UHF RFID讀寫(xiě)器編解碼模塊的FPGA實(shí)現

摘要：本文首先對EPC C1G2協(xié)議中的相關(guān)內容作了簡(jiǎn)要介紹，對編解碼系統的架構以及各個(gè)組成模塊的FPGA實(shí)現作了重點(diǎn)說(shuō)明，最后給出了Modelsim軟件仿真結果，以及在讀寫(xiě)器工作時(shí)使用Signaltap邏輯分析儀抓取的數據。
關(guān)鍵詞：FPGA；UHF RFID；EPC C1G2協(xié)議；編解碼；FM0；miller碼

引言
UHF RFID讀寫(xiě)器具有讀寫(xiě)距離遠、讀寫(xiě)速度快等優(yōu)點(diǎn)，已成功運用于供應鏈管理、航空管理和后勤管理等諸多領(lǐng)域。本設計依據的協(xié)議是EPC C1G2(EPCClassl Generation2)。
本文介紹了一種讀寫(xiě)器的編解碼部分由FPGA來(lái)完成的設計方案，由FPGA負責前向鏈路的PIE編碼和后向鏈路的FM0／miller解碼，且解碼模塊可對標簽突發(fā)傳來(lái)的數據立即檢測并實(shí)施解碼，實(shí)現了較快的解碼速率。FPGA選用的是Altera公司的EP1C3T100C6芯片。

1 RFID系統介紹
圖1所示為RFID系統，主要由PC機、讀寫(xiě)器、天線(xiàn)和電子標簽組成。讀寫(xiě)器與電子標簽之間的數據通過(guò)天線(xiàn)進(jìn)行傳遞。讀寫(xiě)器作為RFID系統的一部分，既能與標簽通信，又能向PC機傳輸數據并執行上位機所要求的操作，具有發(fā)送、接收和處理數據的能力。讀寫(xiě)器系統按其所處理信號的不同，主要由2個(gè)部分組成，即處理數字信號的基帶部分和處理模擬信號的射頻部分。

2 EPC C1G2協(xié)議的相關(guān)介紹
EPC C1G2標準具有如下特點(diǎn)：速度快，速率可達40～640 kbps；可以同時(shí)讀取標簽的數量多，理論上能讀到1000多個(gè)標簽；可在密集的讀寫(xiě)器環(huán)境下工作，能迅速使用變化無(wú)常的標簽群；存儲區域多，可延伸使用用戶(hù)的內存需求；功能強，具有多種寫(xiě)保護方式，安全性強；通用性強，符合EPC規則；產(chǎn)品價(jià)格低，兼容性好。
2．1 PIE編碼介紹
EPC C1G2協(xié)議規定發(fā)送鏈路(即讀寫(xiě)器向標簽發(fā)送數據)采用的編碼方式是脈沖間隔編碼(即PIE編碼)。讀寫(xiě)器每次給標簽發(fā)送命令，都以幀同步碼或前同步碼開(kāi)始所有的通信。幀同步碼格式如圖2所示，幀同步碼由delimiter、數據0和RTcal三部分組成。前同步碼格式如圖3所示，前同步碼由delimiter、數據0、RTcal和TRcal四部分組成，除delimiter外，各部分均以低脈沖PW結尾，且各部分PW的長(cháng)度必須相同。de limiter的長(cháng)度固定為12．5μs，協(xié)議規定允許有±5％的誤差。delimiter用于給電子標簽校準時(shí)鐘。

前同步碼只用于表明盤(pán)存周期開(kāi)始的Query命令中，其他命令則以幀同步碼開(kāi)始。當Query命令數據中的DR=1、前同步碼中的TRcal長(cháng)度為33．3μs時(shí)，可設定反向鏈路(即標簽向讀寫(xiě)器發(fā)送數據)頻率最高為640kHz。
2．2 FM0和miller碼介紹
Query命令中M參數值決定了標簽返回數據的編碼方式，即FM0、miller2、miller4、miller8四種。FM0碼在每個(gè)數據邊界處和數據0中間反相。miller碼則是在兩個(gè)連續的數據0的邊界處和數據1的中間反相。miller編碼序列每位可包含2、4、8個(gè)副載波周期，即miller2、mille r4、miller8三種編碼形式。這四種編碼方式都以各自特定的幀頭開(kāi)始，而具體選擇哪種幀頭，則由Query命令中Trext參數值決定，并且在結尾處都有一位“dummyl”作為數據傳送的結束標志。
2．3 讀寫(xiě)器與標簽通信流程
EPC C1G2協(xié)議規定讀寫(xiě)器的命令分為選擇、盤(pán)存、訪(fǎng)問(wèn)3類(lèi)，而標簽的工作狀態(tài)分為就緒、仲裁、應答、確認、開(kāi)放、保護、殺死7個(gè)狀態(tài)，讀寫(xiě)器命令類(lèi)型和標簽狀態(tài)如圖4所示。讀寫(xiě)器依賴(lài)3類(lèi)命令通過(guò)改變標簽所處的狀態(tài)，實(shí)現對標簽群的篩選，以及對單個(gè)標簽的識別和訪(fǎng)問(wèn)過(guò)程。讀寫(xiě)器與標簽的通信過(guò)程略一編者注。