基于ARM的RFID中間件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

引 言

　　RFID中間件在RFID讀寫器和應(yīng)用程序之間起橋梁作用。應(yīng)用程序端使用中間件所提供一組通用的應(yīng)用程序接口(API)，即能連到RFID讀寫器，采集RFID標(biāo)簽數(shù)據(jù)。即使存儲RFID標(biāo)簽情報(bào)的數(shù)據(jù)庫軟件或后端應(yīng)用程序增加或改由其他軟件取代，或者讀寫 RFID讀寫器種類增加等情況發(fā)生時(shí)，應(yīng)用端不需修改也能處理，省去多對多連接的維護(hù)復(fù)雜性問題。嵌入式RFID中間件在RFID的大規(guī)模應(yīng)用中將扮演重要的角色。在具體應(yīng)用部署過程中，會有大量的嵌入式設(shè)備充當(dāng)邊緣中間件的硬件平臺。對于眾多有意從事中高端RFID讀寫器開發(fā)的硬件廠商而言，借助嵌入式 RFID中間件迅速實(shí)現(xiàn)硬件集成基礎(chǔ)之上的軟件集成，是幫助硬件廠商快速升級產(chǎn)品系列，滿足企業(yè)拓展市場和業(yè)務(wù)范圍需要的有效舉措。通透性是這種系統(tǒng)整個應(yīng)用的關(guān)鍵，正確抓取數(shù)據(jù)、確保數(shù)據(jù)讀取的可靠性，以及有效地將數(shù)據(jù)傳送到后端系統(tǒng)都是必須考慮的問題。

　　ARM處理器是當(dāng)今應(yīng)用最為廣泛的處理器芯片之一，低功耗、低成本、高性能等特點(diǎn)使其在消費(fèi)電子類產(chǎn)品中的競爭力日趨顯著。本文提出了一種基于ARM的支持多通信平臺的RFID中間件系統(tǒng)設(shè)計(jì)，可以更廣泛、更豐富地推動RFID應(yīng)用。

　　1 硬件設(shè)計(jì)

　　AutO_ID中心曾提出了名為Savant的RFID中間件概念的雛形，并制定出相應(yīng)的1．0規(guī)范草案、技術(shù)手冊和原型系統(tǒng)，明確了RFID中間件的最原始功能。在此基礎(chǔ)上，本系統(tǒng)應(yīng)有以下功能：

　　①管理讀寫設(shè)備，支持多種讀寫器(包括不同廠商、不同類型)。

　?、诓杉?、過濾并緩存數(shù)據(jù)。

　?、厶峁?yīng)用開發(fā)接口。

　?、芘cEPC體系標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)交互：*、PML。

　　⑤支持多通信平臺，如Internet、GSM、GRPS和CDMA。

　?、尥庠O(shè)的集成控制與協(xié)同，實(shí)現(xiàn)嵌入式RFID中間件的柔性設(shè)備控制。

　　硬件系統(tǒng)框圖如圖1所示。

　　1．1 ARM核微處理器

　　本系統(tǒng)在功能上分為有線通信模塊、無線通信模塊、人機(jī)交互模塊和核心模塊。本設(shè)計(jì)采用Samscmg公司203 MHz的ARM920T內(nèi)核的處理器S3C2410。

　　S3C2410微處理器是一個多用途的通用芯片，內(nèi)部集成了微處理器和常用外圍組件，可用于各種領(lǐng)域，指令處理速度達(dá)到200MIPS。其特性包括：擴(kuò)展總線最高頻率為100MHz，32位數(shù)據(jù)，27位外部地址線，存儲控制器(8個存儲體)包含RAM(SDRAM)控制器、NAND控制器；復(fù)位時(shí)引導(dǎo)芯片選擇(8、16位存儲或NAND可供選擇)；4個帶有PWM的16位定時(shí)器，多達(dá)55個中斷源的中斷控制器；3個UART，支持IrDA 1．O；4個DMA通道(支持外設(shè)DMA)；支持STN與TFTL LCD控制器；2個 USB口；I2C-Bus接口；2個串行外圍接口電路(SPI)和SD卡接口。此外，S3C2410上可以移植標(biāo)準(zhǔn)Linux操作系統(tǒng)，使得程序開發(fā)更加簡單。

　　1．2 主板模塊

　　系統(tǒng)內(nèi)存部分由1片8M×16位數(shù)據(jù)寬度的Flash，共16 MB Flash(Intel E28F128J3C)，讀寫周期150 ns；2片16M×16位數(shù)據(jù)寬度的SDRAM(HY57V561620BT)構(gòu)成，共64 MB SDRAM。

　　S3C2410提供8路片選nGCSn[0～7]，每個片選都指定了固定的地址，每個片選固定間隔為128 MB。系統(tǒng)內(nèi)存由2片16M×16位數(shù)據(jù)寬度的SDRAM拼成32位模式，公用nGCS6。共64 MB RAM。起始地址為Ox30000000。nGCS0接的是一片8M×16位數(shù)據(jù)寬度的Intel E28F128 Flash，安裝在BANK0，起始地址為0x0。其中內(nèi)核燒寫的起始地址為Ox40000，根文件系統(tǒng)RAM～DISK燒寫的起始地址為 Oxl40000。

　　1．3 人機(jī)交互模塊

　　系統(tǒng)利用GPIO口提供4個按鍵，以便能夠響應(yīng)按鍵中斷，并獲取鍵值。利用EINT4使用。 PS2鍵盤。S3C2410自帶LCD控制器和觸摸屏接口。本系統(tǒng)使用型號為LQ035Q7DB02的LCD液晶顯示屏，采用MAX1*．作為電源驅(qū)動器。MAX1*是美國Maxim公司生產(chǎn)的有源矩陣液晶顯示器開關(guān)電源，具有升壓、雙路輸出鎖相等特點(diǎn)，還提供一個LCD底板驅(qū)動器。

　　1．4 有線通信模塊

　　該模塊包括RS-232串行接口和1個10／100M自適應(yīng)以太網(wǎng)接口。本系統(tǒng)采用一種單電源、低功耗RS-232芯片MAX3232。13、8腳接收：RS-232電平，最大值可達(dá)±25 V，從而12、9腳輸出TTL電平，低電平不大于O．4V，高電平不低于Vcc-O．6 V；11、10腳輸入TTL電平，14、7腳輸出RS-232電平，最小幅值大于±5．0 V，典型值為±5．4 V。當(dāng)向外發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，TXD1有一個下降沿，指示燈LED亮，經(jīng)過MAX3232，TTL電平轉(zhuǎn)化為RS-232電平。當(dāng)接收外部數(shù)據(jù)時(shí)，RXD1有一個下降沿，指示燈LED亮，外部RS-232電平經(jīng)過MAX3232轉(zhuǎn)化為TTL電平進(jìn)入微處理器。

　　系統(tǒng)通過外接1片DM9000以太網(wǎng)MAC芯片擴(kuò)展了一個10／100M自適應(yīng)的以太網(wǎng)接口，占用資源nGCS1／EINTO。DM9000是 Davicom公司的一個全雙工高速以太網(wǎng)控制處理器，內(nèi)部集成了10／100M PHY、MAC、MMU和4 KB Dword SRAM。兼容3．3 V和5 V供電。它提供8位、16位和32位3種接口，4路多功能GPIO。此外DM9000還集成有接收緩沖區(qū)。S3C2410X支持2路USB HOST接口，支持高速、低速USB設(shè)備。

　　1．5 無線通信模塊

　　無線技術(shù)是目前通信發(fā)展中最具有活力和前景的技術(shù)，支持無線接人的RFID中間件可以部署于無固定網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的場景，降低有線網(wǎng)絡(luò)部署成本。RFID中間件還可以用無線通信方式向用戶傳輸信息，提高信息傳遞的實(shí)時(shí)性。通過在系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)GPRS (General Packet Radio Service)模塊，使系統(tǒng)具備移動通信功能。GPRS是通用分組無線業(yè)務(wù)的簡稱，以分組模式在PLMN和與外部網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的內(nèi)部網(wǎng)上傳輸。理論上， GPRS可提供高達(dá)115 kbps的傳輸速率，但實(shí)際上用戶用到的帶寬大約為40 KB

　　～100KB。GPRS分組交換接人時(shí)間小于1 s，廣泛支持IP協(xié)議。GPRS的這些特點(diǎn)提供了一個完備的基于TCP／IP協(xié)議的通信解決方案。GPRS與Internet連接原理框圖如圖2所示。

　　GPRS通信模塊使用Sony Ericsson公司的GR47來實(shí)現(xiàn)GPRS上網(wǎng)的功能。GR47是GSM／GPRS全套語音和數(shù)據(jù)功能的工業(yè)級的先進(jìn)無線模塊，所有的功能都集中在一塊集成的芯片內(nèi)，內(nèi)嵌TCP／IP協(xié)議棧。