以太網(wǎng)的二代身份證RFID系統(tǒng)應用研究

2.1 讀寫模塊硬件中間件

　　參考中間件的通用定義，結(jié)合嵌入式系統(tǒng)特點，設計了本讀寫模塊硬件中間件結(jié)構(gòu)，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。應用層的開發(fā)基于該接口進行，無需考慮RFID的實現(xiàn)細節(jié)，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，從而提供了一個相對穩(wěn)定的高層應用環(huán)境。

圖2 讀寫模塊硬件中間件結(jié)構(gòu)

（1） 微控制器與射頻基站芯片的連接

　　系統(tǒng)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讀寫芯片系列中的一員[3]。選用Freescale公司低價位、高性能的MC68HC908JB8（簡稱JB8）作為模塊微控制器，它通過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。控制芯片JB8內(nèi)部并沒有集成SPI模塊，其通信功能由I/O口軟件模擬完成。

（2） 天線設計

　　RFID系統(tǒng)中，射頻基站芯片（如MF RC531）通過天線發(fā)射能量，并與電子標簽進行數(shù)據(jù)通信。天線的設計對通信的穩(wěn)定性非常重要[4]，本設計采用直接匹配天線法，電路設計如圖3所示。

圖3 射頻天線電路原理

2.2 主控系統(tǒng)硬件設計

　　主控系統(tǒng)與讀寫模塊通過SPI接口連接，獲取該模塊控制芯片內(nèi)存中存儲的電子標簽信息，然后通過以太網(wǎng)通信接口將信息傳送給計算機管理系統(tǒng)處理。系統(tǒng)采用Freescale公司16位MCU MC9S12NE64為主控芯片，其內(nèi)部集成EMAC(Ethernet Media Access Controller，以太網(wǎng)媒體訪問控制器)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)議棧實現(xiàn)以太網(wǎng)的通信功能，從而實現(xiàn)單芯片的以太網(wǎng)連接方案。

3 系統(tǒng)軟件設計

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

3.1 讀寫模塊軟件設計

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

　　系統(tǒng)上電后首先執(zhí)行MCU以及相關模塊的初始化操作，然后進入主循環(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(jié)型數(shù)組變量Card_inform[ ]。Card_inform[0]存放電子標簽的類型，即“A”或“B”的ASCII碼，其后依次存放該類型的UID。主控系統(tǒng)可以通過讀寫模塊硬件中間件的SPI通信接口獲取Card_inform[ ]中的內(nèi)容，獲取完畢后JB8將Card_inform[ ]數(shù)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(zhí)行一次。但是在實際測試過程中，當RC531長時間運行后會出現(xiàn)不穩(wěn)定的情況，因此將這兩步操作放在主循環(huán)中，以提高系統(tǒng)的魯棒性。

圖4 讀寫模塊主函數(shù)流程