RFID协议一致性测试系统设计

块化硬件通过PXI或PXI Express开放高速总线交换数据及指令，射频模块之间通过射频电缆传输中频信号，并提供与RFID被测单元之间的射频信号接口。

　　FPGA基带处理器用于建立RFID无线通讯，主控制器用于信号的后续分析和测试流程的控制。测试过程中主控制器发送指令给各功能模块，基带处理器由FPGA实时生成RFID基带IQ信号，再通过板载DUC以及DAC转化为中频信号，传送给射频上变频器调制在射频载波上经电缆或天线发送给RFID被测单元。从被测单元返回的信号经射频下变频器转化为中频信号后传送给基带处理器，通过板载ADC以及DDC转化为数字基带IQ信号，最后通过总线送至主控制器进行物理层和协议层各项参数的分析。

　　RFID协议一致性测试的基本方式为通过电缆进行测试，而通过天线的测试方式主要应用于性能测试场合，故测试天线以及电波暗室等要素将不列入RFID协议一致性测试系统的基本构架。

　　3.2RFID协议一致性测试系统的软件构架

　　RFID协议一致性测试系统的软件构架如图3-2所示，自硬件驱动层之上，分别在FPGA开发环境和HOST开发环境中实现RFID协议仿真，RFID协议一致性测试和自动化测试管理。

图3-2：RFID协议一致性测试系统软件构架

　　RFID协议仿真层是整个RFID协议一致性测试的基础，主要利用FPGA的实时处理能力，仿真实现各种RFID协议的通讯过程，如编码、解码，指令构造和解析，协议状态跳转等核心功能。RFID协议一致性测试层则根据测试规范的规定，实现每一个测试项目的具体步骤，所有的功能模块由最上层的自动化测试管理层进行统一的控制和调用。

　　虽然不同RFID协议之间的具体实现方式都不尽相同，但得益于软件无线电技术的高度灵活性，软件开发过程中可以进行层次化、模块化的封装，将对不同RFID协议的支持很好的整合在一起，并且为将来可能扩展的新标准提供接口。

　　4.RFID协议一致性测试系统具体设计

　　在确定了RFID协议一致性测试系统的总体构架之后，我们可以借助于仪器制造商提供的成熟软、硬件产品，来具体设计RFID协议一致性测试系统的一个实例。一个完整的RFID系统由记录了识别信息的电子标签和能够与标签之间进行数据交换的阅读器组成，RFID协议一致性测试也相应的分为两部分，即标签的一致性测试和阅读器的一致性测试。两者之间既有共性也有差异，以下我们首先介绍共有的硬件层设计，再根据不同的功能实现来分别介绍软件层设计及其余特性。

　　硬件层设计采用PXI / PXI Express开放高速总线为基础，配合支持该总线标准的模块化硬件来实现RFID协议一致性测试系统的基础功能。以模块化仪器的倡导者之一美国国家仪器为例，可选用的模块化硬件如下：嵌入式主控制器PXIe-8108，FPGA基带处理器PXIe-5641R，射频下变频器PXI-5600，射频上变频器PXI-5610，由此我们可以得到RFID协议一致性测试系统的一个具体设计，如图4-1所示：

图4-1：RFID协议一致性测试系统硬件层的具体设计

　　4.1RFID标签协议一致性测试系统的具体实现

　　当被测单元为RFID标签时，FPGA基带处理器需要被配置为RFID阅读器仿真模式，与被测标签建立通讯，并配合主控制器完成各项测试工作。RFID标签协议一致性测试系统的具体功能实现如图4-2所示，其中括号中为以EPC UHF Class 1 Gen 2协议标准为例的具体算法：

图4-2：RFID标签协议一致性测试系统的软件设计

　　在软件的设计中，仍然采用模块化的层次结构，FPGA层次主要完成符合RFID协议标准的状态机，以及相应的实时信号处理功能，在此不再详述。HOST层次又划分为多个功能模块：硬件控制、物理层测试、协议层测试和流程管理。

　　其中，硬件控制模块实现对模块化硬件的控制，包括硬件的配置、触发采集等；物理层测试模块实现对信号的物理参数测试，包括时、频、调制域的各种测量分析；协议层测试模块实现对信号的协议参数测试，包括数据分析，帧结构分析等。流程管理模块则与专业自动化测试流程管理软件（例如TestStand）配合，实现对RFID协议一致性测试项目的管理，以及测试报告的生成等。RFID标签协议一致性测试软件的示例如图4-3所示：

图4-3：RFID标签协议一致性测试软件界面

　　在RFID无线通讯中，标签的后向散射信号（Backscatter）是较为特殊的，它不同于传统的ASK或PSK信号，而是两者的结合，因此对后向散射信号的正确解析，也是RFID标签协议一致性测试系统实现过程中需要特别关注的一个问题。

图4-4：后向散射信号和传统ASK、PSK信号的Smith图

后向散射信号的特性，与RFID标签的物理实现有着密切的关联。RFID标签工作时，由天线收集电磁波，经过内部芯片的处理后，再