基于MCF52235 的RFID 通用开发平台设计

概述射频识别（RFID，Radio Frequency Identification）是一种非接触式的自动识别技术，通过射频信号在空间上的耦合实现非接触式数据传输，达到自动识别对象并获取相关信息的目的。

目前市场上有大量的、面向众多领域的RFID应用系统。在开发这些RFID系统时，若因不同的应用需求和应用环境，而将每个RFID系统孤立看待，无疑会增加开发成本和延长开发周期。因此，文中基于构件化的封装设计思想设计了一个RFID系统通用的软硬件平台，对软硬件进行封装，提高软硬件的可重用性和可移植性，在保证系统性能的前提下，避免重复劳动，缩短开发周期。

1总体设计方案

1.1 RFID射频识别系统一般模型

RFID射频识别系统因具体应用不同其组成会有所不同，但是通过分析它们的共性可以建立一个一般的模型，如图1所示。该模型主要由电子标签、射频识别装置即读卡器、PC主机组成。电子标签与射频识别装置之间通过耦合元件实现射频信号的空间耦合。在耦合通道内，根据时序关系，实现能量的传递、数据的交换。

一个通用的RFID系统开发平台是指：此平台以RFID射频识别系统一般模型为基础，提供开发RFID射频识别系统通用的硬件和软件构件。在设计思路上须遵循构件化设计、可二次开发性和平台化设计原则。

1.2 RFID通用开发平台硬件构件模型

在一般模型中，电子标签根据自身是否带电源可分为有源标签、无源标签，根据存储方式分为只读标签、读写标签，根据工作距离分为密耦合型标签识别距离1cm内、近耦合型标签识别距离10 cm内、邻近型标签识别距离100 cm内。不同的电子标签识别技术不一样。

文中的通用开发平台主要面向无源的近耦合型RFID应用，参照ISO/IEC 14443协议操作13.56 MHz读写标签（Type A卡）或者只读标签（Type B卡），并配备各种常用接口和外设如通用I/O口、网络、串口、SPI、USB、LCD、语音以适应不同的应用。RFID通用开发平台硬件构件模型如图2所示。在单芯片解决方案中，通常MCU内部包含有通用I/O口和一些内置的功能模块如串口、网络等，因此相对于核心构件MCU而言，通用I/O口、SPI、串口、网络是MCU内部构件，LCD、语音、USB、射频可以看成是其外设构件。

1.3 RFID通用开发平台软件构件模型

RFID通用开发平台软件设计分为两大部分：

底层软件构件层和高层构件层。其中底层软件构件层针对硬件构件编程，是硬件驱动程序的封装，高层构件层根据用户的实际应用需求调用底层软件构件层封装好的功能函数。通用平台的软件构件层次模型如图3所示。将通用I/O口的驱动封装为GPIO构件，各内置功能模块的驱动程序封装为功能构件，合称为内部软件构件。外设的驱动程序封装为外设软件构件。

原则上开发基于此平台的各种应用只需要设计PC端的应用软件，其余软、硬件构件不需要进行改动，这就是RFID通用开发平台的构件化封装设计的思想。高层构件层提供了访问各个构件的网络命令，PC端主机操作网络、射频、LCD、USB、语音等构件时，只需发送相应的网络命令即可。

2 RFID通用开发平台设计

2.1硬件设计

硬件构件模型中首先是主控制器MCU的选型。由于RFID应用广泛，很多场合要求控制器有较快的处理速度，有多种控制模块如A/D控制模块、CAN总线模块、以太网控制模块等。综合分析，文中选择了飞思卡尔单芯片解决方案MCF52235处理器。该处理器采用Coldfire V2内核和精简指令集（RISC），频率为60 MHz，通过设置锁相环（PLL），MCF52235能够稳定工作在80 MHz.内部集成了10/100M快速以太网控制器（FEC）、以太网物理收发器（EPHY）等模块，还有UART，I2C、QSPI、PWM、快速ADC等模块，实现了单芯片解决方案。

由于MCF52235处理器中集成的以太网模块已经包括了以太网控制器和物理层收发器，因此网络硬件构件仅需添加少量的元件便可。MCF52235处理器的PHY_RXP、PHY_RXN引脚用于接收数据，PHY_TXP、PHY_TXN引脚用于发送数据。这两对收、发引脚分别接50Ω的上拉电阻。SPDLED引脚接网速LED灯指示当前的连接速度是10 Mbps还是100 Mbps，LNKLED引脚接的LED灯则指示当前是否已经与另一个网络设备连接。如果RFID射频系统中读卡器终端并不多，可以不采用网络而是通过USB接口与PC机进行通信。USB构件采用飞思卡尔的单芯片MC9S12UF32，它提供了高速USB2.0接口，即插即用。此处使用USB接口不是为了获得更高的速度而是为了使用方便，所以选择通过MCF52235的一个串口与UF32通信。

射频芯片选用的是飞利浦RC531芯片，工作频率为13.56 MHz，在不外加功率放大器时读写距离可达10 cm，它通过SPI接口与MCF52235通信。

LCD构件采用耀宇科技的YM12864图形点阵液晶。该液晶显示器可以显示4行、每行8个汉字或者16个字母。它有两种常用的连接方式：并行和串行。并行连接需要11根引脚线，串行连接仅用3根引脚线，因此与MCU的连接采用串行的连接方式。另外还需一个引脚控制背光灯电源的正极LEDA开关。语音模块和LCD模块的功能一样，都是为了增强人机交互，它采用上海奔流公司的BMP5008语音芯片。状态指示灯用于观察系统的运行状态和用户的操作，通过GPIO口连接，几乎所有的MCF52235引脚都可以作为GPIO引脚。主控制器MCF52235与各模块的引脚连接如图4所示。