ARM9的超高頻讀寫(xiě)器基帶編解碼設計

摘要：根據超高頻RFID國際標準協(xié)議EPC GEN2中的規定，基于A(yíng)RM9芯片S3C2440提出一種適用于超高頻讀寫(xiě)器的PIE編碼以及MILLER2解碼的實(shí)現方式。設計中使用該芯片的PWM輸出進(jìn)行編碼，并使用其外部中斷進(jìn)行解碼。通過(guò)分析示波器捕捉到的MILLER2波形以及串口打印的解碼輸出，驗證了該設計的正確性。
關(guān)鍵詞：S3C2440；EPC GEN2協(xié)議；超高頻讀寫(xiě)器；PIE編碼；MILLER2解碼

引言
普通的UHF讀寫(xiě)器主控芯片使用FPGA較多，其優(yōu)點(diǎn)是FPGA對時(shí)序邏輯處理速度快，使用HDL語(yǔ)言很容易實(shí)現協(xié)議的編碼與解碼，但FPGA芯片本身很少具備串口、網(wǎng)口等通信接口模塊，功能擴展較麻煩。由于A(yíng)RM9芯片集成了很多擴展接口，同時(shí)進(jìn)行操作系統移植等更高層次的設計也變得很容易，但對時(shí)序邏輯處理較難。因而本文提出了基于A(yíng)RM9的UHF RFID讀寫(xiě)器基帶編解碼方法，并加以實(shí)現。

1 基本原理
UHF RFID國際標準協(xié)議規定讀寫(xiě)器到電子標簽的通信應采用DSB—ASK、SSB—ASK或者PR—ASK調制方式。本文使用ARM9芯片S3C2440的PWM(脈寬調制)控制模塊進(jìn)行PIE編碼，通過(guò)編碼信號控制射頻開(kāi)關(guān)實(shí)現OOK調制。電子標簽接收到命令后反向散射副載波應答，經(jīng)過(guò)射頻模塊的天線(xiàn)接收后被解調電路還原成MILLER2數據。構造MILLER2解碼狀態(tài)機，使用S3C2440的外部中斷對MILLER2時(shí)序序列進(jìn)行上升沿捕捉，捕捉到的兩次中斷的時(shí)間間隔作為狀態(tài)機輸入，進(jìn)而解調出標簽反射回來(lái)的數據。系統的硬件框圖如圖1所示。

讀寫(xiě)器射頻模塊的工作流程為：發(fā)送命令時(shí)，PIE編碼電平控制射頻芯片開(kāi)關(guān)，當開(kāi)關(guān)開(kāi)啟時(shí)輸出射頻載波，關(guān)閉則不輸出，以達到OOK調制載波的目的。接收機采用零中頻接收機方案，直接對天線(xiàn)接收到的標簽反向散射信號進(jìn)行解調，解調完畢得到相位相差90°的I、Q兩路信號，通過(guò)差分放大器放大處理后，輸出到比較器，經(jīng)過(guò)比較后電路輸出MILLER2編碼時(shí)序信號。

2 PIE編碼
2．1 PIE碼簡(jiǎn)介
EPC GNE2協(xié)議規定UHF讀卡器向標簽發(fā)送命令時(shí)，數據應采用PIE編碼。PIE碼通過(guò)高低電平的時(shí)間長(cháng)度不同來(lái)規定數據是“1”還是“0”。協(xié)議使用Tari代表數據“0”，時(shí)間長(cháng)度在6．25～25μs范圍內，容差為±1％，數據“1”的寬度在為1．5Tari～2．5Tari，如圖2所示。本次編碼中，Tari值為6．4μs，數據“1”的長(cháng)度為11．4μs，PW的長(cháng)度為3．2μs。

協(xié)議規定，完整的PIE碼需在有效數據前加上前同步碼或幀同步碼。前同步碼由定界符、Tari、RTcal以及TRcal這4段組成，用在Query命令上。幀同步碼省去了TRcal而直接由前三項組成，用在其他命令上。前同步碼示意如圖3所示。

2．2 PWM實(shí)現PIE編碼
S3C2440有5個(gè)16位的定時(shí)器，其中定時(shí)器1～4具有PWM(脈寬調制)功能，定時(shí)器使用經(jīng)過(guò)分頻后的系統時(shí)鐘PCLK作為時(shí)鐘輸入。本設計中100 MHz的PCLK經(jīng)過(guò)2分頻得到50 MHz頻率的定時(shí)器輸入時(shí)鐘，定時(shí)器每計數一次耗時(shí)0．02μs。定時(shí)器使用兩個(gè)16位的緩沖寄存器TCNTB和TCMPB來(lái)實(shí)現PWM功能，TCNTB為一次PWM輸出計數次數，采用遞減的方式計數，當計數減為T(mén)CMPB的時(shí)候，PWM輸出電平反轉。以數據“0”為例，其脈沖總寬度為6．4μs，低電平持續時(shí)間3．2 μs，則可計算出TCNTB=6．4／0．02=320次，TCMTB=3．2／0．02=160次。
為實(shí)現連續的PWM輸出，需要讓定時(shí)器工作在自動(dòng)重載模式，即當定時(shí)器計數器減為0的時(shí)候，在定時(shí)器中斷處理函數里更新TCNTB及TCNMPB，讓定時(shí)器重新開(kāi)始一次脈寬輸出。定時(shí)器1初始化時(shí)經(jīng)過(guò)以下步驟：
①TCNMB以及TCMPB寄存器賦非零初值；
②TCON中人工裝載位配置為1，TCNTB和TCMPB更新到內部計數器；
③TCON中自動(dòng)重載位配置為1，為實(shí)現連續的PWM功能；
④TCON中輸出翻轉位配置為1，脈沖以高電平開(kāi)始；
⑤TCON置為啟動(dòng)位；
⑥TCON設置關(guān)閉人工裝載，定時(shí)器開(kāi)始啟動(dòng)。