導(dǎo)語(yǔ)：高級(jí)RFID閱讀器應(yīng)用對(duì)處理器的要求一文來(lái)源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

射頻識(shí)別(rfid)技術(shù)平穩(wěn)地滲透到我們?nèi)粘Ｉ畹脑S多方面。從超市的庫(kù)存管理到快速收款,這項(xiàng)技術(shù)正改變著許多現(xiàn)有的應(yīng)用并支持新的應(yīng)用。在RFID前端,“信號(hào)鏈”從有效裝置上的小標(biāo)簽開(kāi)始,將信息傳送給一個(gè)或多個(gè)RFID閱讀器,當(dāng)標(biāo)簽出現(xiàn)在特定的區(qū)域內(nèi)時(shí),閱讀器檢測(cè)。在RFID后端,基于服務(wù)器的系統(tǒng)保持并更新標(biāo)簽數(shù)據(jù)庫(kù)。RFID系統(tǒng)框圖如圖1所示。

當(dāng)今,大多數(shù)RFID閱讀器都采用多個(gè)處理器來(lái)滿足應(yīng)用需求。通常其中一個(gè)是連接模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)和數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)的信號(hào)處理器。另一個(gè)是與本地或者遠(yuǎn)程服務(wù)器通信的網(wǎng)絡(luò)處理器,用于信息存儲(chǔ)和恢復(fù)。但Blackfin系列等處理器能夠管理這些不同的功能——信號(hào)轉(zhuǎn)換和網(wǎng)絡(luò)連接。

本文首先介紹了RFID技術(shù)以及它能支持的當(dāng)前和未來(lái)的應(yīng)用。然后,針對(duì)RFID閱讀器的功能,本文將研究運(yùn)行在RFID閱讀器和服務(wù)器連接所需要的基本軟件組成。

RFID系統(tǒng)概述

RFID是一種采用射頻(RF)傳輸識(shí)別代碼、分類代碼和(或)跟蹤目標(biāo)的通信系統(tǒng)。每個(gè)目標(biāo)都有自己的RFID標(biāo)簽(也稱為應(yīng)答器)?？傁到y(tǒng)用一個(gè)標(biāo)簽閱讀器接收每個(gè)標(biāo)簽的RF信號(hào)。閱讀器的嵌入式軟件管理查詢、接收標(biāo)簽信息的解碼和處理以及與存儲(chǔ)系統(tǒng)通信、收藏標(biāo)簽數(shù)據(jù)庫(kù)和其他相關(guān)信息。

RFID的應(yīng)用

RFID技術(shù)允許同時(shí)監(jiān)測(cè)多個(gè)物品,無(wú)須人們?nèi)ァ敖佑|’每件物品(例如,用一個(gè)手持的條形碼掃描儀),所以它能支持許多新型應(yīng)用。能夠利用這種自動(dòng)識(shí)別技術(shù)的應(yīng)用覆蓋了許多不同的領(lǐng)域,如控制管理、后勤管理、安全監(jiān)控和通行收費(fèi)等。下面是現(xiàn)在采用RFID系統(tǒng)的一些常見(jiàn)應(yīng)用。

●在超市食品貨架和包裝箱中,利用標(biāo)簽寫(xiě)入能力(可以包括附加的信息,如最遲銷售日期)讓食品可見(jiàn),并對(duì)貨架貨物進(jìn)行更好的管理。另外,還可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)重新排列來(lái)保持貨架上正確的存貨順序。

●在圖書(shū)館中自動(dòng)管理資料的借出與歸還。過(guò)去,這些物品都是采用標(biāo)簽條來(lái)識(shí)別,每次都必須用條形碼掃描儀來(lái)讀取。

●在衣服商標(biāo)上鑒定其商品來(lái)源。利用標(biāo)簽上的識(shí)別碼(ID),可以鑒定出該商品是正品還是仿冒品。

●在制藥業(yè)中嚴(yán)防假藥。

●在體育競(jìng)賽中,精確地跟蹤馬拉松賽跑運(yùn)動(dòng)員的進(jìn)程。

RFID閱讀器

RFID閱讀器提供各標(biāo)簽和終端跟蹤與管理系統(tǒng)之間的連接。它雖然可以采用各種不同尺寸的封裝,但通常都很小以便安裝在三角架或墻上。另外,根據(jù)不同的應(yīng)用和工作條件,可以使用多個(gè)閱讀器以便完全覆蓋規(guī)定的區(qū)域。例如,在倉(cāng)庫(kù)中,可能有一個(gè)覆蓋的網(wǎng)絡(luò)才能保證當(dāng)貨物從點(diǎn)A移動(dòng)到點(diǎn)B時(shí),所有通過(guò)的貨物能夠有100%的查詢和記錄。

總之,閱讀器的功能有三個(gè)主要的組成部分。第一部分是發(fā)送和接收功能,用來(lái)與標(biāo)簽和分離的單個(gè)物品保持聯(lián)系,第二部分是對(duì)接收信息進(jìn)行初始化處理:第三部分是鏈接服務(wù)器,用來(lái)將信息傳送到管理機(jī)構(gòu)。

RFID系統(tǒng)中的閱讀器必須能夠處理在有效區(qū)域內(nèi)同時(shí)存在多個(gè)標(biāo)簽的情況,這在限定的空間區(qū)域內(nèi)存在多個(gè)標(biāo)簽的應(yīng)用中非常重要。

在存在多個(gè)閱讀器和標(biāo)簽的情況下,主要問(wèn)題是會(huì)發(fā)生沖突,因?yàn)槎鄠€(gè)閱讀器發(fā)出查詢,也會(huì)有多個(gè)標(biāo)簽同時(shí)應(yīng)答。有許多方法可以避免這個(gè)問(wèn)題。最常用的方法就是采用某種時(shí)分復(fù)用算法。閱讀器可以設(shè)置在不同的時(shí)間查詢,而標(biāo)簽可以設(shè)置為經(jīng)過(guò)一個(gè)隨機(jī)的時(shí)間間隔后應(yīng)答。如果嵌入式軟件中具有實(shí)現(xiàn)此功能的能力,那么可以增加靈活性。

RFID應(yīng)答器

一個(gè)RFID標(biāo)簽包括一片集成電路芯片(用于保存該標(biāo)簽所在物品的個(gè)體信息)、一根天線(通常是印制電路天線,用于接收來(lái)自閱讀器的RF信息并發(fā)送信息)和含有標(biāo)簽的某種外殼。

使用RFID標(biāo)簽的可以是許多不同的物體,從各類物品到動(dòng)物,也包括人。標(biāo)簽到閱讀器的距離是一個(gè)很重要的系統(tǒng)變量,它直接受該標(biāo)簽技術(shù)的影響。常用的各種標(biāo)簽技術(shù)有以下幾種。

1無(wú)源標(biāo)簽

最簡(jiǎn)單的標(biāo)簽類型是無(wú)源標(biāo)簽。它專門(mén)利用閱讀器發(fā)送的RF能量來(lái)供電,所以它沒(méi)有集成電池的尺寸和成本問(wèn)題。無(wú)源標(biāo)簽非常便宜,機(jī)械魯棒性好,而且外形尺寸非常小(約為指甲大小)。但是,因?yàn)闊o(wú)源標(biāo)簽的接收功率與它到RFID閱讀器的物理距離成比例,所以這類標(biāo)簽的缺點(diǎn)是其閱讀范圍有限。

說(shuō)到范圍,選用的RF頻率與鏈接的實(shí)際范圍有很大關(guān)系。低頻(LF)標(biāo)簽通常采用125—135kHz頻段,因?yàn)樗鼈兊姆秶艿较拗?所以其主要用途就是訪問(wèn)控制和動(dòng)物標(biāo)簽。高頻(HF)標(biāo)簽主要工作在13.56MHz頻段,允許的工作范圍大約為一英尺或兩英尺。HF標(biāo)簽的主要用途是簡(jiǎn)單的一對(duì)一的對(duì)象讀取,如訪問(wèn)控制、收費(fèi)以及跟蹤圖書(shū)館的書(shū)籍等物品。

超高頻(UHF)標(biāo)簽主要工作在850—950MHz頻段,允許10英尺甚至更遠(yuǎn)的工作范圍。此外,閱讀器可以同時(shí)查詢?cè)S多UHF標(biāo)簽,與一對(duì)一的HF標(biāo)簽讀取過(guò)程不同。這個(gè)特點(diǎn)也有助于滿足在限定區(qū)域內(nèi)多個(gè)閱讀器的需求。因?yàn)檫@項(xiàng)功能,UHF標(biāo)簽在工業(yè)應(yīng)用中很普遍,用于庫(kù)存跟蹤和控制。但是UHF標(biāo)簽的一個(gè)主要缺點(diǎn)是不能有效地穿透液體。這使得它們不能用于充滿液體的對(duì)象,例如飲料和人體。在跟蹤這些對(duì)象時(shí),通常采用HF標(biāo)簽來(lái)代替。

2半有源標(biāo)簽

像無(wú)源標(biāo)簽一樣,半有源標(biāo)簽將RF能量返回到標(biāo)簽閱讀器來(lái)發(fā)送標(biāo)識(shí)信息。但是,它還包含一塊電池為標(biāo)簽中的IC部分供電,這樣就可以支持一些有趣的應(yīng)用,如在每個(gè)標(biāo)簽中放置傳感器。采用這種方法,每個(gè)應(yīng)答器不僅可以發(fā)送靜態(tài)的標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù),還可以發(fā)送一些實(shí)時(shí)的屬性,如溫度、濕度以及時(shí)間和日期。通過(guò)采用僅僅為IC和傳感器供電的電池,半有源標(biāo)簽?zāi)軌驅(qū)崿F(xiàn)在成本、尺寸和范圍之間的折中。

3有源標(biāo)簽

有源標(biāo)簽采用集成電池為標(biāo)簽IC(以及所有的傳感器)和RF發(fā)射器供電,所以它比半有源標(biāo)簽更進(jìn)了一步。有源標(biāo)簽的工作范圍擴(kuò)展了很大(達(dá)到100多米),這就意味著貨物通過(guò)閱讀器的速度可以比無(wú)源和半有源標(biāo)簽系統(tǒng)中的速度高得多。另外,有源標(biāo)簽可以攜帶更多的產(chǎn)品信息,不僅僅是一個(gè)簡(jiǎn)單的產(chǎn)品ID碼。

RFID閱讀器的軟件體系結(jié)構(gòu)

以上介紹的是RFID閱讀器的基本功能,下面將探討如何用一個(gè)處理器來(lái)實(shí)現(xiàn)這些功能。RFID閱讀器軟件體系結(jié)構(gòu)的三個(gè)單元是后端服務(wù)器接口、中間件和前端標(biāo)簽閱讀器算法。雖然軟件體系結(jié)構(gòu)的各單元各不相同,它們都可以同時(shí)運(yùn)行在一個(gè)Blackfin處理器上。

后端服務(wù)器及連接

通常,RFID閱讀器包括一個(gè)網(wǎng)絡(luò)單元,用于將一個(gè)RFID讀取事件連接到中心服務(wù)器。這種后端網(wǎng)絡(luò)接口可能是有線以太網(wǎng)(1EEES02.3)、無(wú)線以太網(wǎng)(1EEE802.11a/b/g)或者例如ZigBee(IEEE802.15.5)以太網(wǎng)。中心服務(wù)器運(yùn)行一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng),其功能包括匹配、跟蹤和存儲(chǔ)。在許多應(yīng)用中,還會(huì)有一個(gè)“報(bào)警”功能。對(duì)于供應(yīng)鏈和庫(kù)存管理系統(tǒng),這可能是重新排列提醒:對(duì)于安全應(yīng)用則是一次向警衛(wèi)的報(bào)警。

當(dāng)與后端服務(wù)器通信時(shí),利用運(yùn)行uClinux操作系統(tǒng)的高性能嵌入式處理器來(lái)構(gòu)建閱讀器具有極大的優(yōu)勢(shì)。TCP/IP協(xié)議棧的魯棒性和SQL數(shù)據(jù)庫(kù)引擎的可用性等關(guān)鍵因素降低了開(kāi)發(fā)過(guò)程中可能很巨大的開(kāi)發(fā)和集成負(fù)擔(dān)。

中間件

在RFID各單元中,中間件是介于前端RFID閱讀器和后端企業(yè)系統(tǒng)之間的軟件翻譯層。中間件過(guò)濾閱讀器的數(shù)據(jù),從而保證沒(méi)有多次讀取或無(wú)效的數(shù)據(jù)。在早期的RFID系統(tǒng)中,中間件運(yùn)行在服務(wù)器上。但是在閱讀器完成RFID數(shù)據(jù)過(guò)濾越來(lái)越普遍,在發(fā)送數(shù)據(jù)之前通過(guò)企業(yè)網(wǎng)絡(luò)。這種增強(qiáng)的功能是嵌入式處理器帶給這種應(yīng)用的另外一個(gè)好處。

前端閱讀器

信號(hào)處理放在閱讀器系統(tǒng)的前端。這種信號(hào)處理通常都包含大量的濾波和變換運(yùn)算,這就是為什么必需采用具有很強(qiáng)的信號(hào)處理性能的處理器的原因。

用于RFID閱讀器的處理器

Blackfin處理器提供有線和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的連接。ADSP-BF536/7等處理器的芯片內(nèi)有一個(gè)10/100BaseT的以太網(wǎng)MAC子層。在無(wú)線方面,可以通過(guò)SPI和SPORT外圍設(shè)備接口直接連接到802.15.4Zigbee和IEEE802.11芯片組,無(wú)須消耗全部的處理器帶寬就可以達(dá)到傳輸線速率。

處理器的并行外圍接口(PPl)可以直接連接上述的ADC/DAC。有些處理器包括兩個(gè)PPI,可以進(jìn)一步擴(kuò)展系統(tǒng)的功能。

另外,處理器的上述功能使得它對(duì)于一維和二維的條形碼應(yīng)用特別有吸引力,因其能在同一器件上完成系統(tǒng)控制、網(wǎng)絡(luò)連接和圖像處理。

從處理器軟件的角度看,RFID閱讀器產(chǎn)品包括連接到混合信號(hào)前端所必需的驅(qū)動(dòng)程序。另外,有一個(gè)DMA驅(qū)動(dòng)器在傳送數(shù)據(jù)通過(guò)系統(tǒng)時(shí)也是非常有用的。此外還有基于uClinux操作系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧以及SQL數(shù)據(jù)庫(kù)引擎。從系統(tǒng)的角度看,附加的功能,例如802.11WiFi卡、USBthumbdrive和CompactFlash卡接口等,可以迅速與Blackfin器件集成到一起。

結(jié)論

正如我們所看到的,RFID應(yīng)用不再需要專用的信號(hào)處理器用于ADC和DAC連接,以及用微控制器進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接。Blackfin系列等處理器可以同時(shí)完成網(wǎng)絡(luò)連接和控制功能,為完成轉(zhuǎn)換器連接和模式匹配算法留有足夠的性能余地。這樣也降低了下一代RFID應(yīng)用的材料成本并且加快了產(chǎn)品面市時(shí)間。