基于ARM的多標(biāo)簽多協(xié)議RFID讀寫器設(shè)計
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3 系統(tǒng)軟件設(shè)計
系統(tǒng)軟件設(shè)計主要實(shí)現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)移植及防碰撞算法。當(dāng)在讀寫器的天線區(qū)域中有多個射頻標(biāo)簽時，同時到達(dá)的信號會產(chǎn)生信道爭用的問題。信號互相干擾，發(fā)生碰撞。防碰撞技術(shù)利用排隊(duì)論及抗噪聲技術(shù)來解決這個問題，通過RFID系統(tǒng)一次可以完成對多個射頻標(biāo)簽的識別。防碰撞技術(shù)的優(yōu)劣決定了RFID系統(tǒng)的性能。系統(tǒng)軟件總體架構(gòu)包括：擴(kuò)展層，提供RFID讀寫器的固件程序，支持多種數(shù)據(jù)采集模塊；設(shè)備層，提供RFID系統(tǒng)運(yùn)行的硬件環(huán)境和提供多種物理接口；系統(tǒng)層，提供RFID系統(tǒng)運(yùn)行的軟件環(huán)境；中間層，提供開發(fā)系統(tǒng)的基礎(chǔ)軟件框架和應(yīng)用型RFID中間件；應(yīng)用層，與業(yè)務(wù)相關(guān)的應(yīng)用軟件。
3．1 防碰撞算法分析
在RFID系統(tǒng)中，評價防碰撞算法優(yōu)劣的指標(biāo)有防碰撞速度、準(zhǔn)確率、信道利用率、穩(wěn)定性、安全性和成本等。目前業(yè)界推崇的防碰撞方法主要有ALOHA算法(又稱應(yīng)答器控制算法)和二進(jìn)制樹形搜索算法(又稱讀寫器控制算法)。ALOHA防沖突算法由于延遲時間和檢測時間是隨機(jī)分布的，是一種不確定性算法，可分為非時隙、時隙以及自適應(yīng)ALOHA防沖突算法。其中自適應(yīng)ALOHA方法的信道利用率最高，它的優(yōu)點(diǎn)是能顯著提高識別速率，缺點(diǎn)是復(fù)雜度明顯提高。它僅適用于只讀型電子標(biāo)簽。二進(jìn)制樹形搜索算法的優(yōu)點(diǎn)是防沖突能力較強(qiáng)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和指令簡單，缺點(diǎn)是支持的存儲容量較小，不適合UID過長的電子標(biāo)簽。這里利用二進(jìn)制樹形搜索算法實(shí)現(xiàn)功能。
二進(jìn)制搜索算法是利用逐步減少發(fā)生沖突的位的方法來完成對標(biāo)簽的識別的。該算法的前提條件是讀寫器必須能夠準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)發(fā)生沖突的位。因此，在該算法中，標(biāo)簽返回信號的編碼方式使用了Manchester編碼。在Manchester編碼方式中，每個信號位中間引入跳變來同時代表不同的數(shù)值和同步信息。一個負(fù)電平到正電平的跳變代表邏輯“0”，而一個正電平到負(fù)電平的跳變則代表邏輯“1”。在數(shù)據(jù)傳輸過程中，“沒有變化”的狀態(tài)是不允許的。因此，當(dāng)一個讀寫器收到標(biāo)簽的返回信號后，如果發(fā)現(xiàn)某些位信號的狀態(tài)沒有發(fā)生改變，那么讀寫器就能夠判斷這些位一定發(fā)生了沖突。Manchester編碼原理如圖6所示。本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/149550.htm
圖6中有兩個標(biāo)簽同時處于讀寫器的讀寫范圍內(nèi)。當(dāng)讀寫器發(fā)送讀標(biāo)簽命令時，兩個標(biāo)簽都返回它們的識別碼給讀寫器。從圖中可以看出，標(biāo)簽1識別碼的第5位和第2位的值分別是邏輯“0”和邏輯“1”，而標(biāo)簽2的識別碼的第5位和第2位分別是邏輯“1”和邏輯“0”。所以，當(dāng)讀寫器收到它們的返回信號時，這兩位的狀態(tài)不會改變，從而讀寫器知道這兩位發(fā)生了沖突，由此實(shí)現(xiàn)多標(biāo)簽防碰撞。圖中的虛線表示標(biāo)簽返回信號中發(fā)生沖突的位。
3．2 多協(xié)議模式分析
在上電后，首先對TRF7960進(jìn)行初始化設(shè)置。為控制TRF7960實(shí)現(xiàn)讀／寫卡等操作，首先得明確TRF7960的讀寫時序。起始條件是CLK為高，然后發(fā)送8位地址，再在發(fā)送時鐘的下降沿進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送。當(dāng)CLK為低時，信號發(fā)送上升沿表示操作已經(jīng)結(jié)束。在TRF7960內(nèi)部有兩個主要配置寄存器：芯片狀態(tài)控制寄存器和ISO控制寄存器，00h和01h分別是它們的地址。芯片狀態(tài)寄存器可以控制電源模式、RF輸出開關(guān)等。ISO控制寄存器則負(fù)責(zé)ISO協(xié)議選擇，它通過設(shè)定參數(shù)protocol，選擇不同的協(xié)議工作方式。例如當(dāng)protocol為0x01時，為ISO15693協(xié)議；當(dāng)protocol為0x02時，為ISO14443A協(xié)議；當(dāng)protocol為0x03時，為ISO14443B協(xié)議。根據(jù)指定協(xié)議進(jìn)行相應(yīng)的讀寫操作，在設(shè)定時間內(nèi)，若有FIFO中斷或發(fā)送結(jié)束中斷產(chǎn)生，則采集數(shù)據(jù)并保存。這樣就實(shí)現(xiàn)了多協(xié)議、防碰撞多標(biāo)簽RFID讀寫器系統(tǒng)。
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