基于S3C2440A的HF频段RFID读卡器的设计

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摘要:根据网络在射频识别(RFID)系统方面的推广应用,提出了一种基于s3c2440a的hf频段rfid读卡器设计方案。该方案以ARM9处理器S3C2440A和RFID读卡芯片MF RC500为核心,运行Linux操作系统,实现读取13.56MHZ的非接触式MifareA型IC卡的数据。

关键词:RFID; S3C2440A; MF-RC500

中图分类号:TP274文献标识码:A文章编号:1009-3044(2010)11-2780-02

Design of High Frequency Band RFID Readers Based on S3C2440A

WANG Xiao-pin

(Guangzhou University of Chinese Academy of Soft Software,Guangzhou 510990, China)

Abstract: According to the promotion and application of the network in the radio frequency identification (RFID) systems, a kind of High Frequency Band RFID readers design based on S3C2440A is proposed. The core of the program is ARM9 processor S3C2440A and the RFID reader MF RC500 chip, and the program run the Linux operating system, it achieve the data of 13. 56MHZ non-contact type IC card MifareA by reading.

Key words:RFID; S3C2440A; MF-RC500

随着RFID技术的发展,基于RFID的自动识别系统和数据采集系统逐渐应用到身份识别、物流系统等领域,RFID系统的小型化和网络化成为发展的热点。RFID系统是一个特殊的传感器网络,其关键参数是工作频率决定了系统的耦合方式、识别距离以及设备成本等各方面的性能,也决定了标签与读写器实现的难易程度和成本。

由于RFID系统产生并辐射的电磁波会干扰或削弱其他无线电服务,因此其工作频率范围是有限的,主要有低频、高频、超高频及微波等。目前,市场上13.56MHZ的高频RFID系统相对成熟,但识别距离较短、识别速度居中,因此有必要设计一款性能较高的高频RFID系统。本文主要通过改进读卡器的核心处理器性能来增加其应用领域,不仅设计了基于ARM9处理器的RFID读卡器硬件电路,而且完成了软件设计和产品的测试。

1 读卡器硬件平台设计

本文设计的RFID读卡器采用Samsung公司生产的ARM9处理器S3C2440A,是一款专用的手持设备设计芯片,具有功耗低、速度快、稳定性好等特点,且价格适中。射频读卡模块则是基于ISO/IEC14443A标准的Mifare非接触式读写芯片MF-RC500,内部具有高集成的调制解调模块且内部发射器可直接驱动非接触天线。

RFID读卡器硬件部分主要包括射频读卡模块和处理器模块两部分,总体框图如图1所示。

射频读卡模块主要由RFID读卡电路和天线构成,主要通过天线读取射频标签的信息,由RFID读卡电路处理信息并调制解调,然后由天线发射出去;处理器模块则主要通过射频方式向RFID读卡模块传输能量。

1.1 处理器模块

处理器模块主要包括ARM处理器、存储器电路、电源电路以及接口电路等组成。ARM处理器为Samsung公司推出的16/32位RISC微处理器S3C2440A,主频为400MHZ。存储器电路则由时钟频率高达100MHZ的SDRAM和掉电非易失性的FLASH ROM组成,FLASH ROM主要用于存放内核、驱动程序以及文件系统等系统程序。串口电路有两种电平转换接口,包括TTL电平和RS232电平两种;网路接口电路采用DM9000网卡芯片,可自动完成配置,并最大限度适合线路带宽;JTAG接口则主要用于电路的边界扫描测试和可编程芯片的编程;还包括GPIO、系统总线接口等外设和接口,完成与设备的连接和通信。

1.2 射频读卡模块

射频读卡模块由RFID读卡电路和天线两大部分组成,RFID读卡电路采用Phlips公司的MF-RC500芯片,支持ISO14443A协议的所有层,内部的发送部分无需加电源即可直接驱动近操作距离的天线,接收部分提供一个坚固而有效的解调和解码电路。接口电路主要采用UART接口与处理器模块通信。天线为非接触式,通过MF-RC500芯片驱动。

2 读卡器软件设计

基于ARM的RFID读卡器软件设计分为操作系统层和应用程序层两部分,如图2所示。

2.1 操作系统层

操作系统是整个读卡器系统的核心,直接影响系统的稳定性和可扩展性等性能。本文采用Linux操作系统,主要从引导层、内核、文件系统三方面展开设计。

引导程序主要在交叉编译模式下进行,本文采用韩国mizi公司开发的ViVi,配置编译后直接生成supervivi-128M二进制文件,通过JTAG接口烧写进目标板;内核是系统的心脏,本文选用Linux2.6.29.4稳定版本,完成了内核的编译和移植;文件系统部分主要完成加载和烧写,加载包括制作文件系统镜像和利用NFS加载文件系统的方法,烧写则完成镜像文件到目标板的过程。

2.2 应用程序层

应用程序主要包括射频读卡模块和处理器模块的通信应用程序,流程图如图3所示。应用软件实现主要包括监听读卡模块和处理器读写数据块程序两部分,监听读卡模块部分采用三次认证机制,由处理器定时向读卡模块发送查询命令;处理器读写数据块程序部分则主要依靠读卡模块发送读请求信号和响应信号实现读写。

3 读卡器测试及分析

3.1 测试结果

电路接通后,将Mifare射频卡移动到距离读卡器有效距离范围内即可识别射频卡,并显示按字节读到的数据块,数据块的长度为16字节,如图4所示。

3.2 测试分析

根据测试的结果可看出,RFID读卡器能正确读取卡的数据,在常温条件下,最大识别距离为1.02厘米,最优识别距离小于1cm,8张卡读取时间为3.52s,因此每张卡的读取时间为0.44s。

测试结果不仅证明了硬件平台和软件设计的正确性。

4 结束语

本文设计的基于S3C2440A的RFID读卡器对读卡器的网络应用进行了前期的研究,为进一步优化市场上比较广泛的HF频段的RFID读卡器结构、改进控制处理性能、防碰撞算法等提供了基础,并且支持读卡器与无线通信技术的融合。

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