ARM9的超高頻讀寫器基帶編解碼設(shè)計

摘要：根據(jù)超高頻RFID國際標準協(xié)議EPC GEN2中的規(guī)定，基于ARM9芯片S3C2440提出一種適用于超高頻讀寫器的PIE編碼以及MILLER2解碼的實現(xiàn)方式。設(shè)計中使用該芯片的PWM輸出進行編碼，并使用其外部中斷進行解碼。通過分析示波器捕捉到的MILLER2波形以及串口打印的解碼輸出，驗證了該設(shè)計的正確性。
關(guān)鍵詞：S3C2440；EPC GEN2協(xié)議；超高頻讀寫器；PIE編碼；MILLER2解碼

引言
普通的UHF讀寫器主控芯片使用FPGA較多，其優(yōu)點是FPGA對時序邏輯處理速度快，使用HDL語言很容易實現(xiàn)協(xié)議的編碼與解碼，但FPGA芯片本身很少具備串口、網(wǎng)口等通信接口模塊，功能擴展較麻煩。由于ARM9芯片集成了很多擴展接口，同時進行操作系統(tǒng)移植等更高層次的設(shè)計也變得很容易，但對時序邏輯處理較難。因而本文提出了基于ARM9的UHF RFID讀寫器基帶編解碼方法，并加以實現(xiàn)。

1 基本原理
UHF RFID國際標準協(xié)議規(guī)定讀寫器到電子標簽的通信應采用DSB—ASK、SSB—ASK或者PR—ASK調(diào)制方式。本文使用ARM9芯片S3C2440的PWM(脈寬調(diào)制)控制模塊進行PIE編碼，通過編碼信號控制射頻開關(guān)實現(xiàn)OOK調(diào)制。電子標簽接收到命令后反向散射副載波應答，經(jīng)過射頻模塊的天線接收后被解調(diào)電路還原成MILLER2數(shù)據(jù)。構(gòu)造MILLER2解碼狀態(tài)機，使用S3C2440的外部中斷對MILLER2時序序列進行上升沿捕捉，捕捉到的兩次中斷的時間間隔作為狀態(tài)機輸入，進而解調(diào)出標簽反射回來的數(shù)據(jù)。系統(tǒng)的硬件框圖如圖1所示。

讀寫器射頻模塊的工作流程為：發(fā)送命令時，PIE編碼電平控制射頻芯片開關(guān)，當開關(guān)開啟時輸出射頻載波，關(guān)閉則不輸出，以達到OOK調(diào)制載波的目的。接收機采用零中頻接收機方案，直接對天線接收到的標簽反向散射信號進行解調(diào)，解調(diào)完畢得到相位相差90°的I、Q兩路信號，通過差分放大器放大處理后，輸出到比較器，經(jīng)過比較后電路輸出MILLER2編碼時序信號。

2 PIE編碼
2．1 PIE碼簡介
EPC GNE2協(xié)議規(guī)定UHF讀卡器向標簽發(fā)送命令時，數(shù)據(jù)應采用PIE編碼。PIE碼通過高低電平的時間長度不同來規(guī)定數(shù)據(jù)是“1”還是“0”。協(xié)議使用Tari代表數(shù)據(jù)“0”，時間長度在6．25～25μs范圍內(nèi)，容差為±1％，數(shù)據(jù)“1”的寬度在為1．5Tari～2．5Tari，如圖2所示。本次編碼中，Tari值為6．4μs，數(shù)據(jù)“1”的長度為11．4μs，PW的長度為3．2μs。

協(xié)議規(guī)定，完整的PIE碼需在有效數(shù)據(jù)前加上前同步碼或幀同步碼。前同步碼由定界符、Tari、RTcal以及TRcal這4段組成，用在Query命令上。幀同步碼省去了TRcal而直接由前三項組成，用在其他命令上。前同步碼示意如圖3所示。

2．2 PWM實現(xiàn)PIE編碼
S3C2440有5個16位的定時器，其中定時器1～4具有PWM(脈寬調(diào)制)功能，定時器使用經(jīng)過分頻后的系統(tǒng)時鐘PCLK作為時鐘輸入。本設(shè)計中100 MHz的PCLK經(jīng)過2分頻得到50 MHz頻率的定時器輸入時鐘，定時器每計數(shù)一次耗時0．02μs。定時器使用兩個16位的緩沖寄存器TCNTB和TCMPB來實現(xiàn)PWM功能，TCNTB為一次PWM輸出計數(shù)次數(shù)，采用遞減的方式計數(shù)，當計數(shù)減為TCMPB的時候，PWM輸出電平反轉(zhuǎn)。以數(shù)據(jù)“0”為例，其脈沖總寬度為6．4μs，低電平持續(xù)時間3．2 μs，則可計算出TCNTB=6．4／0．02=320次，TCMTB=3．2／0．02=160次。
為實現(xiàn)連續(xù)的PWM輸出，需要讓定時器工作在自動重載模式，即當定時器計數(shù)器減為0的時候，在定時器中斷處理函數(shù)里更新TCNTB及TCNMPB，讓定時器重新開始一次脈寬輸出。定時器1初始化時經(jīng)過以下步驟：
①TCNMB以及TCMPB寄存器賦非零初值；
②TCON中人工裝載位配置為1，TCNTB和TCMPB更新到內(nèi)部計數(shù)器；
③TCON中自動重載位配置為1，為實現(xiàn)連續(xù)的PWM功能；
④TCON中輸出翻轉(zhuǎn)位配置為1，脈沖以高電平開始；
⑤TCON置為啟動位；
⑥TCON設(shè)置關(guān)閉人工裝載，定時器開始啟動。