基于MCF52235 的RFID 通用開發(fā)平臺(tái)設(shè)計(jì)

摘要：RFID 應(yīng)用系統(tǒng)種類繁多，開發(fā)工作上具有一定的重復(fù)性，為此通過分析RFID 系統(tǒng)的一般模型，提出了基于構(gòu)件化封裝設(shè)計(jì)思想的RFID 系統(tǒng)通用開發(fā)平臺(tái)軟、硬件模型，利用飛思卡爾公司的32 位ColdFire 系列微控制器MCF52235 設(shè)計(jì)了RFID 通用開發(fā)平臺(tái)，給出了軟、硬件構(gòu)件設(shè)計(jì)方案，并在此平臺(tái)上成功進(jìn)行了二次開發(fā)，實(shí)現(xiàn)了學(xué)生機(jī)房上機(jī)刷卡系統(tǒng)。 實(shí)踐結(jié)果表明，這種構(gòu)件化的平臺(tái)開發(fā)方法有效地提高了軟硬件的可重用性和可移植性，使用該RFID 系統(tǒng)通用開發(fā)平臺(tái)進(jìn)行各種二次應(yīng)用開發(fā)縮短了開發(fā)周期。

　　概述

　　射頻識(shí)別（RFID，Radio Frequency Identification）是一種非接觸式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，通過射頻信號(hào)在空間上的耦合實(shí)現(xiàn)非接觸式數(shù)據(jù)傳輸，達(dá)到自動(dòng)識(shí)別對(duì)象并獲取相關(guān)信息的目的。 目前市場上有大量的、面向眾多領(lǐng)域的RFID 應(yīng)用系統(tǒng)。 在開發(fā)這些RFID 系統(tǒng)時(shí)， 若因不同的應(yīng)用需求和應(yīng)用環(huán)境，而將每個(gè)RFID 系統(tǒng)孤立看待，無疑會(huì)增加開發(fā)成本和延長開發(fā)周期。 因此，文中基于構(gòu)件化的封裝設(shè)計(jì)思想設(shè)計(jì)了一個(gè)RFID 系統(tǒng)通用的軟硬件平臺(tái)，對(duì)軟硬件進(jìn)行封裝，提高軟硬件的可重用性和可移植性，在保證系統(tǒng)性能的前提下，避免重復(fù)勞動(dòng)，縮短開發(fā)周期。

　　1 總體設(shè)計(jì)方案

　　1.1 RFID 射頻識(shí)別系統(tǒng)一般模型

　　RFID 射頻識(shí)別系統(tǒng)因具體應(yīng)用不同其組成會(huì)有所不同，但是通過分析它們的共性可以建立一個(gè)一般的模型， 如圖1 所示。 該模型主要由電子標(biāo)簽、射頻識(shí)別裝置即讀卡器、PC 主機(jī)組成。 電子標(biāo)簽與射頻識(shí)別裝置之間通過耦合元件實(shí)現(xiàn)射頻信號(hào)的空間耦合。 在耦合通道內(nèi)， 根據(jù)時(shí)序關(guān)系，實(shí)現(xiàn)能量的傳遞、數(shù)據(jù)的交換。

　　一個(gè)通用的RFID 系統(tǒng)開發(fā)平臺(tái)是指：此平臺(tái)以RFID 射頻識(shí)別系統(tǒng)一般模型為基礎(chǔ)，提供開發(fā)RFID 射頻識(shí)別系統(tǒng)通用的硬件和軟件構(gòu)件。 在設(shè)計(jì)思路上須遵循構(gòu)件化設(shè)計(jì)、可二次開發(fā)性和平臺(tái)化設(shè)計(jì)原則。

　　1.2 RFID 通用開發(fā)平臺(tái)硬件構(gòu)件模型

　　在一般模型中，電子標(biāo)簽根據(jù)自身是否帶電源可分為有源標(biāo)簽、無源標(biāo)簽，根據(jù)存儲(chǔ)方式分為只讀標(biāo)簽、讀寫標(biāo)簽，根據(jù)工作距離分為密耦合型標(biāo)簽識(shí)別距離1cm 內(nèi)、近耦合型標(biāo)簽識(shí)別距離10 cm內(nèi)、鄰近型標(biāo)簽識(shí)別距離100 cm 內(nèi)。 不同的電子標(biāo)簽識(shí)別技術(shù)不一樣。

　　文中的通用開發(fā)平臺(tái)主要面向無源的近耦合型RFID 應(yīng)用， 參照ISO/IEC 14443 協(xié)議操作13.56 MHz 讀寫標(biāo)簽（Type A 卡） 或者只讀標(biāo)簽（Type B 卡）， 并配備各種常用接口和外設(shè)如通用I/O口、網(wǎng)絡(luò)、串口、SPI、USB、LCD、語音以適應(yīng)不同的應(yīng)用。 RFID 通用開發(fā)平臺(tái)硬件構(gòu)件模型如圖2 所示。 在單芯片解決方案中， 通常MCU 內(nèi)部包含有通用I/O 口和一些內(nèi)置的功能模塊如串口、網(wǎng)絡(luò)等，因此相對(duì)于核心構(gòu)件MCU 而言，通用I/O 口、SPI、串口、網(wǎng)絡(luò)是MCU 內(nèi)部構(gòu)件，LCD、語音、USB、射頻可以看成是其外設(shè)構(gòu)件。

　　1.3 RFID 通用開發(fā)平臺(tái)軟件構(gòu)件模型

　　RFID 通用開發(fā)平臺(tái)軟件設(shè)計(jì)分為兩大部分：

　　底層軟件構(gòu)件層和高層構(gòu)件層。 其中底層軟件構(gòu)件層針對(duì)硬件構(gòu)件編程， 是硬件驅(qū)動(dòng)程序的封裝，高層構(gòu)件層根據(jù)用戶的實(shí)際應(yīng)用需求調(diào)用底層軟件構(gòu)件層封裝好的功能函數(shù)。 通用平臺(tái)的軟件構(gòu)件層次模型如圖3 所示。 將通用I/O 口的驅(qū)動(dòng)封裝為GPIO 構(gòu)件，各內(nèi)置功能模