作系统模型图 f i g u r e2 - 4 w i n c e n e tm o d u l ed i a g r a m 广东工业大学1 ：学硕士学位论文 硬件层 硬件层是指由c p u 、存储器、i o 端口、扩展板卡等组成的嵌入式硬件系统， 是w i n c e n e t 操作系统必不可少的载体。 o e m 层 o e m 层是嵌入式硬件与w i n c e n e t 操作系统的接合层，用来抽象硬件功能，实 现操作系统的可移植性。o e m 层分为o e m 适配层( o a l 0 酬a d a p a t i o nl a y e r ) 模块、 设备驱动程序、配置文件等。o a l 模块提供与c p u 平台有关的硬件驱动程序，它与 c p u 、中断、内存、时钟和调试口等核心设备相关，用于屏蔽c p u 平台的细节，提 供操作系统内核的可移植性。设被驱动程序部分为w i n c e n e t 提供设备控制，包 括显示设各、鼠标、键盘和触摸屏、串口、p c 卡接口或其他存储卡等等。引导程 序是嵌入式系统中将操作系统内核调入内存的程序。配置文件根据硬件系统的特 点，进行相关文件的配置。 操作系统层 操作系统是w i n c e n e t 操作系统的核心层，它既要为下层o e m 层提供接口和服 务，也要为上层的应用程序提供服务与应用程序编程接口。操作系统层主要由以 下模块构成恤1 ： ( 1 ) 核心 核心是w i n c e n e t 操作系统的最小定制内核，它为任何基于w i n c e n e t 的 设备提供处理器调度、内存管理、异常处理及操作系统内通信等系统功能， 并为应用程序使用提供内核服务。w i n c e n e t 操作系统包含很多小同的文件， 每个文件都为操作系统提供小同的功能和服务，但只有n k e x e 为w i n c e n e t 操作系统的内核。w i n c e n e t 的最小内核约为2 0 0 k b 。n k e x e 始终运行在较 高的优先级和处理器优先级上，除了中断例程外，一般不允许操作系统内的 其他线程抢占它的运行。 ( 2 ) c o r e d l l c o r ed l l 模块是w i n c e n e t 操作系统最为