一款基于FPGA的RFID閱讀器設(shè)計(jì)

　0 引 言

　　RFID 技術(shù)是從 20 世紀(jì) 80 年代走向成熟的一項(xiàng)自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，近年來發(fā)展十分迅速。 目前，在全世界，基于 RFID 技術(shù)的電子標(biāo)簽，使用已經(jīng) 非常廣泛了，這主要取決于它的特性，RFID 標(biāo)簽可以使用在幾乎所有的物理對(duì)象上。RFID 技術(shù)在 工業(yè)自動(dòng)化，物體跟蹤，交通運(yùn)輸控制管理，防偽校園卡，電子錢包，行李標(biāo)簽，收費(fèi)系統(tǒng)，醫(yī)用裝 置，電子物品的監(jiān)控和軍事用途等方面已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。例如第二代居民身份證，使用基于 ISO/IEC4443-B 標(biāo)準(zhǔn)的 13.56 MHz 電子標(biāo)簽，該項(xiàng) 目可以說國(guó)內(nèi)乃至國(guó)際上最大的RFID 應(yīng)用的項(xiàng)目之一。

　　RFID 系統(tǒng)由閱讀器(Reader)，電子標(biāo)簽( Tag) 和后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)組成 ，見圖1。閱讀器從附著在物品上的Tag中讀取數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)在閱讀器或送給 后臺(tái)的數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用程序進(jìn)行處理。閱讀器作為RFID 系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件通過天線與電子標(biāo)簽進(jìn)行無線 通信，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)標(biāo)簽識(shí)別碼和內(nèi)存數(shù)據(jù)的讀出或 寫入操作。

圖 1 RFID 系統(tǒng)構(gòu)成。

　　FPGA 具有開發(fā)簡(jiǎn)單，靜態(tài)可重復(fù)編程和動(dòng)態(tài)在系統(tǒng)編程的特點(diǎn)，已經(jīng)成為當(dāng)今應(yīng)用最廣泛的 可編程專用集成電路。目前在 FPGA 的集成開發(fā)環(huán) 境中提供各種 I/O 接口的 IP 核，方便實(shí)現(xiàn)各種 I/O 接口。

　　現(xiàn)有的RFID 閱讀器一般是由ARM( AdvancedRISC Machines)結(jié)構(gòu)體系實(shí)現(xiàn)的，一般體積較大，不容易升級(jí)。本文研究和實(shí)現(xiàn)了基于FPGA 的閱讀器，這種閱讀器具有結(jié)構(gòu)靈活、體積小、升級(jí)容易、方便實(shí)現(xiàn)不同的外設(shè)接口等優(yōu)點(diǎn)。

　　論文結(jié)構(gòu)如下第一部分描述閱讀器的總體結(jié)構(gòu)，第二部分是硬件部分結(jié)構(gòu)，第三部分是軟件部分結(jié)構(gòu)，第四部分是閱讀器的實(shí)現(xiàn)。

　　1 基于FPGA 的RFID 閱讀器總體結(jié)構(gòu)

　　閱讀器是由FPGA、射頻模塊、LCD 和FLASH構(gòu)成的，閱讀器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖2。 標(biāo)準(zhǔn)串口向射頻模塊發(fā)送對(duì)標(biāo)簽操作的命令，用于接收從射頻模塊返回的標(biāo)簽中的內(nèi)容，LCD 顯示標(biāo)簽信息，系統(tǒng)控制程序是系統(tǒng)的核心程序，它協(xié)調(diào)各部分的運(yùn)行， FLASH 存儲(chǔ)器存放數(shù)據(jù)。

圖2 閱讀器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　FPGA 實(shí)現(xiàn)的外部接口有：串口、LCD 接口、FLASH 接口和鍵盤接口等，射頻模塊內(nèi)部含有符合RFID 標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)簽操作程序，能夠執(zhí)行來自串口的操作標(biāo)簽的命令，返回標(biāo)簽的信息。

　　2 閱讀器的硬件部分結(jié)構(gòu)

　　閱讀器是以FPGA 為核心，控制數(shù)據(jù)處理交換的模塊結(jié)構(gòu)。FPGA 實(shí)現(xiàn)的模塊有：各個(gè)外設(shè)接口和CPU 模塊，這些模塊由該FPGA 內(nèi)部的可編程邏輯電路實(shí)現(xiàn)的，它完成與射頻模塊的通信，射頻模塊前端與標(biāo)簽的空中接口通信讀取標(biāo)簽信息，F(xiàn)PGA 從串口模塊取回標(biāo)簽信息送LCD 顯示，硬件結(jié)構(gòu)如圖3。

圖 3 閱讀器的硬件結(jié)構(gòu)。

　　3 閱讀器軟件部分結(jié)構(gòu)

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