一款基于FPGA的RFID閱讀器設計

　0 引 言

　　RFID 技術是從 20 世紀 80 年代走向成熟的一項自動識別技術，近年來發(fā)展十分迅速。 目前，在全世界，基于 RFID 技術的電子標簽，使用已經(jīng) 非常廣泛了，這主要取決于它的特性，RFID 標簽可以使用在幾乎所有的物理對象上。RFID 技術在 工業(yè)自動化，物體跟蹤，交通運輸控制管理，防偽校園卡，電子錢包，行李標簽，收費系統(tǒng)，醫(yī)用裝 置，電子物品的監(jiān)控和軍事用途等方面已經(jīng)得到了廣泛的應用。例如第二代居民身份證，使用基于 ISO/IEC4443-B 標準的 13.56 MHz 電子標簽，該項 目可以說國內(nèi)乃至國際上最大的RFID 應用的項目之一。

　　RFID 系統(tǒng)由閱讀器(Reader)，電子標簽( Tag) 和后臺數(shù)據(jù)庫組成 ，見圖1。閱讀器從附著在物品上的Tag中讀取數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)在閱讀器或送給 后臺的數(shù)據(jù)庫應用程序進行處理。閱讀器作為RFID 系統(tǒng)中的關鍵部件通過天線與電子標簽進行無線 通信，可以實現(xiàn)對標簽識別碼和內(nèi)存數(shù)據(jù)的讀出或 寫入操作。

圖 1 RFID 系統(tǒng)構成。

　　FPGA 具有開發(fā)簡單，靜態(tài)可重復編程和動態(tài)在系統(tǒng)編程的特點，已經(jīng)成為當今應用最廣泛的 可編程專用集成電路。目前在 FPGA 的集成開發(fā)環(huán) 境中提供各種 I/O 接口的 IP 核，方便實現(xiàn)各種 I/O 接口。

　　現(xiàn)有的RFID 閱讀器一般是由ARM( AdvancedRISC Machines)結構體系實現(xiàn)的，一般體積較大，不容易升級。本文研究和實現(xiàn)了基于FPGA 的閱讀器，這種閱讀器具有結構靈活、體積小、升級容易、方便實現(xiàn)不同的外設接口等優(yōu)點。

　　論文結構如下第一部分描述閱讀器的總體結構，第二部分是硬件部分結構，第三部分是軟件部分結構，第四部分是閱讀器的實現(xiàn)。

　　1 基于FPGA 的RFID 閱讀器總體結構

　　閱讀器是由FPGA、射頻模塊、LCD 和FLASH構成的，閱讀器的系統(tǒng)結構見圖2。 標準串口向射頻模塊發(fā)送對標簽操作的命令，用于接收從射頻模塊返回的標簽中的內(nèi)容，LCD 顯示標簽信息，系統(tǒng)控制程序是系統(tǒng)的核心程序，它協(xié)調各部分的運行， FLASH 存儲器存放數(shù)據(jù)。

圖2 閱讀器的系統(tǒng)結構

　　FPGA 實現(xiàn)的外部接口有：串口、LCD 接口、FLASH 接口和鍵盤接口等，射頻模塊內(nèi)部含有符合RFID 標準的標簽操作程序，能夠執(zhí)行來自串口的操作標簽的命令，返回標簽的信息。

　　2 閱讀器的硬件部分結構

　　閱讀器是以FPGA 為核心，控制數(shù)據(jù)處理交換的模塊結構。FPGA 實現(xiàn)的模塊有：各個外設接口和CPU 模塊，這些模塊由該FPGA 內(nèi)部的可編程邏輯電路實現(xiàn)的，它完成與射頻模塊的通信，射頻模塊前端與標簽的空中接口通信讀取標簽信息，F(xiàn)PGA 從串口模塊取回標簽信息送LCD 顯示，硬件結構如圖3。

圖 3 閱讀器的硬件結構。

　　3 閱讀器軟件部分結構

　　程序的執(zhí)行從鍵盤的觸發(fā)開始，此時通過串口向射頻模塊發(fā)送讀標簽命令，射頻模塊返回標簽的信息，觸發(fā)串口中斷服務程序執(zhí)行，將讀出的信息放入FIFO 對列，將結果送LCD 顯示。軟件部分程序執(zhí)行流程圖見圖4。