李鸿;龙小波;谭怀忠
【摘 要】控制处理模块是UHF RFID读写器电路的一个重要组成部分,该模块电路的设计及实现是当前UHFRFID系统一个研究的热点.基于此,对UHF RFID系统读写器的控制处理模块电路的组成结构、实现方式,特别是微处理器的选用进行了比较分析和综述,指出了基于SOPC设计理念、NiosⅡ嵌入式软核处理器的控制处理模块设计符合电子系统设计的发展潮流和趋势,具有市面上其它设计方案不可比拟的优势. 【期刊名称】《山西电子技术》
【年(卷),期】2015(000)003
【总页数】3页(P93-94,96)
【关键词】UHF RFID系统读写器;控制处理模块;微处理器;NiosⅡ嵌入式软核处理器
【作 者】李鸿;龙小波;谭怀忠
【作者单位】湘潭职业技术学院,湖南湘潭411102;湘潭职业技术学院,湖南湘潭411102;湘潭职业技术学院,湖南湘潭411102
【正文语种】中 文
【中图分类】TN830
UHF RFID 系统读写器硬件电路主要由控制处理模块及其外围电路、射频收发模块及天线组成，其中控制处理模块和射频收发模块是读写器硬件系统的核心。控制处理模块又可分为基带处理单元和控制单元，目前国内市面上的UHF RFID 系统读写器控制处理模块硬件的主流设计方案是以ASIC(专用集成电路)组件、微处理器来实现。
1 控制处理模块的硬件设计
UHF RFID 系统读写器的控制处理模块主要完成对射频收发模块的控制，实现对高频信号的配置、编码、解码、校验、防碰撞、协议控制，承担读写器与外部设备或主机之间的应用接口等功能。目前，一是在同一片高集成度、高性能单片机、ARM、DSP 或FPGA 中实现控制处理模块的控制单元与基带处理单元，完成相关功能，其次是将控制单元与基带处
理单元分离，采用单片机+单片机、单片机+DSP、单片机+FPGA、DSP+FPGA、ARM +FPGA 等多控制器结构的实现方法，前者实现控制单元的协议解析、防碰撞等，后者实现基带处理单元的编码、解码、滤波、校验等，这些基于高端微处理器的读写器占据了市场的主要份额［1，2］。
1.1 控制单元与基带处理单元结合在一起实现控制处理模块
此时，微处理器的选择至关重要，要求有相对高的速度、比较高的稳定性和丰富的I/O 设备端口，而且还要有相对低的功耗［3］。
1.1.1 采用单片机
目前单片机常用的有MCS-51 系列、PIC 系列等器件，以8 位、16 位为主，一般没有操作系统，采用单片机实现控制处理模块，电路设计比较简单、成本较低，有很强的接口性能［1］。文献［4］控制处理模块就是由C8051F340 单片机及其最小系统组成，负责通过USB 接口接收上位机发送的指令，解析指令并对射频收发芯片AS3992 进行控制，将AS3992 的反馈信息传输给上位机。文献［5］利用单片机C8051F120 实现控制处理模块，
完成信号的编解码、数据处理、与上位机通信并响应其命令等功能。存在的问题是单片机能实现的功能比较简单，逻辑接口数据量较少，功能的扩展能力不强，数据处理速度相对较低，实时性不够，因此适合控制需求相对简单的场合，与现在产品网络化、智能化存在一定的差别［5］。
1.1.2 采用ARM 处理器
ARM 系列处理器可靠性、安全性高，功耗低，速度快、处理能力强，接口资源丰富，扩展能力强、兼容性好，同时可加载Linux、WinCE 等复杂操作系统，具有较强的事务管理功能，属于高性能的处理器。通常选择ARM7/ARM9/ARM11处理器实现控制处理模块，基带信号的配置、编解码、数据校验、协议控制、多标签的访问以及防冲突过程等通过软件编程实现，交由ARM 处理器进行控制，具有较好的实时性，无需外接存储器，在满足要求的同时，可降低成本，缺点是成本相对于单片机较高［5］。文献［6］选用三星公司基于ARM11的S3C6410 微处理器通过移植Linux 操作系统、软件编程来实现控制处理模块，完成设备驱动，PIE 编码、FM0 解码、CRC 校验等数据处理功能。文献［7］，［8］，［9］采用三星ARM9 微处理器S3C2440A，构建最小硬件系统，移植嵌入式Linux 系统，实现控制处理模块。
1.1.3 采用DSP
比较高端的读写器控制处理模块常使用DSP 芯片，增加读写器的灵敏度，扩展读写距离。DSP 芯片信号处理、运算能力强大，编译和执行效率非常高，特别适合数字信号的运算、处理，但控制能力一般，综合应用能力不及单片机。文献［10］采用DSP 芯片TMS320F2812PGFA 构成整个系统的控制核心及数据处理，负责信号的编码、解码、液晶显示和串口通信等的控制。文献［11］采用DSP 芯片ADSP-BF531l 实现控制处理模块，控制电路的工作状态，配置外设寄存器，接收基带信号并对其进行处理，完成对基带信号的解码和校验，产生控制标签状态的命令，对其进行编码，并发送给射频模块进行调制和放大，执行防冲突处理程序，控制读写器与计算机的通信，将成功识别的标签ID 传送给计算机。
1.1.4 采用FPGA
采用FPGA 实现控制处理模块相比单片机、ARM 和DSP优势明显。FPGA 时钟频率高，内部延时小，全部控制逻辑由硬件完成，有很高的运算处理能力，速度快、效率高，能很好地满足超高频读写器数据传输和处理速度快的要求。而且，FPGA 能够进行编程、除错、
再编程的重复操作，缩短开发生产周期［1］。文献［12］控制处理模块选用FPGA 器件XC6SLX16 来实现，采用自上向下的设计方法用Verilog HDL语言设计出包括PIE 编码模块，FM0 解码模块、CRC 校验模块，并串转换模块，防碰撞模块、滤波器、协议控制模块和通信接口模块在内的整个数字基带系统。文献［1］利用FPGA片内SOPC 设计NiosⅡ嵌入式软核处理器作为读写器控制处理模块的控制单元，完成时序控制，状态转换等，包括发送链路的PIE 编码模块、CRC-5 校验模块、信道滤波器模块和接收链路的FM0 解码模块、CRC-16 校验模块、防碰撞模块等。
1.2 控制单元与基带处理单元分离实现控制处理模块
采用控制单元与基带处理单元分离的结构更能体现模块化设计思想，更有利于进行并行设计，实现分工协作，缩短开发周期。基带处理单元完成基带信号的编码、解码、校验以及滤波等，控制单元采用单片机、DSP、ARM 等微处理器，结合相应的软件实现与后端应用系统之间的通信，控制与电子标签的通信过程，实现冲突仲裁以及多标签识别，数据的加密和解密，进行读写器与电子标签之间的身份验证，对外部设备(如键盘、显示器等)的控制等［2］。
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