基于μC/OS-Ⅱ和GPRS的无线RFID 读写器的研究与开发

3 读写器软件设计

读写器的软件采用μC/OS-Ⅱ嵌入式实时操作系统作为系统的软件平台，在μC/OS-Ⅱ系统下实现对读写器终端的控制管理。μC/OS-Ⅱ具有较高的可靠性和稳定性，提供了多任务管理功能。系统的各单元部分以单独的任务线程设计，在减少了软件设计的复杂度的同时也增强了软件系统的稳定性。

3.1 μC/OS-Ⅱ嵌入式实时操作系统的移植

要将μC/OS-Ⅱ实时操作系统移植到处理器上，处理器必须满足以下条件[2]：

(1)处理器的编译环境能够产生可以重入的C代码。
(2)用C语言就可以打开或关闭中断。
(3)处理器支持中断处理，并能产生定时中断。
(4)处理器支持能够容纳一定数量的硬件堆栈。
(5)处理器具有将寄存器、堆栈指针读出和存储到堆栈中的指令。

对于ARM7系列的微处理器LPC2148及其开发环境ADS1.2的编译器，完全能够满足上述条件，可以确保μC/OS-Ⅱ在LPC2148上的移植成功。移植工作包括：

(1)用#define设置一个常量的值(OS_CPU.H)。
(2)声明10个数据类型(OS_CPU.H)。
(3)用#define声明3个宏(OS_CPU.H)。
(4)用C语言编写6个简单的函数(OS_CPU_C.C)。
(5)编写4个汇编语言函数(OS_CPU_A.ASM)。

3.2 无线数据传输的软件实现

Sim300中内嵌了TCP/IP协议，并且以AT指令的形式给控制模块提供接入GPRS网络进而接入Internet的API接口。由于该GPRS模块具有自动拨号功能，因此在进行无线数据传输时，不需要通过AT拨号指令连接Internet。读卡器系统在传输数据时对数据准确性的要求相对较高，因此，本设计采用TCP的方式实现读写器终端与系统数据中心之间的数据传输。读写器终端在与数据中心进行数据传输时用到的AT指令如下：

(1)建立TCP连接
AT+CIPSTART="TCP"，"61.13.48.9"，"2020"
连接数据中心服务器，此处61.13.48.9是服务器的IP地址，2020是端口号。连接成功的返回值是：CONNECT OK。
(2)向服务器发送数据
AT+CIPSEND
>Hello everyone！<Ctrl+Z>
向服务器发送字符串Hello everyone！。发送成功返回值为：OK。
(3)关闭连接
AT+CIPCLOSE
断开与数据中心服务器之间的连接，操作成功返回值为：OK。
(4)关闭移动场景
AT+CIPSHUT
操作成功返回值为：OK。

当服务器端有数据传输到GPRS模块时，数据会通过模块与LPC2148之间的串口接口直接转发给MCU，不需要AT指令操作。

由于该GPRS模块具有上电自动拨号的功能，在程序设计时就不再考虑终端拨号上网的实现。

3.3 MF RC500驱动软件的设计

MF RC500的驱动程序主要是MCU对MF RC500的控制以实现MF RC500与IC卡之间的数据交互，并把相关的数据结果返回给MCU。MCU通过MF RC500与IC卡的数据交换过程如下：
(1)由读写器的MCU发送指令给MCM(MF RC500)。
(2)MCM执行指令，并将其转换为射频信号发送给IC卡。
(3)IC卡接收到来自MCM的指令后，按指令完成其内部的各种处理，并回送应答信号/数据给MCM。
(4)MCM接收卡回送的射频信号，并将其转换为数字信号输出给MCU，MCU读取MCM接收到的应答/数据，即可完成与IC卡的数据交换。

MF RC500实现对IC卡读写的程序流程如图3所示。


3.4 动态密钥加密算法

动态密钥的的基本思想是在保持系统主密钥不变的情况下，每读一次用户卡就使用本次通信中产生的数据A动态地改写用户卡的密钥一次，以此来确保用户卡密钥不断更新，从而不被破解。数据A可以是当前通信时间、操作机具体标识或者随机数的组合。其具体的设计和实现可以参考文献[2]。

本文介绍的利用GPRS无线网络作为数据传输载体，以ARM7系列微处理器LPC2148作为主控单元的无线RFID读写器，具有通用性强、功耗低、便于携带、安装方便等特点。采用μC/OS-Ⅱ多任务实时操作系统，使得读写器终端的稳定性和可靠性均得到了较大的提高，同时程序的模块化设计有利于终端功能的升级与扩展。应用结果表明，该RFID读写器运行稳定可靠、响应速度快、安装和操作方便、便于携带，具有广泛的应用前景。