Blackfin處理器能夠?qū)崿F(xiàn)高級(jí)RFID閱讀器應(yīng)用

射頻識(shí)別（RFID）技術(shù)平穩(wěn)地滲透到我們?nèi)粘Ｉ畹脑S多方面。從超市的庫(kù)存管理到快速收款，這項(xiàng)技術(shù)正改變著許多現(xiàn)有的應(yīng)用并啟動(dòng)新的應(yīng)用。在RFID前端，"信號(hào)鏈"從有效裝置上的小標(biāo)志開始，然后將信息傳送給一個(gè)或多個(gè)RFID閱讀器，當(dāng)標(biāo)志出現(xiàn)在特定的區(qū)域內(nèi)時(shí)閱讀器檢測(cè)。在RFID后端，基于服務(wù)器的系統(tǒng)保持并更新標(biāo)志數(shù)據(jù)庫(kù)，要么產(chǎn)生警報(bào)，要么在企業(yè)內(nèi)開始其它的信息處理。

當(dāng)今，大多數(shù)RFID閱讀器都采用多個(gè)處理器來(lái)滿足應(yīng)用需求。通常其中一個(gè)是連接模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）和數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）的信號(hào)處理器。另一個(gè)是與本地或者遠(yuǎn)程服務(wù)器通信的網(wǎng)絡(luò)處理器，用于信息存儲(chǔ)和恢復(fù)。在本文中，我們將介紹如何用美國(guó)模擬器件公司（Analog Devices, Inc., 簡(jiǎn)稱ADI)的Blackfin處理器系列中的一顆單片處理器來(lái)管理這些似乎完全不同的功能--信號(hào)轉(zhuǎn)換和網(wǎng)絡(luò)連接。

首先，我們給出RFID技術(shù)的概述，以及它能支持的當(dāng)前和未來(lái)的應(yīng)用。然后，針對(duì)RFID閱讀器的功能，我們將研究運(yùn)行在RFID閱讀器上和服務(wù)器連接所需要的基本軟件組成。

當(dāng)今應(yīng)用和新興應(yīng)用

RFID技術(shù)允許同時(shí)監(jiān)視多個(gè)物品，無(wú)需人工去"接觸"每件物品（例如，用一個(gè)手持的條形碼掃描儀），所以它能支持許多新型應(yīng)用。能夠利用這種自動(dòng)識(shí)別的應(yīng)用范圍包括許多不同的領(lǐng)域，例如控制管理、后勤管理、安全監(jiān)控和通行收費(fèi)等。 下面是現(xiàn)在采用RFID系統(tǒng)的一些常見應(yīng)用：
在超市食品貨架和包裝箱中，讓食品可見，并且對(duì)貨架貨物進(jìn)行更好的管理。利用對(duì)標(biāo)志寫入能力，可以包括附加的信息（例如，最遲銷售日期）。另外，還可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)重新排列來(lái)保持貨架上正確的存貨順序。

在圖書館中自動(dòng)管理資料的借出與歸還。過去，這些物品都是采用標(biāo)志條來(lái)識(shí)別，每次都必須用條形碼掃描儀來(lái)讀取。

在衣服商標(biāo)上鑒定其商品來(lái)源。利用標(biāo)志上的識(shí)別碼（ID），可以鑒定出該商品是正品還是贗品。

在制藥業(yè)中謹(jǐn)防假藥。 在體育競(jìng)賽中，精確地跟蹤馬拉松賽跑運(yùn)動(dòng)員的進(jìn)程。

RFID系統(tǒng)概述

RFID是一種采用射頻 （RF）傳輸識(shí)別代碼、分類代碼和（或）跟蹤目標(biāo)的通信系統(tǒng)。每個(gè)目標(biāo)都有自己的RFID標(biāo)志（也稱為應(yīng)答器）?？傁到y(tǒng)用一個(gè)標(biāo)志閱讀器接收每個(gè)標(biāo)志的RF信號(hào)。閱讀器的嵌入式軟件管理查詢、接收標(biāo)簽信息的解碼和處理以及與存儲(chǔ)系統(tǒng)通信，收藏標(biāo)志數(shù)據(jù)庫(kù)和其它相關(guān)信息。

RFID閱讀器

RFID閱讀器提供各標(biāo)志和終端跟蹤與管理系統(tǒng)之間的連接。它雖然可以采用各種不同尺寸的封裝，但通常都很小以便安裝在三角架或墻上。另外，根據(jù)不同的應(yīng)用和工作條件，可以采用多個(gè)閱讀器以便完全覆蓋規(guī)定的區(qū)域。例如，在倉(cāng)庫(kù)中，可能有一個(gè)覆蓋的網(wǎng)絡(luò)才能保證從當(dāng)貨物從點(diǎn)A移動(dòng)到點(diǎn)B時(shí)，所有通過的貨物能夠有100%的查詢和記錄。

總之，閱讀器的功能有三個(gè)主要的組成部分。第一部分是發(fā)送和接收功能，用來(lái)與標(biāo)志和分離的單個(gè)物品保持聯(lián)系。第二部分是對(duì)接收信息進(jìn)行初始化處理。第三部分是鏈接服務(wù)器，用來(lái)將信息傳送到管理機(jī)構(gòu)。

RFID系統(tǒng)中的閱讀器必須處理的情況就是在有效區(qū)域內(nèi)同時(shí)存在多個(gè)標(biāo)志。這對(duì)于在限定的空間區(qū)域內(nèi)存在多個(gè)標(biāo)志的應(yīng)用中變得非常重要。

在多個(gè)閱讀器和標(biāo)志的情況中的主要問題是會(huì)發(fā)生沖突，因?yàn)槎鄠€(gè)閱讀器發(fā)出查詢，所以會(huì)有多個(gè)標(biāo)志同時(shí)應(yīng)答。有許多方法可以避免這個(gè)問題。最常用的方法就是采用某種時(shí)分復(fù)用算法。閱讀器可以設(shè)置在不同的時(shí)間查詢，而標(biāo)志可以設(shè)置在經(jīng)過一個(gè)隨機(jī)的時(shí)間間隔后應(yīng)答。如果嵌入式軟件中具有實(shí)現(xiàn)此功能的能力，那么可以增加靈活性。

RFID應(yīng)答器（"標(biāo)志"）

一個(gè)RFID標(biāo)志包括一片集成電路（IC）芯片（用于保持標(biāo)附該標(biāo)志物品的唯一信息），一根天線（通常是印制電路天線）（用于接收來(lái)自閱讀器的RF信息并且發(fā)送信息），以及含有標(biāo)志的某種外殼。

術(shù)語(yǔ)"對(duì)象"可用于許多不同的客體中的某個(gè)成員，從工廠的貨物到動(dòng)物以及人。標(biāo)志到閱讀器的距離是一個(gè)很重要的系統(tǒng)變量，它直接受該標(biāo)志技術(shù)的影響。

下面我們來(lái)看看現(xiàn)在常用的各種標(biāo)志技術(shù)：

無(wú)源標(biāo)志

最簡(jiǎn)單的標(biāo)志類型是無(wú)源標(biāo)志。它專門利用閱讀器發(fā)送的RF能量來(lái)供電，所以它沒有集成電池的尺寸和成本問題。因此無(wú)源標(biāo)志非常便宜，機(jī)械魯棒性好，而且外形尺寸非常小（例如，大約為拇指甲大?。?。但是，因?yàn)闊o(wú)源標(biāo)志的接收功率與它到RFID閱讀器的物理距離成比例，所以這類標(biāo)志的缺點(diǎn)是其閱讀范圍有限。

說到范圍，選用的RF頻率與鏈接的實(shí)際范圍有很大關(guān)系。低頻（LF）標(biāo)志通常采用125 kHz～135 kHz頻段，因?yàn)樗鼈兊姆秶艿较拗?，所以其主要用途就是訪問控制和動(dòng)物標(biāo)志。高頻（HF）標(biāo)志主要工作在13.56 MHz頻段，允許的工作范圍大約為一英尺或兩英尺。HF標(biāo)志的主要用途是簡(jiǎn)單的一對(duì)一的對(duì)象讀取，例如訪問控制、收費(fèi)以及跟蹤物品，例如圖書館的書籍。

另一方面，甚高頻（UHF）標(biāo)志主要工作在850～950 MHz頻段，允許10 英尺甚至更遠(yuǎn)的工作范圍。此外，閱讀器可以同時(shí)查詢?cè)S多UHF標(biāo)志，而與一對(duì)一的HF標(biāo)志讀取過程不同。這個(gè)特點(diǎn)也有助于滿足在限定區(qū)域內(nèi)多個(gè)閱讀器的需求。因?yàn)檫@項(xiàng)功能，UHF標(biāo)志在工業(yè)應(yīng)用中很普遍，用于庫(kù)存跟蹤和控制。但是UHF標(biāo)志的一個(gè)主要缺點(diǎn)是不能有效地滲透到液體。這使得它們不能用于充滿液體的對(duì)象，例如飲料和人體。在跟蹤這些對(duì)象時(shí)，通常采用HF標(biāo)志來(lái)代替。

半有源標(biāo)志

像無(wú)源標(biāo)志一樣（而且與有源標(biāo)志不一樣），半有源標(biāo)志將RF能量反回到標(biāo)志閱讀器來(lái)發(fā)送標(biāo)識(shí)信息。但是，它還包含一塊電池為標(biāo)志中的IC部分供電。這樣就可以支持一些有吸引力的應(yīng)用，例如在每個(gè)標(biāo)志中放置傳感器。采用這種方法，每個(gè)應(yīng)答器不僅可以發(fā)送靜態(tài)的標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù)，而且還可以發(fā)送一些實(shí)時(shí)的屬性，例如溫度、濕度以及時(shí)間和日期。通過采用僅僅為IC和傳感器供電的電池，半有源標(biāo)志能夠?qū)崿F(xiàn)在成本、尺寸和范圍之間的折衷。

有源標(biāo)志

有源標(biāo)志采用集成電池為標(biāo)志IC（以及所有的傳感器）和RF發(fā)射器供電，所以它比半有源標(biāo)志更進(jìn)了一步。因此，有源標(biāo)志的工作范圍擴(kuò)展了很大（100多米），這就意味著貨物通過閱讀器的速度可以比無(wú)源和半有源標(biāo)志系統(tǒng)中的速度高得多。另外，有源標(biāo)志可以攜帶更多的產(chǎn)品信息，不僅僅是一個(gè)簡(jiǎn)單的產(chǎn)品ID碼。

RFID閱讀器的軟件體系結(jié)構(gòu)

前面已經(jīng)描述了RFID閱讀器基本功能，下面我們轉(zhuǎn)過來(lái)看看如何用Blackfin這樣的會(huì)聚處理器實(shí)現(xiàn)一個(gè)閱讀器。RFID閱讀器軟件體系結(jié)構(gòu)的三個(gè)單元是：后端服務(wù)器接口、中間件，以及前端標(biāo)志閱讀器算法。值得指出的是，雖然軟件體系結(jié)構(gòu)的各單元是很清晰的，它們都可以同時(shí)運(yùn)行在一個(gè)單片的Blackfin處理器上。

后端服務(wù)器及連接

通常，RFID閱讀器包括一個(gè)網(wǎng)絡(luò)單元，用于將一個(gè)RFID讀取事件連接到中心服務(wù)器。這種后端網(wǎng)絡(luò)接口可能是有線以太網(wǎng)（IEEE802.3）、無(wú)線以太網(wǎng)（IEEE802.11a/b/g）或者例如ZigBee?（IEEE802.15.5）以太網(wǎng)。中心服務(wù)器運(yùn)行一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，其功能包括匹配、跟蹤和存儲(chǔ)。在許多應(yīng)用中，還會(huì)有一個(gè)"報(bào)警"功能。對(duì)于供應(yīng)鏈和庫(kù)存管理系統(tǒng)，這可能是重新排列提醒；對(duì)于安全應(yīng)用，這是一次向警衛(wèi)的報(bào)警。

當(dāng)與后端服務(wù)器通信時(shí)，利用運(yùn)行uClinux操作系統(tǒng)的高性能嵌入式處理器來(lái)構(gòu)建閱讀器具有極大的優(yōu)勢(shì)。像TCP/IP協(xié)議棧的魯棒性和SQL數(shù)據(jù)庫(kù)引擎的可用性等關(guān)鍵因素降低了開發(fā)過程中可能很巨大的開發(fā)和集成負(fù)擔(dān)。

中間件

在RFID各單元中，中間件是介于前端RFID閱讀器和后端企業(yè)系統(tǒng)之間的軟件翻譯層。中間件過濾閱讀器的數(shù)據(jù)，從而保證沒有多次讀取或無(wú)效的數(shù)據(jù)。在早期的RFID系統(tǒng)中，中間件運(yùn)行在服務(wù)器上。但是在閱讀器完成RFID數(shù)據(jù)過濾越來(lái)越多，在發(fā)送數(shù)據(jù)之前通過企業(yè)網(wǎng)絡(luò)。這種增強(qiáng)的功能是嵌入式處理器帶給這種應(yīng)用的另外一個(gè)好處。

前端閱讀器

信號(hào)處理放在閱讀器系統(tǒng)的前端。這種信號(hào)處理通常都包含大量的濾波和變換運(yùn)算，這就是為什么必需采用具有很強(qiáng)的信號(hào)處理性能的處理器的原因，例如Blackfin處理器。

既然我們已經(jīng)對(duì)RFID系統(tǒng)的各單元有了總體的認(rèn)識(shí)，下面就從RFID閱讀器的角度簡(jiǎn)單地看一下連接的問題。為了與標(biāo)志通信，ADC和DAC是關(guān)鍵的接口。

ADC和DAC

ADI公司提供若干種IF子系統(tǒng)MxFE IC，這些器件是通用的IF子系統(tǒng)，用于數(shù)字化窄帶的IF輸入信號(hào)。它們還包括低噪聲放大器、混頻器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、AGC電路以及可編程濾波器。正交（I&Q）數(shù)據(jù)流輸出直接連接到處理器的并行端口。這些MxFE IC提供最高性能的窄帶接收器，非常適合RFID應(yīng)用以及其它應(yīng)用。

Blackfin處理器及其應(yīng)用

Blackfin處理器提供有線和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的

連接。有些處理器，例如ADSP-BF536/7，芯片內(nèi)有一個(gè)10/100BaseT的以太網(wǎng)MAC子層。在無(wú)線方面，所有的Blackfin處理器都可以通過SPI和SPORT外圍設(shè)備接口直接連接到802.15.4 Zigbee和IEEE802.11芯片組。無(wú)需消耗全部的處理器帶寬就可以達(dá)到傳輸線速率。

另外，Blackfin處理器包括一個(gè)并行的外圍接口（PPI），可以直接連接上述的ADC/DAC。有些Blackfin處理器包括兩個(gè)PPI，可以進(jìn)一步擴(kuò)展系統(tǒng)的功能--例如，將一臺(tái)攝像機(jī)連接到RFID閱讀器

另外， Blackfin處理器的這些功能使得它對(duì)于一維和二維的條形碼應(yīng)用特別有吸引力，因?yàn)锽lackfin能在同一器件上完成系統(tǒng)控制、網(wǎng)絡(luò)連接和圖像處理。

從Blackfin軟件的角度看，RFID閱讀器產(chǎn)品包括連接到混合信號(hào)前端所必需的驅(qū)動(dòng)程序。另外，有一個(gè)DMA驅(qū)動(dòng)器，在傳送數(shù)據(jù)通過系統(tǒng)時(shí)也是非常有用的。此外還有基于uClinux操作系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧，以及SQL數(shù)據(jù)庫(kù)引擎。從系統(tǒng)的角度看，附加的功能，例如802.11 WiFi卡，USB thumb drive，以及CompactFlash卡接口等，可以迅速與Blackfin器件集成到一起。欲了解更多信息，參見: http://blackfin.uclinux.org。

結(jié)論

正如我們所看到的，RFID應(yīng)用不再需要專用的信號(hào)處理器用于ADC和DAC連接，以及用微控制器進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接。Blackfin系列會(huì)聚處理器可以同時(shí)完成網(wǎng)絡(luò)連接和控制功能，為完成轉(zhuǎn)換器連接和模式匹配算法留有足夠的性能余地。這樣也降低了下一代RFID應(yīng)用的材料成本并且加快了產(chǎn)品面市時(shí)間。

來(lái)源:零八我的愛0次