基于ARM的RFID阅读器计划

　　RFID是Radio Frequency Identification的缩写，即射频辨认。一种非打仗式的主动辨认技能，它通过射频信号主动辨认目标东西并获取相干数据，辨认的间隔可达几十厘米至几米，且根据读写的方法，可以输入数千字节的信息，同时，还具有极高的保密性，辨认事变无须人工干涉，可事变于种种恶劣环境。

　　RFID技能可辨认高速活动物体并可同时辨认多个标志，操纵快捷方便。其应用范畴非常遍及，重要有商品零售、商品防伪、交通运输、物流仓储、寂静办理、医疗卫生、图书文件和国防军事等。

　　RFID体系由三部分构成：1. 标志（Tag，即射频卡），由耦合元件及芯片构成，标志含有内置天线，用于和射频天线间举行通讯；2. 阅读器，读取（在读写卡中还可以写入）标志信息的配置；3. 天线，在标志和读取器间转达射频信号。本文重要先容基于ARM，事变频率在13.56MHz的RFID阅读器计划方案。

　　1体系硬件计划

　　1.1 体系重要芯片先容

　　本计划方案的两个重要芯片是LPC2212和MF RC500。LPC2212功耗低，性能高，接口资源丰富，可以在RFID阅读器的底子上举行别的成果的扩展，实现一个多成果应用体系。

　　MF RC500是PHILIPS公司生产的应用于13.56MHz非打仗式通讯中高集成读卡IC系列中的一员。MF RC500支持ISO14443A全部的层，内部的发送器部分不必要增长有源电路就可以或许直接驱动近操纵间隔的天线（可达100mm）；吸取器部分提供一个牢固而有效的解调和解码电路用于ISO14443A兼容的应答器信号；数字部分处理惩罚ISO14443A帧和错误检测奇偶CRC，别的它还支持快速CRYPTO1加密算法用于验证MIFARE系列产品。

　　1.2 体系总体计划

　　体系从成果上重要分为4大模块：控制模块、发送吸取数据模块、串行通讯模块和表现模块。各模块构成的体系总框图如图1所示。

　　控制模块重要由微控制器LPC2212和晶振构成，认真整个体系的控制事变。

　　发送吸取数据模块重要由MF RC500、晶振和天线构成。MF RC500分为模仿部分和数字部分。模仿部分认真对射频卡的发送吸取操纵，发送重要完成驱动天线，提供13.56MHz的能量载波并根据寄存器的设置对发送数据举行调制；吸取重要完成对射频卡发送的信号举行检测和解调并根据寄存器的设置举行处理惩罚。数字部分则通过并口和停止与微控制器LPC2212通讯。MF RC500的能量载波由13.56MHz晶振提供，天线则重要由LC低通滤波器和LC谐振电路构成。

　　串行通讯模块重要由RS-232-C标准采取的9芯接口和电平转换电路MAX232A构成。本模块认真阅读器与PC机通讯，可举行步伐下载，射频卡信息修改等。

图1 体系总框图

　　表现模块重要由低复用率的通用液晶（LCD）驱动器PCF8562和LCD屏构成。PCF8562与微控制器LPC2212可以通过两线双向的I2C总线通讯，当这两条线连接到器件的输出级时必须通过上拉电阻连接到正电源。表现模块认真卡片信息表现。

　　2 体系软件计划

　　软件计划包括三个模块：体系初始化模块、射频卡与读写器通讯模块和LCD表现模块。下面细致先容以上模块。

　　2.1 体系初始化模块

　　为了使体系可以或许正常运行，必须在体系复位时对体系举行初始化事变。此中包括停止向量表的创建和REMAP（重映射）操纵、种种模式堆栈初始化操纵、时钟初始化操纵、串口初始化操纵和停止选择初始化操纵。

　　ARM7处理惩罚器有7种非常模式，此停止向量位置是牢固的（地点0x00000000-0x0000001C）,LPC2212采取64字节存储停止向量表。为了实现LPC2212在差别操纵模式下对停止的利用，必须对LPC2212中Flash的Boot Block块和SRAM空间的一小部分REMAP。别的，必要对种种模式的堆栈举行初始化。

　　LPC2212振荡器事变在振荡模式，外部晶体振荡频率为20-25MHz，通过内部PLL电路调解时钟，使体系运行速率更快。步伐起首使能PLL但不连接PLL，然后设置外设时钟与体系时钟的分频比，接着设置PLL的乘因子和除因子。设置完成后，把数据精确写入硬件，并等待PLL跟踪完成。末了，使能PLL并使PLL连上体系。

　　串口是读卡器与PC机通讯端口，在利用前须设置串口波特率、吸取和发送数据字符格局和初始化FIFO（先辈先出行列步队）。

　　串口和RC500都是基于IRQ停止，利用前，须对LPC2212停止选择寄存器举行配置，把串口和RC500的停止恳求分派为IRQ模式。

　　2.2 射频卡与读写器通讯模块

　　本体系采取M1（MIFARE 1）智能卡，本卡自带天线，内含加密控制逻辑和通讯逻辑电路，M1分为16个扇区，每个扇区为4块，每块16个字节，以块为存取单位，每个扇区有独立的一组暗码及访问控制，可一卡多用。M1射频卡与读写器的通讯流程图如图2所示。

　　复位应答（Answer to request）：M1射频卡的通讯协讲和通讯波特率是定义好的，当有卡片进入读写器的操纵范畴时，读写器以特定的协议与它通讯，从而确定该卡是否为M1射频卡，即验证卡片的卡型。

　　防辩论机制 (Anti-collision Loop)：当有多张卡进入读写器操纵范畴时，防辩论机制会从此中选择一张举行操纵，未选中的则处于空闲模式等待下一次选卡，该进程会返回当选卡的序列号。

　　选择卡片(Select Tag)：选择当选中的卡的序列号，并同时返回卡的容量代码。

　　三次相互验证(Three Authentication)：选定要处理惩罚的卡片之后，读写器就确定要访问的扇区号，并对该扇区暗码举行暗码校验，在三次相互认证之后就可以通过加密流举行通讯。（在选择另一扇区时，则必须举行另一扇区暗码校验。）

图2 通讯流程图

　　对数据块的操纵: 读 (Read)：读一个块；写 (Write)：写 一个块；加（Increment）：对数值块举行加值；减（Decrement）：对数值块举行减值；存储（Restore）：将块中的内容存到数据寄存器中；传输（Transfer）：将数据寄存器中的内容写入块中；中断（Halt）：将卡置于停息事景况态。

　　2.3 LCD表现模块

　　表现模块完成射频卡信息在LCD上的表现成果。用户可以表现专用标记、数字、汉字和图形。表现模块重要分为两部分：第一部分是根据阅读器从射频卡读入的信息确定要表现的内容，表现图形时，则要谋略表现坐标；第二部分是根据体系所采取的LCD创建专用标记库、汉字库，表现图形时，则要把第一部分得到的坐标转化为LCD上的表现坐标。

　　3 改造的防辩论算法

　　根据ISO14443协议，M1型卡传统的防辩论算法是动态二进制检索树算法。它起首利用MANCH ESTER编码“没有变革”的状态来检测碰撞位，然后把碰撞位设为二进制“1”，用SELECT下令发送碰撞前吸取的部分卡片序列号和碰撞位，要是卡片开头部分序列号与其雷同，则做出应答，不雷同则没有相应。以此来缩小卡片范畴，终极到达无碰撞。图3表现了两个卡片（PICC #1和PICC #2）的防碰撞流程。

图3 比特碰撞的选择流程

　　但是，传统的防碰撞要领请求全部应答器正确同步，应答器必须正确地在同临时候开始传输他们的序列号。然而，在实际利用中，应答器由用户控制，大概孕育产生异步发送数据，要是仍旧采取传统防辩论算法，有大概导致去世循环，如图4所示。

图4 寻卡去世循环

　　为了办理去世循环题目，在传统算法的底子上设置了一个记录碰撞位数的变量，要是第二次碰撞位数和第一次相称，则把SELECT发送的部分卡号增长一位，设为二进制数“1”发送出去。要是在规定时间内没有收到应答，则把增长位设为“0”发送出去。可以有效防备由于应答器异步导致的去世循环题目。针对图4的改造流程如图5。

图5 改造的防辩论流程

　　4 结束语

　　本文给出了一个基于ARM的RFID阅读器软硬件框架，实现了对射频卡的根本读写等成果。阅读器采取的ARM微处理惩罚器，接口资源丰富，另有很多空闲接口，可在阅读器的底子上举行扩展，比方，可利用ARM的别的接口驱动电机，利用射频卡对电机实现控制，只有卡内信息精确，体系才华向电机发出控制下令，从而在硬件上增长了寂静性。别的，改造的防辩论算法也使读卡器在应答器异步发送数据的环境下有效的克制去世锁。本文对实现带有RFID成果的多成果体系有肯定的参考代价和实用代价。

　参考文献：

　　[1]游战清,李苏剑等.无穷射频辨认技能（RFID）理论与应用[M].电子产业出版社,2004.

　　[2]李驹光,聂雪媛等.ARM应用体系开辟详解—基于S3C14510B体系计划[M].清华大学出版社,2003.

　　[3]周建功等.ARM微控制器底子与实战[M].北京航空航天大学出版社,2003.

　　[4]Bhuptani Manish,Moradpour Shahram.RFID Field Guide Deploying Radio Frequency Identification Systems[M].Prentice Hall PTR,2005.

　　[5]Klaus Finkenzeller.RFID Handbook:Fundamentals and Applications in Contactless Smart Cards and Identification[M].John Wiley & Sons,2003.