便攜式超高頻RFID讀寫器的FPGA實現
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3 系統軟件設計
3．1 RF收發芯片CC1100軟件設計
CC1100操作包括芯片數據讀寫、寄存器與命令濾波器設置訪問、數據包與數據傳輸速率設置、FIFO訪問、低功耗策略等。RFID讀寫器中CC1100數據傳輸采用同步連續方式，支持硬件數據包處理、FIFO緩沖、數據白化、交錯和前向處理。CC1100數據幀包含前導、同步數據、標簽地址、數據長度、讀寫命令、數據地址、數據、CRC校驗碼、結束位。其中前導數據、同步數據通過CC1100寄存器設置硬件自動完成、CRC校驗碼硬件自動完成，其他數據需軟件設置或配置寄存器。數據幀結構如表1所列。本文引用地址：http://www.104case.com/article/190983.htm
CC1100通過4線SPI接口與FPGA連接，對內部不同寄存器和不同命令濾波器操作完成數據收發。當SO引腳讀數據時SCLK必須在第一個上升沿前被拉低，一個周期內SCLK下降沿完成1位數據建立，上升沿數據保持；CSn=0片選信號有效，數據正常傳輸；在SCLK控制下SI為同步數據輸入，SO為同步數據輸出。數據通信完成后SCLK保持低電平，等待下次數據通信。CSn=1時CC1100為降低功耗處于睡眠或晶振停振狀態。CC 1100采用電磁波激活WOR低功耗技術，CPU處于深度睡眠等待接收狀態，數據到來后，無須喚醒CPU而直接存儲到RX FIFO。
CC1100內部可分為配置寄存器地址(0x00～0x2F)和命令濾波器地址(0x30～0x3F)。配置寄存器設置SPI引腳狀態、數據調制方式、編碼方式、校驗方式、數據傳輸速率、信道帶寬等；寄存器狀態字STATE第6位到第4位查詢當前工作狀態，000為空閑狀態，001為接收狀態，010為發送狀態；命令濾波器設置當前工作狀態，SRX 0x34=0xFF時啟用接收模式，STX 0x35=0xFF時啟用發送模式。CC1100分別具有一個64位RX FIFO和TX FIFO，STATE狀態字監測FIFO是否溢出。讀RX FIFO前必須保證FIFO不為空，寫TX FIFO前必須保證FIFO為空，否則讀寫數據將出錯。CC1100寄存器與濾波器設置可以通過軟件SmartRF Studio得到最佳配置。
CC1100數據傳輸速率通過MDMCFG3．DRATE_M和MDMCFG4．DRATE_E配置寄存器和晶振頻率設置，先設定數據傳輸速率和晶振頻率，計算出MDMCFG3．DRATE_M和MDMCFG4．DRATE_E配置寄存器值。
3．2 ISO18000-6C空中接口協議
傳輸頻率范圍：860～960MHz。
調制方式：ASK，每個信道500kHz，可設置52個信道，標簽采用反向散射調制。
最大發射功率：4W。
編碼方式：PIE，Miller，FM0。
校驗方式：CRC-16。
數據傳輸速率：40～640kbps。
4 系統實驗結果和結論
RFID系統測試包括軟件測試、硬件測試、穩定性和EMI測試。軟件測試包括用戶軟件、中間件、標簽軟件、編解碼信號測試；硬件測試包括發射功率、收發距離、收發夾角、標簽數量；EMI和穩定性測試包括復雜電磁干擾測試等。用到的儀器有數字存儲示波器、矢量分析儀、邏輯測試儀、頻譜分析儀、NRT功率計測試儀。它們對讀寫次數與數據正確率、讀寫器一標簽距離與數據正確率、天線發射功率與數據傳輸距離、天線對信號放大倍數與信號頻率關系進行相關測試與數據分析。
經測試，RF放大器對889 MHz信號放大倍數最大，讀寫器與標簽最大數據傳輸速率為240 kbps；傳輸距離在1 m內天線發射功率為1．1 dBm，調整發射功率，最大傳輸距離可達3 m。基于IS018000-6C標準射頻標簽協議RFID便攜式系統工作穩定可靠，只需USB與PC機連接便可實現讀寫器與PC機數據通信，簡單、方便、可靠，可用于工業控制、消費類電子、食品安全追蹤、現代物流、校園一卡通等場所。
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