引言

　　RFID的核心部分是一個帶有天線的小型芯片，集成在極薄的標簽中。這些標簽通過射頻調(diào)制將電子產(chǎn)品代碼傳輸?shù)絉FID讀寫器中，就如同掃描條形碼一樣，但它不像條碼那樣受光線和位置的影響。在發(fā)達國家和地區(qū)，RFID在訪問控制、人的識別系統(tǒng)、貨物完整性、防盜以及軍事上用途廣泛。因此對此種標簽操作的超高頻讀寫器的設計也有很廣泛的應用前景。

　　1 RFID原理介紹

　　RFID原理是讀寫器通過發(fā)送超高頻載波來激活標簽內(nèi)部的芯片，即芯片通過天線感應能量將存儲在自身中的信息發(fā)送給讀寫器。其載波通信頻段根據(jù)各國劃分的不同有所不同。調(diào)制方式都采用ASK方式，協(xié)議有IS015693，ISO14443-A，-B等。主要介紹IS015693協(xié)議下的標簽手持式讀寫器設計。

　　2 硬件設計

　　2．1射頻模塊。讀寫器的射頻模塊主要是實現(xiàn)將讀寫器發(fā)往電子標簽的命令調(diào)制到射頻信號上，經(jīng)由發(fā)射天線發(fā)送出去，同時實現(xiàn)將電子標簽返回到讀寫器的信號進行必要的加工處理，并從中解調(diào)提取出電子標簽回送的數(shù)據(jù)。其結(jié)構如圖1所示。為了適應標簽在金屬表面讀寫的需要，本項目確定對射頻模塊的發(fā)射功率作加大調(diào)整，增加讀寫距離。

　　2．2防爆模塊設計。為滿足進一步的防爆要求，將在讀寫器電路和結(jié)構設計上作如下設計：選用COB封裝的LCD模塊，避免高壓電路電流的倒灌。電源模塊的輸入輸出均采用雙穩(wěn)壓措施，防止電源電流的過載、短路等故障而引起的打火或發(fā)熱。在電路上對儲能器件的總值進行限定，主要是電容和電感的總?cè)萘恳韵拗脐P機后的放電電流。在電源輸入端加裝熱熔斷保險絲和限流電阻保證正常地工作電流。

　　2．3微處理器。微處理器是電子標簽讀寫設備的核心部件，根據(jù)嵌入式軟件的指令完成各種應用功能，包括與計算機之間的通信、對電子標簽內(nèi)數(shù)據(jù)的處理、安全控制及對外圍設備的控制等功能。

　　2．4天線。讀寫器天線與射頻模塊之間必須滿足阻抗匹配，在手持式讀寫器中，將模塊與天線進行一體化設計，但在本項目中考慮到實際應用需要，必須延長天線的饋線，具體內(nèi)容包括饋線延長以后的輸入輸出阻抗匹配設計；極化方向設計；高增益設計和功率容量設計。

　　2．5輸入輸出模塊。讀寫器的輸入輸出模塊包括鍵盤和顯示屏等，本項目將在原有產(chǎn)品結(jié)構上，對顯示屏進行加固，提高可靠性；對鍵盤采用塑料薄膜加橡膠按鍵方式加以改進，以提高鍵盤使用壽命。

　　2．6電源模塊。在原電源穩(wěn)壓器的基礎上加裝過壓過流保護裝置，增加電壓電流的檢測裝置，提高讀寫器的可靠性。

　　2．7安全模塊。置于讀寫器內(nèi)部含安全模塊，包含有通信接口、SAM卡驅(qū)動和操作系統(tǒng)等。為提高讀寫器的運算速度，將對SAM卡接口的通信速率進行調(diào)整， 由原來的9600bps提升到38400bps。

　　3軟件設計

　　3．1操作系統(tǒng)。對讀寫器的核心系統(tǒng)進行改進，采用實時操作系統(tǒng)，支持標準漢字庫、輸入法、SAM卡操作系統(tǒng)系統(tǒng)等軟件模塊。

　　3．2驅(qū)動程序。對原有驅(qū)動程序作出改寫，滿足操作系統(tǒng)多任務的需要，根據(jù)硬件設備的變化可方便地進行軟件裁剪。

　　3．3 文件系統(tǒng)的建立和實現(xiàn)?，F(xiàn)有的存儲器結(jié)構為512K的NOR FLASH，其中后256K的容量用作字庫的存儲。因此只有256K容量用來記錄平時的操作數(shù)據(jù)。而且此FLASH一共有128塊(每塊可以獨立擦除)，每塊容量為4K。存儲器結(jié)構如圖2所示：FLASH存儲器的特點是可以將數(shù)據(jù)從1寫成0，但是要從0改變?yōu)?則必須執(zhí)行塊擦除才行，而且一塊FLAsH的擦除次數(shù)是有限的最多10萬次。原來使用的存儲方式是不管寫人多少的字節(jié)都先將此塊數(shù)據(jù)備份到最后一塊(第63塊)，然后通過擦除指令，擦除這一塊的信息，再將改寫的數(shù)據(jù)寫入到當前塊上。這樣操作使每寫人一個數(shù)據(jù)就要擦除一塊，特別是最后一塊備份區(qū)很容易由于過多地擦除而減少其使用壽命。還有一個弊端就是每次存儲都要對4K數(shù)據(jù)作整體的讀寫操作，使記錄存儲操作的時間變得很長。由于以上原因，對于記錄的存儲需要建立一個文件系統(tǒng)來統(tǒng)一管理。并且由于此FLASH所能提供的存儲空間有限，因此只作靜態(tài)的文件結(jié)構，而不是動態(tài)鏈接表的方式。作為靜態(tài)文件系統(tǒng)，通過宏定義的方式確定每種記錄的類型和給這種記錄開辟的存儲空間。由于系統(tǒng)需要記錄一些如記錄數(shù)量或是開機啟動設置之類的數(shù)據(jù)，因此將系統(tǒng)文件獨立存放在0塊和1塊這兩個塊中，并且這兩個塊作為相互備份。其他的塊用作存儲5種不同類型的記錄結(jié)構。宏定義如下：

　　#define BLOCK_ SYS 0 ／／系統(tǒng)文件起始塊號
　　#define BLOCK_SYS_ BCK 1 ∥系統(tǒng)文件結(jié)束塊號
　　—————一記錄文件區(qū)— — 一
　　#define BLOCK STR RECORDO 2 ／／人廠記錄

　　記錄文件存儲結(jié)構如圖3所示。

　　因為每塊存儲空間大小為4096個字節(jié)，所以將前96個字節(jié)用作文件的表頭，來標示這個塊是用來存儲什么類型的文件(系統(tǒng)文件或記錄文件)，然后文件系統(tǒng)會根據(jù)表頭中的文件大小和文件存儲的數(shù)量，計算出空的存儲位置用來存放新的記錄或是更新了的系統(tǒng)文件。

　　文件的表頭結(jié)構體如下：

　　其中free_FileList數(shù)組是用來按位存放當前記錄的存放狀態(tài)，1表示空位置，0表示已經(jīng)存放了記錄。例如：該塊已經(jīng)存放了3條記錄，則free_FileList[0]為Oxf8；存放了4條則為0xf0，依次類推。

　　由文件表頭構成的塊存儲空間結(jié)構如圖4所示：