基于MF RC632的專用讀卡器軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　引 言

　　隨著北京市政交通一卡通工程和門(mén)禁系統(tǒng)的普及，射頻技術(shù)在消費(fèi)電子、通信設(shè)備、工業(yè)控制等領(lǐng)域也取得了飛速的發(fā)展。因此在硬件設(shè)備大部分相同的情況下，軟件系統(tǒng)就成了該設(shè)備性能好壞的關(guān)鍵。本文主要介紹一款專用射頻讀卡器的軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)。

　　1 系統(tǒng)概述

　　本系統(tǒng)主要作為一種專用的訓(xùn)練器材。除具備通用的Mifare卡的讀寫(xiě)器功能外，還可作為一種專用的訓(xùn)練評(píng)估工具。例如將該設(shè)備安裝在跑道的周?chē)ifareOne卡安裝在測(cè)試者的鞋上，每個(gè)訓(xùn)練者都有自己的ID號(hào)。當(dāng)他從起跑線起跑時(shí)，安裝在起跑線的專用讀卡器就會(huì)將自己的設(shè)備ID號(hào)和當(dāng)時(shí)的時(shí)間寫(xiě)入測(cè)試者的MifareOne卡中；當(dāng)經(jīng)過(guò)下一個(gè)基站時(shí)讀卡器會(huì)將自己的設(shè)備ID和當(dāng)時(shí)的時(shí)間寫(xiě)入測(cè)試者的Mirare One卡中，同時(shí)會(huì)將測(cè)試者的ID號(hào)、姓名等個(gè)人信息(包括經(jīng)過(guò)上個(gè)測(cè)試基站時(shí)間)都讀進(jìn)設(shè)備中保存。由于Mifare One卡共有16個(gè)扇區(qū)，每個(gè)扇區(qū)又分為4塊、每塊又有16個(gè)字節(jié)。除了系統(tǒng)使用的外，用戶還可以使用的有48×16字節(jié)。而通過(guò)Mifare One卡存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)均不大，只占用一塊存儲(chǔ)區(qū)。換句話說(shuō)，Mifare One卡的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)可以存儲(chǔ)48次，當(dāng)超過(guò)48次時(shí)就從前面覆蓋數(shù)據(jù)。所以，在Mifare one卡中存儲(chǔ)的永遠(yuǎn)是最近48個(gè)基站的信息。訓(xùn)練結(jié)束后，就可以通過(guò)主站將各個(gè)基站的數(shù)據(jù)收集起來(lái)以評(píng)估測(cè)試者的信息。而主站和基站之間通信可以采用的方式也是多樣的。當(dāng)主站和基站的距離比較近時(shí)，可以采用RS232、RS485，為提高通信質(zhì)量也可以采用工業(yè)總線的方式，如CAN總線、I2C總線或One Wire總線等。當(dāng)距離比較遠(yuǎn)時(shí)，也可采用無(wú)線通信的方式，如GSM等。除此之外，各個(gè)基站還可以通過(guò)打印機(jī)將數(shù)據(jù)輸出。

　　2 系統(tǒng)硬件框圖及工作原理

　　系統(tǒng)硬件框圖如圖1所示。主板上電后，讀取存儲(chǔ)器中的系統(tǒng)設(shè)置，然后根據(jù)其中的設(shè)置初始化整個(gè)系統(tǒng)，包括本設(shè)備的ID號(hào)、主站、從站、開(kāi)機(jī)時(shí)間、關(guān)機(jī)時(shí)間、數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)方式等。

　　3 系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)

　　整個(gè)系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。

       
　　
　　整個(gè)系統(tǒng)主要是由核心控制單元P89LPC932、與Mi-fare One卡通信的MFRC632、與PC機(jī)通信的RS232、提供時(shí)間基準(zhǔn)的實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片PCF8563和存儲(chǔ)系統(tǒng)設(shè)置數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器AT45DB021等。因此針對(duì)本系統(tǒng)整個(gè)軟件系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)也主要分為系統(tǒng)啟動(dòng)、硬件驅(qū)動(dòng)、任務(wù)調(diào)度等。

　　4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)

　　4.1 啟動(dòng)代碼

　　在本系統(tǒng)中，主要指在系統(tǒng)剛一上電后先將所有的外圍電路和CPU本身初始化成靜止?fàn)顟B(tài)，然后根據(jù)系統(tǒng)的要求將所有的外圍電路和CPU本身進(jìn)行初始化設(shè)置。設(shè)置完畢后再將CPU的中斷源打開(kāi)。在本系統(tǒng)中，系統(tǒng)一上電首先執(zhí)行Init_System()函數(shù)。部分代碼如下：

　　程序執(zhí)行完Init_System()函數(shù)后執(zhí)行RcChipReady函數(shù)。此函數(shù)的功能是初始化MF RC630芯片。

　　4.2 硬件驅(qū)動(dòng)

　　4.2.1 PCF8563驅(qū)動(dòng)

　　由于本芯片是一款標(biāo)準(zhǔn)的I2C總線設(shè)備，所以硬件驅(qū)動(dòng)實(shí)際上就是標(biāo)準(zhǔn)的I2C總線控制。由于篇幅有限，這里就不介紹了。

　　4.2.2 MF RC632驅(qū)動(dòng)

　　MF RC632是MF RC500芯片的升級(jí)產(chǎn)品，所以MFRC630的大部分寄存器與MF、RC500均相同，它們對(duì)Mifare One卡的操作流程也基本相同。下面介紹對(duì)Mifare One卡的操作流程。

　　(1)Mifare One卡的操作流程

　　整個(gè)系統(tǒng)的工作由對(duì)Mifare卡操作和系統(tǒng)后臺(tái)處理兩大部分組成。由于篇幅有限，本文只對(duì)Mifare卡的操作流程進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹。Mifare One卡的操作可以分為以下幾項(xiàng)：

　　①?gòu)?fù)位請(qǐng)求。當(dāng)一張Mifare卡片處在卡片讀寫(xiě)器天線的工作范圍之內(nèi)時(shí)，程序員控制讀寫(xiě)器便向卡片發(fā)出REQUEST all(或REQUEST std)命令。卡片的ATR將啟動(dòng)，將卡片Block 0中的卡片類型(TagType)號(hào)共2個(gè)字節(jié)傳送給讀寫(xiě)器，建立卡片與讀寫(xiě)器的第一步通信聯(lián)絡(luò)。如果不進(jìn)行“得位請(qǐng)求”操作，讀寫(xiě)器對(duì)卡片的其他操作將不會(huì)進(jìn)行。

　?、诜磁鲎膊僮?。如果有多張Mifare卡片處在卡片讀寫(xiě)器天線的工作范圍之內(nèi)，PCD將首先與每一張卡片進(jìn)行通信，取得每一張卡片的序列號(hào)。由于每一張Mifare卡片都具有其唯一的序列號(hào)，決不會(huì)相同，因此PCD根據(jù)卡片的序列號(hào)來(lái)保證一次只對(duì)一張卡操作。該操作PCD得到PICC的返回值為卡的序列號(hào)。

　　③卡選擇操作。完成了上述2個(gè)步驟之后，PCD必須對(duì)卡片進(jìn)行選擇操作。執(zhí)行操作后，返回卡上的SIZE字節(jié)。

　?、苷J(rèn)證操作。經(jīng)過(guò)上述3個(gè)步驟，在確認(rèn)已經(jīng)選擇了一張卡片時(shí)，PCD在對(duì)卡進(jìn)行讀／寫(xiě)操作之前，必須對(duì)卡片上已經(jīng)設(shè)置的密碼進(jìn)行認(rèn)證。如果匹配，才允許進(jìn)一步的讀／寫(xiě)操作。

　?、葑x／寫(xiě)操作。對(duì)卡的最后操作是讀、寫(xiě)、增值、減值、存儲(chǔ)和傳送等操作。

　　(2)MF RC500軟件開(kāi)發(fā)包移植

　　在本系統(tǒng)中，主要是將標(biāo)準(zhǔn)的MF RC500軟件開(kāi)發(fā)包進(jìn)行移植來(lái)完成MF RC632驅(qū)動(dòng)的編寫(xiě)。在本系統(tǒng)中使用的是SPI總線，所以只要將MF RC500標(biāo)準(zhǔn)軟件開(kāi)發(fā)包中對(duì)寄存器讀／寫(xiě)的函數(shù)改成SPI總線的讀／寫(xiě)函數(shù)即可。在本系統(tǒng)中主要是增加了SpiSendByte()和SpiReByte()函數(shù)，同時(shí)修改了 ReadRawRc(uchar Address)和WriteR-awRc(uchar Address，uchar value)函數(shù)。部分代碼如下：

　　4.2.3存儲(chǔ)器驅(qū)動(dòng)

　　在本系統(tǒng)中主要是指AT45DB021的驅(qū)動(dòng)。因?yàn)锳T45DB021也是標(biāo)準(zhǔn)的I2C總線設(shè)備，所以硬件驅(qū)動(dòng)實(shí)際上就足標(biāo)準(zhǔn)的I2C總線控制。由于篇幅有限，這里就不介紹了。

　　4.2.4其他電路驅(qū)動(dòng)

　　其他電路驅(qū)動(dòng)在本系統(tǒng)中主要是指一些硬件電路電源的控制，為降低功耗所有的外圍電路都通過(guò)一個(gè)三級(jí)管來(lái)控制。所有三級(jí)管的基極均與CPU的I／O口相連，這樣通過(guò)CPU的I／O口即可控制所有外圍電路的電源。

　　4.3 任務(wù)調(diào)度

　　為提高CPU的工作效率和系統(tǒng)任務(wù)的處理速度，本系統(tǒng)使用分時(shí)處理流程。代碼如下：

　　4.4 可靠性對(duì)策

　　由于本系統(tǒng)是一臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)的射頻讀卡器設(shè)備，所以在系統(tǒng)軟件開(kāi)發(fā)上為降低二次開(kāi)發(fā)的難度，增強(qiáng)任務(wù)處理能力。在系統(tǒng)的任務(wù)調(diào)度上采用了比較流行的分時(shí)處理流程，這樣只要所加的任務(wù)處理時(shí)間小于任務(wù)輪詢的時(shí)間均可采用此種方式。同時(shí)為增加Mare I卡的使用壽命，在對(duì)Mare I卡的內(nèi)存進(jìn)行讀寫(xiě)時(shí)采用平均讀寫(xiě)的方式，即從長(zhǎng)時(shí)間讀寫(xiě)來(lái)看，Mare I卡的每塊存儲(chǔ)區(qū)所得到的讀寫(xiě)次數(shù)相同，避免了由于單塊存儲(chǔ)區(qū)讀寫(xiě)次數(shù)太多而損壞。

　　5 結(jié) 論

　　經(jīng)過(guò)調(diào)試，由本系統(tǒng)軟件所開(kāi)發(fā)出的讀寫(xiě)器具有 高性能、高穩(wěn)定性和強(qiáng)兼容性。典型的讀寫(xiě)距離為11 cm，在有效讀寫(xiě)區(qū)域內(nèi)無(wú)死區(qū)，讀寫(xiě)操作可靠。在桌面工作環(huán)境中，卡片在有效感應(yīng)區(qū)域內(nèi)連續(xù)讀寫(xiě)出錯(cuò)率低于0.01％。其兼容性表現(xiàn)在不僅能夠讀取標(biāo)準(zhǔn)的卡片，對(duì)于偏離標(biāo)準(zhǔn)很多的卡片也能夠進(jìn)行讀取。