Microblaze在RFID閱讀器的軟硬件設計中的應用

　　3 閱讀器軟件部分結構

　　程序的執(zhí)行從鍵盤的觸發(fā)開始，此時通過串口向射頻模塊發(fā)送讀標簽命令，射頻模塊返回標簽的信息，觸發(fā)串口中斷服務程序執(zhí)行，將讀出的信息放入FIFO 對列，將結果送LCD 顯示。軟件部分程序執(zhí)行流程圖見圖4。

　　圖4 軟件部分程序執(zhí)行流程

　　4 閱讀器的實現

　　本文使用日立產射頻模塊、2.4GHz 電子標簽、Xilinx Spartan-3 LC1500 開發(fā)板、Xilinx PlatformStudio 7.1i 集成開發(fā)環(huán)境和Xilinx ISE 7.1i 集成開發(fā)環(huán)境硬件連接見圖5。FPGA 開發(fā)板設計一個串口連接射頻模塊，用于向射頻模塊發(fā)送標簽操作命令和接收標簽的信息。圖中URAT 為設計的串口，G16和H16 為FPGA 的I/O 引腳，74LS04 為電平轉換模塊。1602 為液晶顯示模塊。

　　圖5 硬件連接

　　4.1 FPGA 中的CPU 模塊

　　嵌入式CPU 的設計是SOC 設計的核心。FPGA可以方便地實現嵌入式CPU 核[6]，在FPGA 器件中嵌入式CPU 有硬核和軟核兩種,如Xilinx 的VirtexII器件中含有CPU 硬核POWERPC401 核，Altera 的Excalibur 器件中含有PowerTrace 核;軟核如Xilinx的PicoBlaze 和MicroBlaze， Altera 的Nios, Tensilica的Xtensa 和OpenCores 的OpenRISC 軟核。硬核提供了豐富的指令和功能,但不能改變其電路結構。硬核具有高速和高效的優(yōu)點，但熟悉和充分掌握硬核的使用比較困難，硬核并不是所有的FPGA 器件都有的。而軟核是用VHDL 語言設計實現，設計者可以根據具體需要進行設計或對軟核進行適當的修改，適當增加或減少硬件電路，如寄存器數量，RAM容量和總線寬度等，,提高芯片利用率，,還可以提高CPU 運行速度，并且軟核還具有使用靈活和低成本的特點。本文使用的是Microblaze 軟核。

　　4.2 實現過程

　　在集成開發(fā)環(huán)境中添加LCD、 URAT 和DIP的軟件IP 核，其中DIP 用于模擬鍵盤輸入。然后配置各個接口IP 核的總線類型、地址范圍和外部端口，在項目的UCF 文件中配置接口IP 核的引腳和FGPA 的I/O 的連接關系。

　　從串口接收數據有兩種方法：一種是采用定時器讀;另一種采用串口的中斷服務程序來讀。采用定時器消耗資源比較大，本文采用串口中斷的方法，當串口有數據到達時，激活串口中斷服務程序，在中斷服務程序中讀出串口緩沖區(qū)的數據，然后寫道FIFO 對列。

　　URAT 中斷服務程序的主要代碼如下：

　　Void XUartLite_InterruptHandler ( XUartLite *

　　InstancePtr)

　　/*判斷Uart 緩沖區(qū)是否為空*/

　　if(!XUartLite_mIsReceiveEmpty(RS232_BASEADD

　　R))

　　{

　　/*接收URAT 數據*/

　　Data=XUartLite_RecvByte(RS232_BASEADDR);//

　　/*寫入FIFO 緩沖隊列*/

　　Add_Queue(Data);

　　}

　　其中FIFO 緩沖隊列是由一個自定義的數據結構和對它的操作實現的。

　　下面是主程序的主要代碼。

　　初始化部分

　　/*URAT 初始化*/

　　XUartLite_Initialize( &Uart,

　　XPAR_RS232_DEVICE_ID)

　　/*LCD 初始化*/

　　void lcd_init(unsigned int base_addr)

　　/*URAT 開中斷*/

　　void XUartLite_EnableInterrupt ( XUartLite *

　　InstancePtr)

　　/*設置URAT 初始化*/

　　void XUartLite_SetSendHandler(XUartLite

　　* InstancePtr, XUartLite_Handler FuncPtr, void

　　*CallBackRef)

　　/*設置URAT 的中斷服務程序*/

　　void XUartLite_SetRecvHandler(XUartLite *

　　InstancePtr, ， XUartLite_Handler

　　XUartLite_InterruptHandle, void * CallBackRef)

　　初始化完成以后，然后進入一個無限循環(huán)。

　　/*判斷是否有鍵按下*/

　　XGpio_InterruptGetStatus(XGpio *InstancePtr)

　　/*發(fā)送讀標簽命令*/

　　for (j=0;j

　　{ XUartLite_SendByte(UARTLITE_0_BASEA

　　DDR, *(commanda+j) );

　　wait(50000);

　　}

　　/*如果對列不為空*/

　　If(!IsEmptyQuque())

　　/* 讀取隊列數據 */

　　Read_Quque(data )

　　/* 寫入FLASH*/

　　void flash_write(Xuint32 addr, long data)

　　對FLASH 的操作首先要塊檫除，然后才能寫，對FLASH 寫的代碼如下：

　　void flash_write(Xuint32 addr, long data)

　　{XIo_Out32(flash_base_addr + (0x555 << 2),

　　0x00aa00aa);

　　XIo_Out32(flash_base_addr + (0xaaa << 2),

　　0x00550055);

　　XIo_Out32(flash_base_addr + (0x555 << 2),

　　0x00a000a0);

　　XIo_Out32(addr, data);

　　return;

　　}

　　程序編寫完成后，經過編譯和消除錯誤后，下載到目標板，在FPGA 開發(fā)板運行程序，在LCD得到標簽信息，見圖6。

　　圖6 標簽信息在LCD 的顯示

　　5 結 論

　　RFID 技術是近年來發(fā)展起來的一種新型的自動識別技術。FPGA 技術是未來硬件廣泛使用的一種技術，本文結合將RFID 技術與FPGA 技術相結合，研究和實現了一種新結構的閱讀器，基于FPGA的閱讀器具有結構靈活、體積小、升級容易和易擴展等優(yōu)點。本文給出了閱讀器的總體結構、硬件部分結構和軟件部分結構，研究了RFID 射頻模塊與FPGA 之間的接口實現及標簽信息在LCD 顯示。具有廣泛的使用價值。