射頻識別（RFID）技術平穩(wěn)地滲透到我們日常生活的許多方面。從超市的庫存管理到快速收款，這項技術正改變著許多現(xiàn)有的應用并啟動新的應用。在RFID前端，"信號鏈"從有效裝置上的小標志開始，然后將信息傳送給一個或多個RFID閱讀器，當標志出現(xiàn)在特定的區(qū)域內時閱讀器檢測。在RFID后端，基于服務器的系統(tǒng)保持并更新標志數(shù)據(jù)庫，要么產生警報，要么在企業(yè)內開始其它的信息處理。

當今，大多數(shù)RFID閱讀器都采用多個處理器來滿足應用需求。通常其中一個是連接模數(shù)轉換器（ADC）和數(shù)模轉換器（DAC）的信號處理器。另一個是與本地或者遠程服務器通信的網絡處理器，用于信息存儲和恢復。在本文中，我們將介紹如何用美國模擬器件公司（Analog Devices, Inc., 簡稱ADI)的Blackfin處理器系列中的一顆單片處理器來管理這些似乎完全不同的功能--信號轉換和網絡連接。

首先，我們給出RFID技術的概述，以及它能支持的當前和未來的應用。然后，針對RFID閱讀器的功能，我們將研究運行在RFID閱讀器上和服務器連接所需要的基本軟件組成。

當今應用和新興應用

RFID技術允許同時監(jiān)視多個物品，無需人工去"接觸"每件物品（例如，用一個手持的條形碼掃描儀），所以它能支持許多新型應用。能夠利用這種自動識別的應用范圍包括許多不同的領域，例如控制管理、后勤管理、安全監(jiān)控和通行收費等。 下面是現(xiàn)在采用RFID系統(tǒng)的一些常見應用：
在超市食品貨架和包裝箱中，讓食品可見，并且對貨架貨物進行更好的管理。利用對標志寫入能力，可以包括附加的信息（例如，最遲銷售日期）。另外，還可以實現(xiàn)自動重新排列來保持貨架上正確的存貨順序。

在圖書館中自動管理資料的借出與歸還。過去，這些物品都是采用標志條來識別，每次都必須用條形碼掃描儀來讀取。

在衣服商標上鑒定其商品來源。利用標志上的識別碼（ID），可以鑒定出該商品是正品還是贗品。

在制藥業(yè)中謹防假藥。 在體育競賽中，精確地跟蹤馬拉松賽跑運動員的進程。

RFID系統(tǒng)概述

RFID是一種采用射頻 （RF）傳輸識別代碼、分類代碼和（或）跟蹤目標的通信系統(tǒng)。每個目標都有自己的RFID標志（也稱為應答器）?？傁到y(tǒng)用一個標志閱讀器接收每個標志的RF信號。閱讀器的嵌入式軟件管理查詢、接收標簽信息的解碼和處理以及與存儲系統(tǒng)通信，收藏標志數(shù)據(jù)庫和其它相關信息。

RFID閱讀器

RFID閱讀器提供各標志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)不同的應用和工作條件，可以采用多個閱讀器以便完全覆蓋規(guī)定的區(qū)域。例如，在倉庫中，可能有一個覆蓋的網絡才能保證從當貨物從點A移動到點B時，所有通過的貨物能夠有100%的查詢和記錄。

總之，閱讀器的功能有三個主要的組成部分。第一部分是發(fā)送和接收功能，用來與標志和分離的單個物品保持聯(lián)系。第二部分是對接收信息進行初始化處理。第三部分是鏈接服務器，用來將信息傳送到管理機構。

RFID系統(tǒng)中的閱讀器必須處理的情況就是在有效區(qū)域內同時存在多個標志。這對于在限定的空間區(qū)域內存在多個標志的應用中變得非常重要。

在多個閱讀器和標志的情況中的主要問題是會發(fā)生沖突，因為多個閱讀器發(fā)出查詢，所以會有多個標志同時應答。有許多方法可以避免這個問題。最常用的方法就是采用某種時分復用算法。閱讀器可以設置在不同的時間查詢，而標志可以設置在經過一個隨機的時間間隔后應答。如果嵌入式軟件中具有實現(xiàn)此功能的能力，那么可以增加靈活性。

RFID應答器（"標志"）

一個RFID標志包括一片集成電路（IC）芯片（用于保持標附該標志物品的唯一信息），一根天線（通常是印制電路天線）（用于接收來自閱讀器的RF信息并且發(fā)送信息），以及含有標志的某種外殼。

術語"對象"可用于許多不同的客體中的某個成員，從工廠的貨物到動物以及人。標志到閱讀器的距離是一個很重要的系統(tǒng)變量，它直接受該標志技術的影響。

下面我們來看看現(xiàn)在常用的各種標志技術：

無源標志

最簡單的標志類型是無源標志。它專門利用閱讀器發(fā)送的RF能量來供電，所以它沒有集成電池的尺寸和成本問題。因此無源標志非常便宜，機械魯棒性好，而且外形尺寸非常小（例如，大約為拇指甲大小）。但是，因為無源標志的接收功率與它到RFID閱讀器的物理距離成比例，所以這類標志的缺點是其閱讀范圍有限。

說到范圍，選用的RF頻率與鏈接的實際范圍有很大關系。低頻（LF）標志通常采用125 kHz～135 kHz頻段，因為它們的范圍受到限制，所以其主要用途就是訪問控制和動物標志。高頻（HF）標志主要工作在13.56 MHz頻段，允許的工作范圍大約為一英尺或兩英尺。HF標志的主要用途是簡單的一對一的對象讀取，例如訪問控制、收費以及跟蹤物品，例如圖書館的書籍。

另一方面，甚高頻（UHF）標志主要工作在850～950 MHz頻段，允許10 英尺甚至更遠的工作范圍。此外，閱讀器可以同時查詢許多UHF標志，而與一對一的HF標志讀取過程不同。這個特點也有助于滿足在限定區(qū)域內多個閱讀器的需求。因為這項功能，UHF標志在工業(yè)應用中很普遍，用于庫存跟蹤和控制。但是UHF標志的一個主要缺點是不能有效地滲透到液體。這使得它們不能用于充滿液體的對象，例如飲料和人體。在跟蹤這些對象時，通常采用HF標志來代替。

半有源標志

像無源標志一樣（而且與有源標志不一樣），半有源標志將RF能量反回到標志閱讀器來發(fā)送標識信息。但是，它還包含一塊電池為標志中的IC部分供電。這樣就可以支持一些有吸引力的應用，例如在每個標志中放置傳感器。采用這種方法，每個應答器不僅可以發(fā)送靜態(tài)的標識數(shù)據(jù)，而且還可以發(fā)送一些實時的屬性，例如溫度、濕度以及時間和日期。通過采用僅僅為IC和傳感器供電的電池，半有源標志能夠實現(xiàn)在成本、尺寸和范圍之間的折衷。

有源標志

有源標志采用集成電池為標志IC（以及所有的傳感器）和RF發(fā)射器供電，所以它比半有源標志更進了一步。因此，有源標志的工作范圍擴展了很大（100多米），這就意味著貨物通過閱讀器的速度可以比無源和半有源標志系統(tǒng)中的速度高得多。另外，有源標志可以攜帶更多的產品信息，不僅僅是一個簡單的產品ID碼。

RFID閱讀器的軟件體系結構

前面已經描述了RFID閱讀器基本功能，下面我們轉過來看看如何用Blackfin這樣的會聚處理器實現(xiàn)一個閱讀器。RFID閱讀器軟件體系結構的三個單元是：后端服務器接口、中間件，以及前端標志閱讀器算法。值得指出的是，雖然軟件體系結構的各單元是很清晰的，它們都可以同時運行在一個單片的Blackfin處理器上。

后端服務器及連接

通常，RFID閱讀器包括一個網絡單元，用于將一個RFID讀取事件連接到中心服務器。這種后端網絡接口可能是有線以太網（IEEE802.3）、無線以太網（IEEE802.11a/b/g）或者例如ZigBee?（IEEE802.15.5）以太網。中心服務器運行一個數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，其功能包括匹配、跟蹤和存儲。在許多應用中，還會有一個"報警"功能。對于供應鏈和庫存管理系統(tǒng)，這可能是重新排列提醒；對于安全應用，這是一次向警衛(wèi)的報警。

當與后端服務器通信時，利用運行uClinux操作系統(tǒng)的高性能嵌入式處理器來構建閱讀器具有極大的優(yōu)勢。像TCP/IP協(xié)議棧的魯棒性和SQL數(shù)據(jù)庫引擎的可用性等關鍵因素降低了開發(fā)過程中可能很巨大的開發(fā)和集成負擔。

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。中間件過濾閱讀器的數(shù)據(jù)，從而保證沒有多次讀取或無效的數(shù)據(jù)。在早期的RFID系統(tǒng)中，中間件運行在服務器上。但是在閱讀器完成RFID數(shù)據(jù)過濾越來越多，在發(fā)送數(shù)據(jù)之前通過企業(yè)網絡。這種增強的功能是嵌入式處理器帶給這種應用的另外一個好處。

前端閱讀器

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

既然我們已經對RFID系統(tǒng)的各單元有了總體的認識，下面就從RFID閱讀器的角度簡單地看一下連接的問題。為了與標志通信，ADC和DAC是關鍵的接口。

ADC和DAC

ADI公司提供若干種IF子系統(tǒng)MxFE IC，這些器件是通用的IF子系統(tǒng)，用于數(shù)字化窄帶的IF輸入信號。它們還包括低噪聲放大器、混頻器、模數(shù)轉換器、AGC電路以及可編程濾波器。正交（I&Q）數(shù)據(jù)流輸出直接連接到處理器的并行端口。這些MxFE IC提供最高性能的窄帶接收器，非常適合RFID應用以及其它應用。

Blackfin處理器及其應用

Blackfin處理器提供有線和無線網絡的

連接。有些處理器，例如ADSP-BF536/7，芯片內有一個10/100BaseT的以太網MAC子層。在無線方面，所有的Blackfin處理器都可以通過SPI和SPORT外圍設備接口直接連接到802.15.4 Zigbee和IEEE802.11芯片組。無需消耗全部的處理器帶寬就可以達到傳輸線速率。

另外，Blackfin處理器包括一個并行的外圍接口（PPI），可以直接連接上述的ADC/DAC。有些Blackfin處理器包括兩個PPI，可以進一步擴展系統(tǒng)的功能--例如，將一臺攝像機連接到RFID閱讀器

另外， Blackfin處理器的這些功能使得它對于一維和二維的條形碼應用特別有吸引力，因為Blackfin能在同一器件上完成系統(tǒng)控制、網絡連接和圖像處理。

從Blackfin軟件的角度看，RFID閱讀器產品包括連接到混合信號前端所必需的驅動程序。另外，有一個DMA驅動器，在傳送數(shù)據(jù)通過系統(tǒng)時也是非常有用的。此外還有基于uClinux操作系統(tǒng)的網絡協(xié)議棧，以及SQL數(shù)據(jù)庫引擎。從系統(tǒng)的角度看，附加的功能，例如802.11 WiFi卡，USB thumb drive，以及CompactFlash卡接口等，可以迅速與Blackfin器件集成到一起。欲了解更多信息，參見: http://blackfin.uclinux.org。

結論

正如我們所看到的，RFID應用不再需要專用的信號處理器用于ADC和DAC連接，以及用微控制器進行網絡連接。Blackfin系列會聚處理器可以同時完成網絡連接和控制功能，為完成轉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應用的材料成本并且加快了產品面市時間。

來源:零八我的愛0次