以太網(wǎng)的二代身份證RFID系統應用研究

2.1 讀寫(xiě)模塊硬件中間件

　　參考中間件的通用定義，結合嵌入式系統特點(diǎn)，設計了本讀寫(xiě)模塊硬件中間件結構，如圖2所示。向下屏蔽了電子標簽、射頻基站芯片等硬件環(huán)境的差異，向上為RFID應用層提供標準的軟、硬件接口。應用層的開(kāi)發(fā)基于該接口進(jìn)行，無(wú)需考慮RFID的實(shí)現細節，且不管底層的硬件怎樣更新?lián)Q代，只需將中間件升級更新，并保持該中間件的對外接口定義不變，應用軟件幾乎不需做任何修改，從而提供了一個(gè)相對穩定的高層應用環(huán)境。

圖2 讀寫(xiě)模塊硬件中間件結構

（1） 微控制器與射頻基站芯片的連接

　　系統選用MF RC531作為射頻基站芯片。該芯片是NXP公司生產(chǎn)的應用于13.56 MHz非接觸式通信的高集成IC讀寫(xiě)芯片系列中的一員[3]。選用Freescale公司低價(jià)位、高性能的MC68HC908JB8（簡(jiǎn)稱(chēng)JB8）作為模塊微控制器，它通過(guò)SPI通信方式與射頻基站芯片MF RC531連接，控制其完成讀取電子標簽UID信息的工作。MF RC531支持SPI通信方式，在通信期間作為從機?？刂菩酒琂B8內部并沒(méi)有集成SPI模塊，其通信功能由I/O口軟件模擬完成。

（2） 天線(xiàn)設計

　　RFID系統中，射頻基站芯片（如MF RC531）通過(guò)天線(xiàn)發(fā)射能量，并與電子標簽進(jìn)行數據通信。天線(xiàn)的設計對通信的穩定性非常重要[4]，本設計采用直接匹配天線(xiàn)法，電路設計如圖3所示。

圖3 射頻天線(xiàn)電路原理

2.2 主控系統硬件設計

　　主控系統與讀寫(xiě)模塊通過(guò)SPI接口連接，獲取該模塊控制芯片內存中存儲的電子標簽信息，然后通過(guò)以太網(wǎng)通信接口將信息傳送給計算機管理系統處理。系統采用Freescale公司16位MCU MC9S12NE64為主控芯片，其內部集成EMAC(Ethernet Media Access Controller，以太網(wǎng)媒體訪(fǎng)問(wèn)控制器)和EPHY(Ethernet Physical Transceiver，以太網(wǎng)物理層收發(fā)器)，可配合第三方TCP/IP協(xié)議棧實(shí)現以太網(wǎng)的通信功能，從而實(shí)現單芯片的以太網(wǎng)連接方案。

3 系統軟件設計

　　系統的軟件設計主要包括讀寫(xiě)模塊的軟件設計及嵌入式以太網(wǎng)的軟件設計兩部分。讀寫(xiě)模塊主要實(shí)現對TYPE A B電子標簽的UID識別；嵌入式以太網(wǎng)部分實(shí)現以太網(wǎng)的通信。

3.1 讀寫(xiě)模塊軟件設計

　　讀寫(xiě)模塊被設計成硬件中間件，為應用系統和電子標簽提供數據交互的接口。模塊微控制器MC68HC908JB8的主函數流程如圖4所示。

　　系統上電后首先執行MCU以及相關(guān)模塊的初始化操作，然后進(jìn)入主循環(huán)。如圖4所示，主循環(huán)中不斷地切換讀卡模式，以滿(mǎn)足讀取TYPE A B兩種電子標簽UID的需求。一旦讀取成功，將UID賦給全局字節型數組變量Card_inform[ ]。Card_inform[0]存放電子標簽的類(lèi)型，即“A”或“B”的ASCII碼，其后依次存放該類(lèi)型的UID。主控系統可以通過(guò)讀寫(xiě)模塊硬件中間件的SPI通信接口獲取Card_inform[ ]中的內容，獲取完畢后JB8將Card_inform[ ]數組清零。對RC531的復位和寄存器初始化操作原本放置在主循環(huán)之前，即每次JB8復位后只執行一次。但是在實(shí)際測試過(guò)程中，當RC531長(cháng)時(shí)間運行后會(huì )出現不穩定的情況，因此將這兩步操作放在主循環(huán)中，以提高系統的魯棒性。

圖4 讀寫(xiě)模塊主函數流程