基于ARM的双频RFID读写设计

　1 引言

　　 RFID（Radio Frequency Identification Technology，无线射频识别技术）由于具有高速移动物体识别、多目标识别和非接触识别等特点，显示出巨大的发展潜力和应用空间，被认为是21 世纪最有发展前途的信息技术之一。射频识别技术虽然有很多优点，但其技术本身也有局限性。对RFID 系统而言，低频系统具有良好的对水、肉体等可导媒介的穿透力，而速度、距离、抗冲突性较差；而高频系统则正好相反。如能结合各种频率系统，用其所长，则可以使RFID 适应多种场合，拓展其应用范围。本文设计的系统正是基于这一出发点，将低频和高频二种频率的RFID 模块组合在一起，构成双频系统，使系统兼具低频可穿透性和高频良好的距离、速度、抗冲突性等方面的优势。鉴于目前国内市场上应用最为广泛的射频卡和读写器实现方法，本文采用ARM 嵌入式系统作为微控制器，设计了能对低频125KHz 和高频13.56MHz 的二种频率RFID 卡操作的读写模块，实现了的双频 RFID 读写系统。

　　2 系统设计

　　由于ARM 微处理器具有运行速度快，接口功能丰富，其应用越来越广泛。本文采用三星公司的S3C44B0X，它是ARM7 系列的低功耗的32 位RISC 处理器，具有 ARM7TDMI内核，有丰富的内置部件，包括8K 字节Cache 和内部SRAM，带自动握手联络的2 通道UART，定时器，通用 I/O 口，ADC 和I2C-BUS 控制器等。尤其是它的内置液晶显示器接口，可直接连接LCD 显示器，无需专用LCD 显示器接口芯片，可使成本降低，很适合在本系统中使用。读写系统的结构如图1 所示。

图1 系统结构框图
整个系统由ARM 嵌入式系统(包括S3C44B0X,SDRAM 存储器和FLASH 存储器)，低频RFID 卡读写模块，高频RFID 卡读写模块，USB 接口，LCD 显示器以及蜂鸣器、状态指示灯等组成。RFID 模块是北京华闰得公司开发的具有串行数据通信接口的模块，低频读写模块是 CR001，为工作于125kHz 的EM4001 卡；高频模块是CR013，为工作于13.56MHz的MF 卡。由于RFID 模块具有TTL 电平的串行通信接口，这样ARM 微处理器可直接通过片上的二个UART 接口与其连接，不需要电平转换即可轻松实现与RFID 模块的通信。嵌入式系统与 PC 机的连接则通过USB 接口实现。

　　因为低频 RFID 卡一般都是只读卡，进入读卡器磁场范围后，就自动发出信号。ARM微处理器通过不断检测端口捕捉信号，一旦读到卡，就读取信息，并在LCD 上显示。对于高频卡，可根据需要进行读或写操作。

　　LCD 显示器采用320*240 点阵的STN 型彩色液晶模块，可直接与S3C44B0X 连接，成本也较低。对LCD 的显示控制直接使用 S3C44B0X 内部的LCD 驱动控制器实现，它能自动产生LCD 驱动控制所需的信号。在这种接口方式下，LCD 显示缓冲区映射在系统的存储器空间上，程序只需将像素点内容写入存储器对应地址就可以实现对应LCD 屏上像素点颜色的显示刷新，控制十分方便。

　　键盘和状态指示灯的操作控制采用 ZLG7290 实现。ZLG7290 是一款功能较强的按键处理和7 段数码管显示专业芯片，提供了I2C 串行接口和键盘中断信号，可方便地与S3C44B0X连接。

　　在上位机(PC 机)上，通过设计专门的软件实现对RFID 卡的读写操作，并对RFID 卡进行管理。由于PC 机功能强大，如再配上数据库系统，可以对大量用户的数据和信息进行存储和查询等处理，满足多种应用的需要。

　　3 系统的软件设计

　　3.1 RFID 模块操作

　　CR001 模块与S3C44B0X 的串口（UART0）相连，在接收数据前首先要对UART0 进行初始化。根据CR001 的使用规范，设置波特率为9600Baud，数据位为8 位，1 位停止位，无校验位。为使ARM 对低频RFID 卡及时作出响应，软件采用中断方式接收数据，即当 S3C44B0X 的UART0 接收到数据时，产生中断，在中断服务程序中接收CR001 模块的数据。

　　根据 CR001 射频读写模块的使用规范，CR001 模块输出的数据包有5 个字段，即起始符（STX，02H）、数据（10 个ASCII 字符）、校验和（2 个 ASCII 字符）、LD 和LF（0DH和0AH）、结束符（ETX，03H）。因此在软件设计中，当收到UART0 的数据时，首先要判断一个数据包的起始符和结束符，以确定一个数据帧的起止位置，然后再检验数据的校验和是否正确。只有在接收的数据无误时，再将其中的数据取出、存储，并在LCD 上显示。中断服务软件的流程如图2 所示。

图 2 CR001 模块的中断服务程序流程
CR013 射频读写模块是采用Philips 公司的Mifare 技术设计的微型嵌入式、非接触式IC卡读写模块，内嵌 ISO14443 Type A 协议解释器，并可直接驱动射频天线。这是一种以被动方式工作的卡，刚进入天线有效感应区的卡得电进入空闲（IDLE）状态，它只吸收感应区内的磁场能量，不会首先发出信号。当读卡设备发出请求信号，符合条件的卡才会响应。因此处理器与模块之间以一问一答式的半双工方式进行通信。