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一款專用射頻讀卡器的軟件系統(tǒng)的設(shè)計及實現(xiàn)

時間：2009-04-01 11:05:00
關(guān)鍵字： 射頻讀卡器    軟件    MIFARE    函數(shù)   
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[導(dǎo)讀] 引 言 隨著北京市政交通一卡通工程和門禁系統(tǒng)的普及，射頻技術(shù)在消費電子、通信設(shè)備、工業(yè)控制等領(lǐng)域也取得了飛速的發(fā)展。因此在硬件設(shè)備大部分相同的情況下，軟件系統(tǒng)就成了該設(shè)備性能好壞的關(guān)鍵。本文主要介紹一

 引 言
隨著北京市政交通一卡通工程和門禁系統(tǒng)的普及，射頻技術(shù)在消費電子、通信設(shè)備、工業(yè)控制等領(lǐng)域也取得了飛速的發(fā)展。因此在硬件設(shè)備大部分相同的情況下，軟件系統(tǒng)就成了該設(shè)備性能好壞的關(guān)鍵。本文主要介紹一款專用射頻讀卡器的軟件系統(tǒng)的設(shè)計及實現(xiàn)。

1 系統(tǒng)概述

本系統(tǒng)主要作為一種專用的訓(xùn)練器材。除具備通用的Mifare卡的讀寫器功能外，還可作為一種專用的訓(xùn)練評估工具。例如將該設(shè)備安裝在跑道的周圍，并將MifareOne卡安裝在測試者的鞋上，每個訓(xùn)練者都有自己的ID號。當(dāng)他從起跑線起跑時，安裝在起跑線的專用讀卡器就會將自己的設(shè)備ID號和當(dāng)時的時間寫入測試者的MifareOne卡中；當(dāng)經(jīng)過下一個基站時讀卡器會將自己的設(shè)備ID和當(dāng)時的時間寫入測試者的Mirare One卡中，同時會將測試者的ID號、姓名等個人信息(包括經(jīng)過上個測試基站時間)都讀進設(shè)備中保存。由于Mifare One卡共有16個扇區(qū)，每個扇區(qū)又分為4塊、每塊又有16個字節(jié)。除了系統(tǒng)使用的外，用戶還可以使用的有48×16字節(jié)。而通過Mifare One卡存儲的數(shù)據(jù)均不大，只占用一塊存儲區(qū)。換句話說，Mifare One卡的數(shù)據(jù)存儲區(qū)可以存儲48次，當(dāng)超過48次時就從前面覆蓋數(shù)據(jù)。所以，在Mifare one卡中存儲的永遠(yuǎn)是最近48個基站的信息。訓(xùn)練結(jié)束后，就可以通過主站將各個基站的數(shù)據(jù)收集起來以評估測試者的信息。而主站和基站之間通信可以采用的方式也是多樣的。當(dāng)主站和基站的距離比較近時，可以采用RS232、RS485，為提高通信質(zhì)量也可以采用工業(yè)總線的方式，如CAN總線、I2C總線或One Wire總線等。當(dāng)距離比較遠(yuǎn)時，也可采用無線通信的方式，如GSM等。除此之外，各個基站還可以通過打印機將數(shù)據(jù)輸出。

2 系統(tǒng)硬件框圖及工作原理

系統(tǒng)硬件框圖如圖1所示。主板上電后，讀取存儲器中的系統(tǒng)設(shè)置，然后根據(jù)其中的設(shè)置初始化整個系統(tǒng)，包括本設(shè)備的ID號、主站、從站、開機時間、關(guān)機時間、數(shù)據(jù)的存儲方式等。

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3 系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)及特點
整個系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。
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整個系統(tǒng)主要是由核心控制單元P89LPC932、與Mi-fare One卡通信的MFRC632、與PC機通信的RS232、提供時間基準(zhǔn)的實時時鐘芯片PCF8563和存儲系統(tǒng)設(shè)置數(shù)據(jù)的存儲器AT45DB021等。因此針對本系統(tǒng)整個軟件系統(tǒng)的開發(fā)也主要分為系統(tǒng)啟動、硬件驅(qū)動、任務(wù)調(diào)度等。
4 系統(tǒng)軟件設(shè)計及實現(xiàn)
4.1 啟動代碼
在本系統(tǒng)中，主要指在系統(tǒng)剛一上電后先將所有的外圍電路和CPU本身初始化成靜止?fàn)顟B(tài)，然后根據(jù)系統(tǒng)的要求將所有的外圍電路和CPU本身進行初始化設(shè)置。設(shè)置完畢后再將CPU的中斷源打開。在本系統(tǒng)中，系統(tǒng)一上電首先執(zhí)行Init_System()函數(shù)。部分代碼如下：
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程序執(zhí)行完Init_System()函數(shù)后執(zhí)行RcChipReady函數(shù)。此函數(shù)的功能是初始化MF RC630芯片。
4.2 硬件驅(qū)動
4.2.1 PCF8563驅(qū)動
由于本芯片是一款標(biāo)準(zhǔn)的I2C總線設(shè)備，所以硬件驅(qū)動實際上就是標(biāo)準(zhǔn)的I2C總線控制。由于篇幅有限，這里就不介紹了。
4.2.2 MF RC632驅(qū)動
MF RC632是MF RC500芯片的升級產(chǎn)品，所以MFRC630的大部分寄存器與MF、RC500均相同，它們對Mifare One卡的操作流程也基本相同。下面介紹對Mifare One卡的操作流程。
(1)Mifare One卡的操作流程
整個系統(tǒng)的工作由對Mifare卡操作和系統(tǒng)后臺處理兩大部分組成。由于篇幅有限，本文只對Mifare卡的操作流程進行簡單介紹。Mifare One卡的操作可以分為以下幾項：
①復(fù)位請求。當(dāng)一張Mifare卡片處在卡片讀寫器天線的工作范圍之內(nèi)時，程序員控制讀寫器便向卡片發(fā)出REQUEST all(或REQUEST std)命令?？ㄆ腁TR將啟動，將卡片Block 0中的卡片類型(TagType)號共2個字節(jié)傳送給讀寫器，建立卡片與讀寫器的第一步通信聯(lián)絡(luò)。如果不進行“得位請求”操作，讀寫器對卡片的其他操作將不會進行。
②反碰撞操作。如果有多張Mifare卡片處在卡片讀寫器天線的工作范圍之內(nèi)，PCD將首先與每一張卡片進行通信，取得每一張卡片的序列號。由于每一張Mifare卡片都具有其唯一的序列號，決不會相同，因此PCD根據(jù)卡片的序列號來保證一次只對一張卡操作。該操作PCD得到PICC的返回值為卡的序列號。
③卡選擇操作。完成了上述2個步驟之后，PCD必須對卡片進行選擇操作。執(zhí)行操作后，返回卡上的SIZE字節(jié)。
④認(rèn)證操作。經(jīng)過上述3個步驟，在確認(rèn)已經(jīng)選擇了一張卡片時，PCD在對卡進行讀／寫操作之前，必須對卡片上已經(jīng)設(shè)置的密碼進行認(rèn)證。如果匹配，才允許進一步的讀／寫操作。
⑤讀／寫操作。對卡的最后操作是讀、寫、增值、減值、存儲和傳送等操作。
(2)MF RC500軟件開發(fā)包移植
在本系統(tǒng)中，主要是將標(biāo)準(zhǔn)的MF RC500軟件開發(fā)包進行移植來完成MF RC632驅(qū)動的編寫。在本系統(tǒng)中使用的是SPI總線，所以只要將MF RC500標(biāo)準(zhǔn)軟件開發(fā)包中對寄存器讀／寫的函數(shù)改成SPI總線的讀／寫函數(shù)即可。在本系統(tǒng)中主要是增加了SpiSendByte()和SpiReByte()函數(shù)，同時修改了 ReadRawRc(uchar Address)和WriteR-awRc(uchar Address，uchar value)函數(shù)。部分代碼如下：
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4.2.3存儲器驅(qū)動
在本系統(tǒng)中主要是指AT45DB021的驅(qū)動。因為AT45DB021也是標(biāo)準(zhǔn)的I2C總線設(shè)備，所以硬件驅(qū)動實際上就足標(biāo)準(zhǔn)的I2C總線控制。由于篇幅有限，這里就不介紹了。
4.2.4其他電路驅(qū)動
其他電路驅(qū)動在本系統(tǒng)中主要是指一些硬件電路電源的控制，為降低功耗所有的外圍電路都通過一個三級管來控制。所有三級管的基極均與CPU的I／O口相連，這樣通過CPU的I／O口即可控制所有外圍電路的電源。
4.3 任務(wù)調(diào)度
為提高CPU的工作效率和系統(tǒng)任務(wù)的處理速度，本系統(tǒng)使用分時處理流程。代碼如下：
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4.4 可靠性對策
由于本系統(tǒng)是一臺標(biāo)準(zhǔn)的射頻讀卡器設(shè)備，所以在系統(tǒng)軟件開發(fā)上為降低二次開發(fā)的難度，增強任務(wù)處理能力。在系統(tǒng)的任務(wù)調(diào)度上采用了比較流行的分時處理流程，這樣只要所加的任務(wù)處理時間小于任務(wù)輪詢的時間均可采用此種方式。同時為增加Mare I卡的使用壽命，在對Mare I卡的內(nèi)存進行讀寫時采用平均讀寫的方式，即從長時間讀寫來看，Mare I卡的每塊存儲區(qū)所得到的讀寫次數(shù)相同，避免了由于單塊存儲區(qū)讀寫次數(shù)太多而損壞。
5 結(jié) 論
經(jīng)過調(diào)試，由本系統(tǒng)軟件所開發(fā)出的讀寫器具有 高性能、高穩(wěn)定性和強兼容性。典型的讀寫距離為11 cm，在有效讀寫區(qū)域內(nèi)無死區(qū)，讀寫操作可靠。在桌面工作環(huán)境中，卡片在有效感應(yīng)區(qū)域內(nèi)連續(xù)讀寫出錯率低于0.01％。其兼容性表現(xiàn)在不僅能夠讀取標(biāo)準(zhǔn)的卡片，對于偏離標(biāo)準(zhǔn)很多的卡片也能夠進行讀取。

來源：單片機與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用

作者：xugy

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