【正文】 ｊ一【１０】０ｘ００２１一Ｃ１ｌ】０ｘ００１Ｅ－－［１２】０ｘ００３Ｅ一【１３］－－［ｉ４］Ｏｘ００ＺｌＯｘ００１ＺＺ８６２８７２８８２８９２９０２９１量￡（ｋ－－ｚ）ｅＩｓｅｉＣＣ工－－Ｏ，ｒｅＣｕｃｎＣ０ｌ；ｅｌＢｅｄ＾ｃ＾３ｈｏｕＣｌ；一【１５】０ｘ００３Ｅ一【１６】０ｘ００４０一【１７】一ｒｌｅｌＯｘ００３Ｅ。丈際的做法是依次記錄每一個電平跳變沿（上升和下降）發(fā)生的時間點，將這些時間點逐個棚減就ｒ口以得到每個脈沖的寬度，再山此來還原波形。一次完整的對標(biāo)簽的操作分為以下幾個步驟：１．開啟周期性設(shè)置ＳＨＤ引腳的信號，給ＥＭ４０９５加電；２．置ＭＯＤ引腳；３．此時若有標(biāo)簽進入讀取區(qū)域，則ＥＭ５０９５將接收來自標(biāo)簽的數(shù)據(jù)信息并在ＤＥＭＯＤＯ端口輸出數(shù)據(jù)的Ｍａｎｃｈｅｓｔｅｒ編碼。ＳＨＤ引腳的控制是同一原理，但由于其控制的內(nèi)容為ＥＭ４０９５的線圈加電，對功耗和芯片壽命有很大的影響，因此本設(shè)計中采用如下方式：為了節(jié)能和保護電路，即使是預(yù)備要讀寫操作時也不能持續(xù)的給線圈加電，而是周期性的拉低ＳＨＤ的電平，只要低電平的一個持續(xù)周期足夠一次讀寫操作的完成即可。３．ＳＨＤ：休眠控制信號，當(dāng)為這個腳輸入高電平時，ＥＭ４０９５將被強制進入休眠狀態(tài)，天線線圈上沒有電流，目的是保護芯片和節(jié)省能源。之所以用到兩塊天線，是基于用戶對固定使用和手持使用兩種情況下的不同要求。２．ＰＣＢ環(huán)形天線Ｈ線圈的繞制足螺旋形的方式，根據(jù)對電感量的要求和線圈的面積，來確定電第四章硬件電路設(shè)計及驅(qū)動代碼的編寫和調(diào)試路板的層數(shù)，并在各層上以保持使每層中電流方向相同為前提來制作線圈，如圖４—６所示：圖４－６ＰＣＢ環(huán)形天線不意圖其電感計算公式為：Ｚ一＝————————１＝＝＝＝，９ｕｏＮ２ＤＩＤ２１ＩＤｌ—７√ＤＩＤ２（４．６）其中Ｄ，和Ｄｚ分別為線圈的內(nèi)徑和外徑，Ｎ為電路板各層上的線圈總匝數(shù)。而對于天線的電阻值，除了線圈本身的電阻外，可以通過串聯(lián)入電阻的方式來調(diào)整。需要根據(jù)公式（４．４）調(diào)整這個值在ＶＳＳ＋０．５和ＶＤＤ．０．５之間，同時為了獲得高的靈敏度，所以在ＶＤＤ為５Ｖ的情況下，ＣＤＶＩ和ＣＤ＇ｖ２的電容值的比一般在ｌ：１０。則對應(yīng)的天線的電感、電阻、Ｑ值和諧振頻率的關(guān)系由公式（４．１）、（４．２）和（４—３）給出：ｆ０＝－麗１３１（４—１）電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文月■胛＝?，２ｎ＂ｆｏＬＡ』－，偽（４－２）Ｃｏ＝Ｃｒｉｅｓ．。而ＲＤＹ／ＣＬＫ、ＳＨＤ、ＤＥＭＯＤＯＵＴ和ＭＯＤ四個信號是和微處理器連接的數(shù)據(jù)傳輸和控制信號。ＴＡ慧＇ｊＬＤＡＴＡ７ＬＡＤＤＲ８ＬＡｒ）ＤＲ９ＬＡＤＤＲＩＯ３３：７３４３５”３６‘２０２１１一＿翟ＬＤＡＴＡｇ■弭ＬＤＡＴＡ９■耳５ＬＤＡＴＡｌ０ＤＱ７ＤＱ摹Ｉ）Ｑ０ＤＱｔ０ＤＯｌｌＯＱｔ２Ｄｏｌ３ＤＯｌ４ＤＱｌ５１０鼉ｌ鼉ｊ‘，２ＬＤＡＴ．柚．１ＬＤＡＴＡ２２ＬＤＡＬ＇ｋ２３ＬＡＤＤＲｌＩＬＡＤＤＲｌ二∞＾１０＾１１＾１２Ｂ＾Ｏ８ＡＩＵ）ＯＭ啊ＬＤＡＴＡ２５鼉５、≮７ＬＤＡｉ．＇Ｙ２６ＬＤＡＴＡ２４Ｌ＾ＤＤＩ己１２二２二、７ｌＨＡＤＤＲ拼ＬＡＤＤ．－．Ｌ２５Ｌｎ飄同∞Ｌｎ礬１迂ｌＤＱｌ３Ｄ０１４ＤＱｌ５１８ｊ０了１、羔３．１９’１８ＬＤＡＴＡｌｌＬＤＡＴＭ２ＬＤＡＴＡｌ３ＬＤＡＴＡｌ４ＬＤＡＴＡｌ５ＬＡＤＤＲｌ３ＬＡＤＤＲｌ４ＬＡＤＤＲ２聿ＬＡＤＤＲ２５３５１３６７２０—２ｌ■１５．，９７ＬＤＡＴＡｌ７ＬＤＡＴＡ：ｓＬＤＡＴＡ２９‘＇８羔ｏ葛．１９—１７’１６ｌ｝ＤＡＴＤＡＴ越Ａ３｝ＬｎＧＣＳ６ＬｎＳＲＡＳ１５．３９’Ｕ）ＱＭ切）０Ｍ黼ａＳＲ．Ｊ，Ｓ碰；ＣＡＳＬ州磷６ＬａＳＲＡｓＬ口珥磁ＬｎＶ囝Ｅ３ＬＳＣＫＥＬＳＣＬＫｌ潞ｎＳＣＡＳ１１８．１７１１６１１４玎３ＬｎＳＣＡＳＬｎ疆Ｅ３７．３３二ｒ２Ｓ４１５４日）ＱⅪ蟠ＲＡＳ１．Ｓａ忑ＬＳＣＬＸｏ３７一３Ｓ：一ＳＣ，正ｎＷＥＳＣ墟ＶＳＳＯＶＳＳｔＶＳｓ２２８４ｔ５４Ｖ唧Ｖ∞ｌＶ砒ＶＤＩ）ＱＯＳ啦Ｓ皿ＶＳＳＯＶＳＳｌ砸ＬｎＳＣＡＳＬｎ驍！Ｖ嫩ｖｓＳＱｏＶＳＳＱｌＶＳＳＱ２ｖｓＳＱ３ＶＤＤＯＶＤＤｌＶＤＤ２１４２７３９４３４９６１１４６ｖＳＳＱＯＶＳＳＱｌＶＳＳＱ，ＶⅨ）ＱＩＶⅨ砼９切，Ｄ＿，Ｖ６ｉ２４６ＶＩ】ＤＱ０４３４９ｊ２ＶＳＳＱ２ⅥＤＱ３？ＷＤＱＩⅥ沁３，Ｖ５２Ｖ唧ＶＤＤＱ２？圖４－３ＳＤＲＡＭ的電路連接由于ＳＤＲＡＭ單個地址的儲存空間是１６ｂｉｔ，而ＡＲＭ是３２位的處理器，所以需要兩塊ＳＤＲＡＭ用來分別儲存一個３２ｂｉｔ數(shù)據(jù)的高１６位和低１６位，ＡＲＭ內(nèi)置的外部存儲器控制器完成ＳＤＲＡＭ控制和芯片選擇邏輯。輔助存儲器用來存放大數(shù)據(jù)量的程序代碼或信息，它的容量大、但讀取速度與主存相比就慢的很多，用來長期保存用戶的信息。一個完整的嵌入式系統(tǒng)的存儲器應(yīng)該包含Ｃａｃｈｅ、主存儲器和輔助存儲器。．卜占２．卜日167。４．１．２Ｓ３０２４１０的基本外圍電路連接￥３Ｃ２４１０的基本外圍電路包括晶體振蕩器電路和復(fù)位電路，為芯片的工作提供時鐘信號和復(fù)位信號。第三，芯片上集成了大量的控制器和接口單元，包括：支持１＇Ｉ丌的ＬＣＤ控制器，ＮＡＮＤ閃存控制器，３路ＵＡＲＴ，４路ＤＭＡ，４路帶ＰＷＭ的Ｔｉｍｅｒ，ＲＴＣ，８路１０位ＡＤＣ，ＴｏｕｃｈＳｃｒｅｅｎ接口，ＩＩＣ．ＢＵＳ接口，ＩＩＳ．ＢＵＳ接口，２個ＵＳＢ主機，１個ＵＳＢ設(shè)備，ＳＤ主機和ＭＭＣ接口，２路ＳＰＩ。同時系統(tǒng)具有眾多功能模塊，分別用到大量的中斷資源，因此所選的ＡＲＭ芯片需要具有大量的Ｉｏ資源，計數(shù)器和定時器的數(shù)量在滿足操作系統(tǒng)使用的前提下還應(yīng)該有富２６第四章硬件電路設(shè)計及驅(qū)動代碼的編寫和調(diào)試于的部分供各功能模塊使用，中斷資源數(shù)量和類型要求也較多。本設(shè)計中在選?。粒遥托酒瑫r主要考慮以下幾個方面的內(nèi)容：１．處理速度和能力：從功能復(fù)雜性角度出發(fā)，本應(yīng)用中對處理器處理能力要求最高的幾個部分有：操作系統(tǒng)的運行、動畫顯示、與模擬前端的通信、無線組網(wǎng)。第四階段：測試階段最后需要對所設(shè)計的軟硬件進行實際的應(yīng)用測試。３．４開發(fā)流程規(guī)劃有了系統(tǒng)方案和功能模塊的劃分后，在具體開展設(shè)計工作之前，需要對整個項目開發(fā)的工作流程作一個規(guī)劃：第一階段：硬件電路設(shè)計階段首先確定其核心部分的ＡＲＭ處理器和儲存器，然后圍繞這個核心來按照功能模塊的劃分設(shè)計各功能部分的電路，之后需要根據(jù)核心部分和各模塊所會用到的電源設(shè)計系統(tǒng)的供電電源模塊。２．中間層硬件層與軟件層之間是中間層，也稱為板級支持包（ＢＳＰ），它將系統(tǒng)上層軟件與底層硬件分離開來，使系統(tǒng)的底層驅(qū)動程序與硬件無關(guān)，上層軟件開發(fā)人員無需關(guān)心底層硬件的具體情況，根據(jù)ＢＳＰ層提供的接口即可進行開發(fā)。當(dāng)前有５個產(chǎn)品系列——ＡＲＭ７、ＡＲＭ９、ＡＲＭ９Ｅ、ＡＲＭｌ１和ＳｅｃｕｒＣｏｒｅ。一般來講存儲器比等ＡＲＭ技術(shù)正在逐步滲入到我們生活的價３２位代碼節(jié)省達３５％，然而保留了３２位系統(tǒng)的所有優(yōu)勢。ＡＲＭ公司既不生產(chǎn)芯片也不銷售芯片，它只出售芯片技術(shù)授權(quán)。１９８５年４月２６日，第一個ＡＲＭ原型在英國劍橋的Ａｃｏｍ計算機有限公司誕生，由美國加州ＳａｎＪｏｓｅＶＬＳＩ技術(shù)公司制造。所以，如果能建立相對通用的軟硬件基礎(chǔ)，然后在其上開發(fā)出適應(yīng)各種需要的系統(tǒng)，是一個比較好的發(fā)展模式。按照這些特征去選擇系統(tǒng)方案，基于ＡＲＭ的嵌入式平臺成為最佳的選擇。３．接口單元：復(fù)雜的系統(tǒng)無論是內(nèi)部模塊之間還是對外連接方面都需要豐富的接口單元的支持，開發(fā)中也必須用到各種調(diào)試接口。３．組網(wǎng)閱讀器獲取標(biāo)簽的信息后，很多情況下都需要通過網(wǎng)絡(luò)上傳這些信息給上位機，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的統(tǒng)一管理和儲存。２．功耗能夠移動和便攜使用，采用電池供電是必然的要求。在ＲＦＩＤ標(biāo)簽日趨微型化的今天，ＲＦＩＤ閱讀器便攜化的意義也是顯而易見的：首先來說，ＲＦＩＤ閱讀器識別標(biāo)簽的距離是有限的，特別是頻率較低的閱讀器，其有效范圍一般都在一米以內(nèi)。僅支持一次單個標(biāo)簽的讀取，不涉及防碰撞的問題；２．系統(tǒng)類型：便攜化的手持式系統(tǒng)，要求所設(shè)計的ＲＦＩＤ讀寫器可以手持移動使用，需具有使用靈活性和使用方便性的特點；３．用戶界面：盯ＴＬＣＤ彩色顯示，要求具有可視化功能菜單界面，能夠顯示彩色圖片和動畫；４．?dāng)?shù)據(jù)傳輸：高密度大數(shù)量的閱讀器組網(wǎng)，所有數(shù)據(jù)由上位機進行統(tǒng)一管理；５．具有產(chǎn)品化的特征：可升級和擴展的功能，良好的外觀、軟件界面和可操作性。這部分要考慮對硬件資源的分配和利用，調(diào)度和協(xié)調(diào)各硬件部分之間的配合工作并且向用戶提供清晰的指示信息以及方便的操作平臺。硬件設(shè)計完成后，首先要做的是控制和驅(qū)動程序的編寫與調(diào)試，因為無論以什么操作系統(tǒng)為平臺，能否打通軟件和硬件之間的接口都是一個關(guān)鍵。在經(jīng)過功耗、成本和開發(fā)環(huán)境等考慮的前提下，選擇ＭＣＵ時，主要考慮的因素還有：處理速度和能力、ＩＯ口的數(shù)目、總線和接口資源、集成的模塊和功能等。結(jié)合前面的功能需求分析，來選取合適的硬件平臺。另外，數(shù)字部分的設(shè)計也需要考慮實際的使用和其他接口及功能的要求。此類天線必須滿足：１）足夠的小以至于能夠放置到較小的空間；２）有全向或半球覆蓋的方向性；３）提供最大可能的信號給標(biāo)簽的芯片；除天線之外，模擬部分還要完成編碼、調(diào)制、濾波、功率檢測等任務(wù)，本文后面將介紹一款成熟的１２５ｋＨｚ頻率ＲＦＩＤ模擬前端芯片ＥＭ４０９５的電路和驅(qū)動。通過讀寫器交變場的作用在感應(yīng)器天線中感應(yīng)的電壓被整流，可作供電電壓使用。同時針對不同功能的應(yīng)用程序之間需要協(xié)商處理器和存儲器資源的分配以及彼此交換所需的數(shù)據(jù)。一些簡單的閱讀器也可能采用無操作系統(tǒng)的模式。對于ＰＣ平臺，常用的Ｗｉｎｄｏｗｓ和Ｌｉｎｕｘ系統(tǒng)可以適應(yīng)絕大多數(shù)的硬件平臺，功能上也可以有相當(dāng)豐富的資源和開發(fā)工具。而軟件的復(fù)雜程度，取決于使用者對控制和應(yīng)用功能的需求。１４第二章ＲＦＩＤ基本原理和ＲＦＩＤ閱讀器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)輸入圖２－６ＲＦＩＤ閱讀器數(shù)字部分構(gòu)成數(shù)字部分主要完成的任務(wù)有：１．與系統(tǒng)軟件通信，執(zhí)行系統(tǒng)軟件命令；２．控制與應(yīng)答器的通信；３．信號的編碼與解碼；４．執(zhí)行反碰撞算法；５．?dāng)?shù)據(jù)的加密與解密；６．進行應(yīng)答器與閱讀器的身份驗證。接收端則采用隔開的信號信道接收震蕩線圈上收到的微弱信號，將此微弱信號放大、濾除雜波，經(jīng)過混頻提取出基帶信號，然后經(jīng)過ＡＳＫ或ＦＳＫ的解調(diào)后可以得到來自標(biāo)簽的數(shù)據(jù)信息。模擬部分的發(fā)送、接收過程及功能模塊構(gòu)成如圖２－５所示：電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文圈圈圓圈因圍圍……回…￡蛩圖２－５ＲＦＩＤ閱讀器模擬部分發(fā)送接收方框圖模擬部分的功能有：１．產(chǎn)生高頻的發(fā)送功率，啟動標(biāo)簽并為它提供能量；２．對發(fā)射數(shù)據(jù)進行調(diào)制，用于將數(shù)據(jù)傳送給標(biāo)簽；３．接收并解調(diào)來自標(biāo)簽的高頻信號。同時，如果讀寫器本身要求實現(xiàn)一些應(yīng)用上的功能，它還應(yīng)該集成一定的應(yīng)用模塊在其中。另外標(biāo)簽本身能否讀寫主要取決于標(biāo)簽芯片所攜帶的數(shù)據(jù)記錄載體，如固化不可再寫入的標(biāo)簽芯片一般在集成電路生產(chǎn)時就將信息以ＲＯＭ工藝模式注入，而可重復(fù)擦寫的標(biāo)簽芯片一般采用ＥＥＰＲＯＭ或者ＦＲＡＭ作為數(shù)據(jù)載體【１０１。當(dāng)ＲＦＩＤ閱讀器和標(biāo)簽相距較遠時，閱讀器也能讀取標(biāo)簽發(fā)出的數(shù)據(jù)，不足之處是電池壽命有限，需更換，并且會占用標(biāo)簽的一定空間。特性為：１．在該頻段，全球的定義不是很相同一一歐洲和部分亞洲定義的頻率為８６８ＭＨｚ，北美定義的頻段為９０２到９０５ＭＨｚ之間，在Ｒ本建議的頻段為９５０到９５６１ｌ電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文之間。感應(yīng)器需要離開金屬一段距離；３．該頻段在全球都得到認可并沒有特殊的限制；４．感應(yīng)器一般是電子標(biāo)簽的形式；５．雖然該頻率的磁場區(qū)域下降很快，但是能夠產(chǎn)生相對均勻的讀寫區(qū)域；６．該系統(tǒng)具有防沖撞特性，可以同時讀取多個電子標(biāo)簽；７．可以把某些數(shù)據(jù)信息寫入標(biāo)簽中；８．?dāng)?shù)據(jù)傳輸速率比低頻要快，價格不是很貴。高頻系統(tǒng)的工作頻率提升到１３．５６ＭＨｚ，感應(yīng)器一般通過負載調(diào)制的方式進行工作。通過讀寫器交變場的作用在感應(yīng)器天線中感應(yīng)的電壓被整流，可作供電電壓使用，磁１０第二章ＲＦＩＤ基本原理和ＲＦＩＤ閱讀器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)場區(qū)域能夠很好的被定義，但是場強下降太快。如何克服上述不足是ＲＦＩＤ未來研究的一個重要方向。Ｃｏｌｏｒｗａｖｅ算法提供一個實時、分布式、局部化的ＭＡＣ協(xié)議為閱讀器分配頻率、時隙來減少閱讀器間的干擾，屬于局部優(yōu)化。二進制樹搜索屬于確定性算法，它的優(yōu)點是防沖突能力較強、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和指令簡單，缺點是支持的存儲容量較小。利用防碰撞算法的手段則更為豐富：防沖突算法是ＲＦＩＤ解決多目標(biāo)識別的關(guān)鍵技術(shù)，具體可分為標(biāo)簽防沖突和閱讀器防沖突兩大類型。多址接入方式防沖突手段主要有：１．空分多址（ＳＤＭＡ）：ＳＤＭＡ的原理是，利用分離空間即利用電子控制的定向天線。信號互相干擾，即發(fā)生了碰撞。ＲＦＩＤ數(shù)據(jù)安全主要防范的問題有：復(fù)制或改變數(shù)據(jù)，未經(jīng)授權(quán)地讀出數(shù)據(jù)載體；將外來數(shù)據(jù)載體置入某個閱讀器的詢問范圍，企圖得到非授權(quán)的出入或者不付費的服務(wù)；竊聽無線電通信并重放數(shù)據(jù)。和１８０。振幅鍵控是Ｊ下弦載波的幅度隨著數(shù)字基帶信號變化而變化的數(shù)字調(diào)制。典型的工作頻率有：４３３ＭＨｚ，９１５ＭＨｚ，２．４５ＧＨｚ，５．８ＧＨｚ。１電感耦合：變壓器模掣，通過空捌高頻變變磁場實現(xiàn)耦合．依掘的是電磁感應(yīng)定律，如圖２－２所示：電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文圖２－２電感耦合電感耦合方式～般適合于中、低頻工作的近距離射頻識別系統(tǒng)。７．介紹了Ｌｉｎｕｘ嵌入式操作系統(tǒng)下驅(qū)動和應(yīng)用軟件開發(fā)的相關(guān)原理。５．結(jié)合課題來源的工程項目，介紹了一個實際的ＡＲＭ嵌入式平臺ＲＦＩ