用于射頻識(shí)別的ARM專用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

用于射頻識(shí)別的ARM專用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)龐思睿,鄧軍,孫文生北京郵電大學(xué)電信工程學(xué)院,北京(100876E-mail:pangsirui19850304@126.com摘要:本文以ARM開(kāi)發(fā)板為主機(jī),ZLG500B為讀寫(xiě)模塊,Mifare射頻卡為基礎(chǔ),設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)便攜式射頻識(shí)別ARM專用系統(tǒng),并實(shí)現(xiàn)與服務(wù)器的網(wǎng)絡(luò)通信。關(guān)鍵詞:ARM射頻識(shí)別嵌入式LinuxNFS1.引言射頻識(shí)別(RadioFrequencyIdentification,RFID,又稱電子標(biāo)簽(E-Tag,是一種非接觸式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù),通過(guò)無(wú)線電波供給能量和進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳遞[1],在大多數(shù)射頻識(shí)別技術(shù)的應(yīng)用中,只要求有固定的閱讀器,因此只需要PC機(jī)作為射頻識(shí)別模塊的中央控制主機(jī),但在某些特殊系統(tǒng)中(如集裝箱運(yùn)輸管理系統(tǒng),不僅要求有固定的閱讀器,而且還要求有手持式閱讀器,這就需要有比PC機(jī)更易于攜帶,但要與PC機(jī)完成相同功能的主機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)。我們所研究的用于射頻識(shí)別的ARM專用系統(tǒng)即利用基于ARM9的嵌入式開(kāi)發(fā)板ST2410作為主機(jī)實(shí)現(xiàn)中央控制,信息顯示以及與服務(wù)器通信等功能。ARM嵌入式微處理器以其體積小、低功耗、高性能、處理速度快、執(zhí)行效率高、架構(gòu)合理等特點(diǎn),獲得了廣泛的重視和應(yīng)用。同時(shí)在ARM微處理器上嵌入Linux操作系統(tǒng)來(lái)完成各任務(wù)之間的調(diào)度。Linux是目前最為流行的一款開(kāi)放源代碼的操作系統(tǒng),適用于不同的CPU體系架構(gòu);開(kāi)放源碼,軟件資源豐富;支持Qt圖形界面系統(tǒng)開(kāi)發(fā)工具,能夠滿足用戶對(duì)圖形界面的要求[2]?；贏RM和Linux的開(kāi)發(fā)系統(tǒng)已在通信、電子、物流等各個(gè)領(lǐng)域體現(xiàn)出顯著的優(yōu)勢(shì)。本文所研究的用于射頻識(shí)別的ARM專用系統(tǒng)是基于提高射頻識(shí)別系統(tǒng)的便攜性角度考慮的,它主要實(shí)現(xiàn)的功能是由主機(jī)ST2410開(kāi)發(fā)板通過(guò)串口協(xié)議控制ZLG500B閱讀器對(duì)Mifare非接觸式射頻卡進(jìn)行字符讀寫(xiě);主機(jī)通過(guò)網(wǎng)口協(xié)議同時(shí)可以通過(guò)訪問(wèn)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器(PC機(jī)讀取服務(wù)器中的圖像信息以驗(yàn)證讀卡的正確性;讀寫(xiě)操作均由用戶在ST2410開(kāi)發(fā)板的觸摸屏上對(duì)控件的操作來(lái)完成。在PC機(jī)Linux系統(tǒng)下編程再經(jīng)過(guò)交叉編譯和鏈接,最終發(fā)布至嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)板上,有開(kāi)發(fā)板自行執(zhí)行功能。2.基于RFID的ARM專用系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.1總體設(shè)計(jì)本系統(tǒng)組成框圖如圖1所示,由主機(jī)通過(guò)串口控制讀卡器完成非接觸IC卡的讀寫(xiě)操作,由串口通信協(xié)議實(shí)現(xiàn);同時(shí)主機(jī)根據(jù)讀卡信息通過(guò)網(wǎng)口與服務(wù)器實(shí)現(xiàn)通信,由網(wǎng)口通信協(xié)議實(shí)現(xiàn)。1主機(jī)功能的實(shí)現(xiàn)需要通過(guò)宿主機(jī)在Linux環(huán)境下首先完成功能,在進(jìn)行交叉編譯到目標(biāo)板,由目標(biāo)板自行運(yùn)行。本文以深圳市優(yōu)龍公司開(kāi)發(fā)的ST2410開(kāi)發(fā)板做RFID系統(tǒng)主機(jī)。使用ZLG500BTG+讀寫(xiě)模塊來(lái)設(shè)計(jì)RFID系統(tǒng),該模塊采用13.56MHz非接觸式通信中廣泛應(yīng)用的MFRC500讀卡芯片。本文所使用的非接觸IC卡,是在RFID技術(shù)應(yīng)用中使用最廣泛的Mifare系列的MFICS50智能卡。任何PC機(jī)均可作為服務(wù)器,本文使用裝有RedHat9.03操作系統(tǒng)的PC機(jī)作為服務(wù)器端,為主機(jī)端提供同步信息。Linux操作系統(tǒng)下設(shè)置支持NFS服務(wù)。圖1非接觸卡式RFID系統(tǒng)組成2.2通信協(xié)議及軟件設(shè)計(jì)2.2.1串口通信1、ZLG500B與主機(jī)數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議[5]首先主機(jī)發(fā)出控制命令STX(開(kāi)始符,等待讀寫(xiě)模塊的響應(yīng)ACK(響應(yīng)符。若3次均未收到正確應(yīng)答ACK,則退出本次傳輸并將錯(cuò)誤代碼返回給主程序;若主機(jī)收到讀寫(xiě)模塊正確響應(yīng)ACK,則將數(shù)據(jù)塊發(fā)送出去,最后發(fā)送1個(gè)終止符。然后主機(jī)等待讀寫(xiě)模塊發(fā)回的狀態(tài)和響應(yīng)數(shù)據(jù)。若在300ms內(nèi)未檢測(cè)到響應(yīng),則退出本次傳輸,且向主程序報(bào)告錯(cuò)誤代碼。2、Linux下的串口通信[6]Linux操作系統(tǒng)對(duì)串行口提供了很好的支持,在Linux下是把串口當(dāng)作文件來(lái)操作的。通過(guò)使用標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)進(jìn)行打開(kāi)串口后,就可以進(jìn)行基本的設(shè)置,包括波特率設(shè)置,效驗(yàn)位和停止位設(shè)置。把串口當(dāng)作文件讀寫(xiě),再使用標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)關(guān)閉串口。串口操作時(shí)要使用串口2通信,串口1為調(diào)試串。根據(jù)以上介紹的通信協(xié)議,主機(jī)與閱讀器的通信控制流程圖如下:2圖2主機(jī)與閱讀器的通信控制流程圖2.2.2網(wǎng)口通信我們所研究的專用系統(tǒng)的主機(jī)與服務(wù)器PC機(jī)通過(guò)NFS進(jìn)行通信,實(shí)現(xiàn)讀取射頻卡文字信息的同時(shí)從服務(wù)器上獲得圖像信息,當(dāng)然可以從服務(wù)器上獲得任何需要的信息,從而確定射頻卡存儲(chǔ)信息的有效性,用于門禁系統(tǒng)或電子門票系統(tǒng)。圖3主機(jī)與服務(wù)器PC機(jī)的大體通信過(guò)程:圖3網(wǎng)口通信軟件流程32.2.3軟件實(shí)現(xiàn)通信及讀寫(xiě)控制主機(jī)寫(xiě)入射頻卡字符并顯示寫(xiě)入成功流程圖如圖4所示,同時(shí)主機(jī)讀取射頻卡字符并顯示在主機(jī)觸摸屏上,流程圖如圖5所示:圖4寫(xiě)入流程圖圖5讀取流程圖主機(jī)讀取服務(wù)器中匹配圖像信息并顯示在控件上,流程圖如下:圖6圖像讀取流程圖42.2.4服務(wù)器端設(shè)置在Linux操作系統(tǒng)下設(shè)置支持NFS服務(wù),并需進(jìn)行如下設(shè)置:網(wǎng)絡(luò)設(shè)置為無(wú)防火墻狀態(tài);設(shè)置服務(wù)器IP地址,并設(shè)置開(kāi)發(fā)板的IP地址;啟動(dòng)NFS;在修改exports文件后要告訴nfs配置信息變化,可以:/etc/rc.d/init.d/nfsstop/etc/rc.d/init.d/nfsstart最后對(duì)NFS客戶端的設(shè)定,確定客戶端支持NFS協(xié)議,在本地端建立掛載點(diǎn)目錄,然后用mount命令直接掛載即可。2.3ARM專用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)過(guò)程整個(gè)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)是在Linux宿主機(jī)上首先實(shí)現(xiàn),將在宿主機(jī)上開(kāi)發(fā)的QT應(yīng)用程序中加入串口網(wǎng)口通信的程序,然后通過(guò)交叉編譯等步驟最終發(fā)布到ST2410上由開(kāi)發(fā)板實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能,具體步驟為:安裝交叉編譯工具;編譯并移植嵌入式Linux內(nèi)核;建立Qt/Embedded開(kāi)發(fā)環(huán)境;Qt/E應(yīng)用程序設(shè)計(jì);發(fā)布Qt應(yīng)用程序到ST2410;發(fā)布Qt應(yīng)用程序到ST2410。最后用交叉網(wǎng)線連接開(kāi)發(fā)板與服務(wù)器PC機(jī)網(wǎng)口相連,上電啟動(dòng)ST2410,進(jìn)入PDA的圖形界面,進(jìn)入終端輸入運(yùn)行腳本程序的命令,即可使主機(jī)與服務(wù)器相通信。當(dāng)運(yùn)行ST2410上的嵌入式應(yīng)用程序,最終的系統(tǒng)結(jié)果如圖7所示,其中Wr和Re控件分別控制系統(tǒng)程序?qū)Ψ墙佑|IC卡的讀寫(xiě)操作。當(dāng)點(diǎn)擊Wr時(shí),輸入信息就會(huì)寫(xiě)入卡的扇區(qū),界面提示寫(xiě)成功;當(dāng)點(diǎn)擊Re時(shí),卡中信息讀入主機(jī),同時(shí)圖像信息根據(jù)所讀信息由服務(wù)器通過(guò)網(wǎng)口寫(xiě)入界面。圖7運(yùn)行結(jié)果3.結(jié)論本文給出了用于射頻識(shí)別的ARM專用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程,以及具體開(kāi)發(fā)過(guò)程,實(shí)現(xiàn)了基于Linux操作系統(tǒng)的ARM開(kāi)發(fā)板對(duì)IC卡讀寫(xiě)和與服務(wù)器通過(guò)網(wǎng)口通信,體現(xiàn)了使用嵌入式Linux系統(tǒng)作為射頻識(shí)別主機(jī)的便攜性,以及通過(guò)NFS網(wǎng)口通信的快速性,為手持式閱讀終端的開(kāi)發(fā)提供了一種解決方案。5參考文獻(xiàn)[1]周曉中、陽(yáng)春華、劉偉群，非接觸式Mifare卡讀寫(xiě)器開(kāi)發(fā)[M]，中南大學(xué)碩士論文，2005年3月[2]于明、范書(shū)瑞、曾祥燁，ARM9嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)教程[M]，電子工業(yè)出版社，2006[3]廣州周立功單片機(jī)發(fā)展有限公司，ZLG500B讀卡模塊使用指南[S]，v1.412005.8[4]劉錚、章兢，非接觸式IC卡中的射頻識(shí)別技術(shù)[M]，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