摘要 基于a r m $ 1 l i n u x 的r f i d 閱讀器設(shè)計(jì) 作者簡(jiǎn)介：熊永中，男，1 9 8 5 年1 0 月生，師從成都理工大學(xué)陳金鷹教 授，2 0 1 1 年0 6 月畢業(yè)于成都理工大學(xué)信號(hào)與信息處理專業(yè)，獲得工學(xué)碩士學(xué) 位 摘要 隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)具有廣闊的應(yīng)用前景。r f i d 技術(shù)作為物 聯(lián)網(wǎng)核心技術(shù)之一，也得到了很廣泛的應(yīng)用和發(fā)展。閱讀器作為r f i d 系統(tǒng)重要 組成部分，在系統(tǒng)中起著重要作用，具有很大的研究?jī)r(jià)值。本文通過(guò)對(duì)當(dāng)前 r f i d 閱讀器的分析比較，提出了一種嵌入式閱讀器設(shè)計(jì)方案。研究和實(shí)現(xiàn)基于 a r m 和l i n u x 的r f i d 閱讀器設(shè)計(jì)，旨在促進(jìn)r f i d 閱讀器功能的完善，提高 r f i d 技術(shù)的發(fā)展水平，促進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)的推廣。本論文研究主要包括兩大技術(shù)，一 是a r m 嵌入式技術(shù)，二是r f i d 技術(shù)。主要要解決的問(wèn)題是引導(dǎo)加載程序和嵌入 式操縱系統(tǒng)的移植，r f i d 通信協(xié)議的研究及通信的實(shí)現(xiàn)，主要研究?jī)?nèi)容包括： 1 首先進(jìn)行了大量的基礎(chǔ)研究，為設(shè)計(jì)做好準(zhǔn)備。研究了嵌入式系統(tǒng)概 念、特點(diǎn)、硬件與軟件分析、比較以及選取等。通過(guò)比較當(dāng)前r f i d 閱讀器的特 點(diǎn)，分析了選用a r m 芯片作為控制器的優(yōu)點(diǎn)。通過(guò)對(duì)常用的幾種嵌入式系統(tǒng)的 分析和比較，選擇u c l i n u x 作為本設(shè)計(jì)所用嵌入式操作系統(tǒng)。研究了r f i d 技術(shù) 發(fā)展現(xiàn)狀，r f i d 系統(tǒng)的組成、標(biāo)準(zhǔn)等。 2 通過(guò)比較，選用價(jià)格低廉、功能豐富、可擴(kuò)展性強(qiáng)的a r m 7 系列芯片 s 3 c 4 4 b o x ，r f i d 模塊使用c y l 4 4 4 3 a - c ，該模塊性能優(yōu)良、接口簡(jiǎn)單、使用方 便。通過(guò)對(duì)控制器與r f i d 模塊之間接口的研究，完成硬件的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。 3 研究了r f i d 模塊的通信協(xié)議，包括發(fā)送、接收指令的研究，研究了電 子標(biāo)簽的讀取。運(yùn)用嵌入式c 語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言混合編程，實(shí)現(xiàn)了r f i d 閱讀器讀 取電子標(biāo)簽應(yīng)用程序的編寫(xiě)。利用s 3 c 4 4 b o x 的j t a g 功能，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用程序的在 線仿真和調(diào)試。 4 研究了u - b o o t 和u c li n u x 源代碼，然后根據(jù)實(shí)際硬件對(duì)其進(jìn)行修改， 編譯，移植。完成u c li n u x 添加應(yīng)用程序和移植，最終完成整個(gè)系統(tǒng)的移植工 作。 上述研究?jī)?nèi)容和成果，對(duì)于r f i d 閱讀器前端數(shù)據(jù)采集提供了一種很好的指 導(dǎo)方案，對(duì)于r f i d 技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步具有重要意義。本論文研究的r f i d 閱讀 成都理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 器使用簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、可擴(kuò)展性強(qiáng)、通用性強(qiáng)，為用戶繼續(xù)研究和開(kāi)發(fā)提供 了極大的便利。 關(guān)鍵詞：嵌入式系統(tǒng)r f i d 技術(shù)a r ml i n u x a b s t r a c t o n er f i dr e a d e rd e s i g nb a s e do na r ma n dl i n u x i n t r o d u c t i o no ft h ea u t h o r ：y o n g z h o n gx i o n g ，m a l e ，w a sb o r ni no c t o b e r ， 19 8 5w h o s et u t o rw a sp r o f e s s o rc h c nj i n y i n g h eg r a d u a t e df r o mc h e n g d uu n i v e r s i t y o ft e c h n o l o g yi ns i n g a la n di n f o r m a t i o np r o c e s s i n gm a j o ra n dw a sg r a n t e dt h e m a s t e r d e g r i nj u n e ，2 0 1 1 a b s t r a c t w i t ht h ec o n t i n u o u sd e v e l o p m e n to fi n f o r m a t i o nt e c h n o l o g y ，t h ei n t e r n e to f t h i n g sh a sb r o a da p p l i c a t i o np r o s p e c t s r f i dt e c h n o l o g yh a sa l s ob e e nav e r yw i d e r a n g eo fa p p l i c a t i o n sa n dd e v e l o p m e n ta st h ec o r et e c h n o l o g yo ft h ei n t e r n e to f t h i n g s r f i dr e a d e rp l a y sa ni m p o r t a n tr o l ei nt h er f i ds y s t e ma sa ni m p o r t a n t c o m p o n e n to ft h es y s t e m ，a n dh a sa l o to fr e s e a r c hv a l u e b a s e do nt h ea n a l y s i sa n d c o m p a r i s o no fc u r r e n tr f i dr e a d e r s ，o n e e m b e d d e dr e a d e r d e s i g nw a sp u t f o r w a r d t h er e s e a r c ha n di m p l e m e n t a t i o no fr f i dr e a d e rd e s i g nb a s e do i la r ma n d l i n u xw a st o i m p r o v et h ef u n c t i o no fr f i dr e a d e r , t oi m p r o v et h el e v e lo f d e v e l o p m e n to fr f i dt e c h n o l o g y , a n dt op r o m o t et h ep r o m o t i o no ft h ei n t e r n e to f t h i n g s i nt h i ss t u d y , t w ot e c h n o l o g i e sw e r ei n c l u d e d ，o n ew a sa r me m b e d d e d t e c h n o l o g y ，t h eo t h e ro n ew a sr f i dt e c h n o l o g y t h em a i np r o b l e m st ob es o l v e d w e r et ot r a n s p l a n tt h eb o o t l o a d e ra n de m b e d d e do p e r a t i n gs y s t e m ，t or e s e a r c hr f i d c o m m u n i c a t i o np r o t o c o la n di m p l e m e n tc o m m u n i c a t i o n ，t h em a i nr e s e a r c hc o n t e n t s i n c l u d e ： f i r s t l y , ag r e a td e a lo f b a s i cr e s e a r c hf o rt h ed e s i g nw a sd o n e s t a t u so ft h er f i d t e c h n o l o g y ，r f i ds y s t e mc o m p o n e n t sa n ds t a n d a r d sw o r er e s e a r c h e d r e s e a r c h i n gt h e c o n c e p to ff e a t u r e s ，h a r d w a r ea n ds o f t w a r ea n a l y s i s ，c o m p a r i s o n ，a n ds e l e c t i o no f e m b e d d e ds y s t e ma n ds oo nw a sd o n e b yc o m p a r i n gt h ec h a r a c t e r i s t i c so ft h ec u r r e n t r f i dr e a d e r s ，t h ea d v a n t a g e so fs e l e c t i n ga r mc h i p 嬲t h ec o n t r o l l e rw e r e a n a l y z e d b ya n a l y z i n gs e v e r a lc o m m o n l yu s e de m b e d d e do p e r a t i n gs y s t e m s ， u c l i n u xe m b e d d e do p e r a t i n gs y s t e mw a sc h o s e d b yc o m p a r i s o n ，a r m 7c h i ps 3 c 4 4 8 0 xw h i c hh a sl o wc o s t ，r i c hf e a t u r e s ， e x t e n s i b i l i t y w a sc h o s e d r f i dm o d u l eu s e dc y14 4 4 3 a c ，w h i c hh a s g o o d p e r f o r m a n c e ，s i m p l ei n t e r f a c e ，a n di se a s yt ou s e t h r o u g hr e s e a r c h i n gt h ei n t e r f a c e s i 成都理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 b e t w e e nc o n t r o l l e rm o d u l ea n dr f i dm o d u l e , d e s i g na n di m p l e m e n t a t i o no ft h e h a r d w a r ew e r ed o n e 3 t h ec o m m u n i c a t i o np r o t o c o l so fr f i dm o d u l e i n c l u d i n gs e n d i n ga n d r e c e i v i n gi n s t r u c t i o n ，h o wt or e a dt a gw e r er e s e a r c h e d u s i n gt h ej t a gf u n c t i o no f s 3 c 4 4 b o x ，a p p l i c a t i o no n l i n es i m u l a t i o na n dd e b u g g i n g w e r ea c h i e v e d 4 u - b o o ta n du c l i n u xs o u l c ：ec o d ew e r er e s e a r c h e d ，a n dt h e nw e r em o d i f i e d a c c o r d i n gt ot h ea c t u a lh a r d w a r e ，c o m p i l e da n dt r a n s p l a n t e d f i n a l l y , a p p l i c a t i o n sw e r e a d d e dt ou c l i n u x ，t h e nu c l i n u xw a st r a n s p l a n t e d n ec o n t e n t sa n dr e s u l t so ft h es t u d yp r o v i d ea9 0 0 dm e n t o r i n gt ot h er f i d r e a d e rf r o n t - e n dd a t ac o l l e c t i o n ，a n da r ei m p o r t a n tf o rt h ed e v e l o p m e n ta n dp r o g r e s so f r f i d t e c h n o l o g y i nt h i ss t u d y , t h er f i dr e a d e rh a sa d v a n t a g e so fu s i n gs i m p l e ，l o w c o s t ，e x t e n s i b i l i t y , v e r s a t i l i t y , p r o v i d e sag r e a tc o n v e n i e n c ef o rt h eu s e rt or e s e a r c ha n d d e v e l o p m e n t i t k e y w o r d s ：r f i dt e c h n o l o g ye m b e d d e ds y s t e ma r mu c l i n u x i v 第1 章引言 1 1 研究背景 第1 章引言 2 1 世紀(jì)是信息化時(shí)代，信息技術(shù)已成為推動(dòng)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的重要力量。 物聯(lián)網(wǎng)作為新一代信息技術(shù)，對(duì)于國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)進(jìn)步有著重要的意義， 得到了國(guó)家的高度重視和大力支持。r f i d 技術(shù)作為物聯(lián)網(wǎng)核心技術(shù)之一，已經(jīng) 成為了信息技術(shù)業(yè)界的研究熱點(diǎn)，具有很大的研究?jī)r(jià)值，被視為信息技術(shù)業(yè)界 的下一個(gè)“金礦一叫，具有非常廣闊的前景。目前，已經(jīng)也許多企業(yè)表現(xiàn)出了 對(duì)r f i d 技術(shù)很大的興趣，并投入大量研發(fā)經(jīng)費(fèi)，研制出了自己的軟件或硬件產(chǎn) 品及系統(tǒng)應(yīng)用解決方案。 1 2 研究現(xiàn)狀 1 2 1r f i d 技術(shù)國(guó)外研究現(xiàn)狀 從全世界范圍來(lái)看，作為電子信息強(qiáng)國(guó)的美國(guó)信息技術(shù)高度發(fā)達(dá)，在r f i d 標(biāo)準(zhǔn)建立和相關(guān)軟硬件開(kāi)發(fā)和應(yīng)用都處于全球領(lǐng)先水平，其中美國(guó)政府起到了 積極的推動(dòng)作用。在r f i d 標(biāo)準(zhǔn)方面，歐洲跟隨美國(guó)步伐、兩者在封閉系統(tǒng)應(yīng)用 方面差不多處于同一個(gè)階段。在r f i d 標(biāo)準(zhǔn)方面，日本提出了u i d 標(biāo)準(zhǔn)，但是支 持它的主要是日本國(guó)內(nèi)的公司，如果要成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)還需要很大的努力。韓國(guó) 雖然對(duì)r f i d 加強(qiáng)了重視，但是沒(méi)有明確的r f i d 標(biāo)準(zhǔn)，顯得模糊不清。目前， 比較成熟且先進(jìn)的r f i d 產(chǎn)品已經(jīng)出現(xiàn)在了美國(guó)、德國(guó)、瑞士等國(guó)家u 1 。 1 2 2r f i d 技術(shù)國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀 我國(guó)在r f i d 產(chǎn)業(yè)上的發(fā)展相對(duì)于歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家或地區(qū)，還處于比較落后 的狀態(tài)。當(dāng)前，我國(guó)已經(jīng)有了不少的r f i d 企業(yè)，但是存在一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題，那就 是缺乏關(guān)鍵核心技術(shù)，在超高頻r f i d 方面表現(xiàn)得尤為突出。在低高頻r f i d 技 術(shù)方面，由于技術(shù)門(mén)檻不是很高，發(fā)展比較早、技術(shù)比較成熟、產(chǎn)品應(yīng)用比較 廣泛，目前的競(jìng)爭(zhēng)相當(dāng)激烈。由于門(mén)檻較高、我國(guó)在超高頻r f i d 技術(shù)方面發(fā)展 比較晚，技術(shù)相對(duì)來(lái)說(shuō)比較欠缺。在國(guó)內(nèi)，很少企業(yè)從事超高頻r f i d 產(chǎn)品生 產(chǎn)，具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的企業(yè)更加缺乏。目前，我國(guó)正處于r f i d 行業(yè)發(fā)展的成 成都理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 長(zhǎng)期，r f i d 技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓展，產(chǎn)業(yè)規(guī)模迅速擴(kuò)大。在這一過(guò)程中，業(yè)內(nèi) 優(yōu)勢(shì)企業(yè)將以更高的速度成長(zhǎng)，為投資者提供良好的投資機(jī)會(huì)口1 。 1 3 研究意義 現(xiàn)在市面上的r f i d 閱讀器主要包括兩大類(lèi)，一類(lèi)是和計(jì)算機(jī)直接連接的固 定式閱讀器，另一類(lèi)是單片機(jī)控制的手持式閱讀器。綜合比較，固定式閱讀器 具有計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)容量大、處理速度快、功能豐富等優(yōu)點(diǎn)，但是不能用于無(wú)法與 計(jì)算機(jī)相連的環(huán)境。單片機(jī)控制的手持式閱讀器具有使用方便、可以運(yùn)用于惡 劣環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)，但是具有功能簡(jiǎn)單、處理速度較慢、可擴(kuò)展性不強(qiáng)等缺點(diǎn)。a r m 控制器具有資源豐富、處理速度快、可擴(kuò)展性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，本論文正是基于上述 兩類(lèi)閱讀器情況和a r m 控制器所具有的優(yōu)點(diǎn)，研究設(shè)計(jì)了基于a r m 和l i n u x 的 r f i d 閱讀器，實(shí)現(xiàn)了閱讀器前端數(shù)據(jù)采集功能。該閱讀器具有攜帶方便、適用 范圍廣、功能豐富、可擴(kuò)展性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。該閱讀器既克服了與計(jì)算機(jī)相連的固 定式閱讀器的使用不靈活等缺點(diǎn)，又克服了單片機(jī)控制的閱讀器功能簡(jiǎn)單等缺 點(diǎn)，同時(shí)，該閱讀器為用戶用于繼續(xù)開(kāi)發(fā)提供了方便。 1 4 研究?jī)?nèi)容 r f i d 閱讀器實(shí)現(xiàn)功能主要包括前端數(shù)據(jù)采集和后端數(shù)據(jù)傳輸，由于時(shí)間和 精力原因，本論文主要對(duì)r f i d 前端數(shù)據(jù)采集進(jìn)行了研究和實(shí)現(xiàn)。設(shè)計(jì)分為硬件 和軟件兩大部分，硬件包括嵌入式控制器模塊和r f i d 模塊以及其它外圍器件， 控制器采用三星公司的a r m 7 系列芯片s 3 c 4 4 b o x ，r f i d 模塊采用杭州燦宇科技 有限公司的c y l 4 4 4 3 a c ，軟件主要包括引導(dǎo)加載程序u - b o o t 和嵌入式操作系 統(tǒng)u c l i n u x 以及應(yīng)用程序。 本論文研究的r f i d 閱讀主要包括兩大技術(shù)，一是a r m 嵌入式技術(shù)，二是 r f i d 技術(shù)。設(shè)計(jì)主要框圖如圖1 - 1 所示，整個(gè)系統(tǒng)構(gòu)架主要由a r m 控制器和 r f i d 通信模塊兩大部分組成，a 跚控制器外接有存儲(chǔ)器模塊，包括f l a s hr o m 和s d r a m ，用于解決系統(tǒng)存儲(chǔ)問(wèn)題。閱讀器工作過(guò)程為：當(dāng)開(kāi)啟閱讀器電源或 按下復(fù)位鍵后，u b o o t 開(kāi)始運(yùn)行，之后啟動(dòng)u c l i n u x ，u c l i n u x 啟動(dòng)r f i d 閱讀 器應(yīng)用程序，實(shí)現(xiàn)電子標(biāo)簽讀取等功能。讀取功能實(shí)現(xiàn)過(guò)程如下：通過(guò)a r m 控 制器控制r f i d 模塊的收發(fā)。a r m 控制器外接按鍵，通過(guò)按鍵控制控制器發(fā)送指 令給r f i d 模塊，r f i d 模塊收到指令后根據(jù)通信協(xié)議，做出相應(yīng)的響應(yīng)。設(shè)有 指示燈指示電子標(biāo)簽檢測(cè)，當(dāng)r f i d 模塊檢測(cè)到電子標(biāo)簽時(shí)，l e d 將點(diǎn)亮表示檢 2 第1 章引言 測(cè)到了電子標(biāo)簽。蜂鳴器響應(yīng)可以根據(jù)需要進(jìn)行設(shè)定，決定蜂鳴器開(kāi)、關(guān)和響 應(yīng)次數(shù)。同時(shí)，a r m 控制器調(diào)用l c d 顯示程序顯示相關(guān)讀取信息。 本論文的主要研究?jī)?nèi)容： 1 嵌入式技術(shù)和r f i d 技術(shù)基礎(chǔ)研究，嵌入式設(shè)計(jì)硬件平臺(tái)和軟件平臺(tái)選 取，r f i d 模塊選取以及其他硬件器件選取。 2 r f i d 模塊通信協(xié)議研究，運(yùn)用嵌入式c 語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言混合編程，實(shí) 現(xiàn)r f i d 閱讀器讀取電子標(biāo)簽應(yīng)用程序編寫(xiě)、仿真、調(diào)試。 3 完成u - b o o t 和u c l i n u x 內(nèi)核研究分析，修改，編譯，移植，實(shí)現(xiàn) u c li n u x 添加應(yīng)用程序。 其中，r f i d 通信協(xié)議和通信實(shí)現(xiàn)是本論文研究的重點(diǎn)和核心內(nèi)容。 本設(shè)計(jì)主要采用了如下環(huán)境和工具： 1 操作系統(tǒng)：w i n d o w s ，r e dh a t 9l i n u x 。 2 電路圖繪制軟件：a l t i u md e s i g n e r6 9 。 3 開(kāi)發(fā)語(yǔ)言：匯編語(yǔ)言、c 語(yǔ)言。 4 集成開(kāi)發(fā)環(huán)境：a d s l 2 。 5 仿真、調(diào)試和下載工具：j l i n k 仿真器。 6 串口調(diào)試工具：超級(jí)終端。 圖卜1 總體設(shè)計(jì)框圖 3 成都理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 第2 章嵌入式系統(tǒng)介紹 2 1 嵌入式系統(tǒng)概念 嵌入式系統(tǒng)是一種專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，該系統(tǒng)以應(yīng)用作為中心、以計(jì)算機(jī)技 術(shù)作為基礎(chǔ)，其軟件和硬件是可以進(jìn)行裁剪的，適合對(duì)可靠性、功能、成本、 功耗、體積、要求嚴(yán)格的應(yīng)用系統(tǒng)嘲。從定義可得知，嵌入式系統(tǒng)是面向用 戶、面向產(chǎn)品、面向應(yīng)用的，具有很強(qiáng)的專用性，其必須與具體應(yīng)用緊密結(jié) 合，才能更突出優(yōu)勢(shì)所在。一般情況，嵌入式系統(tǒng)由嵌入式硬件和軟件兩部分 組成。其中，嵌入式硬件以微處理器為核心，集成存儲(chǔ)器和系統(tǒng)所需外圍器件 等構(gòu)成，初始化代碼及驅(qū)動(dòng)、嵌入式操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序等則構(gòu)成嵌入式軟 件。在實(shí)際應(yīng)用中，為了減小系統(tǒng)體積和功耗，通常在裝有微處理器的電路板 上，只保留和嵌入式應(yīng)用有關(guān)的功能璐1 ，嵌入式產(chǎn)品開(kāi)發(fā)流程如圖2 1 所示。 圖2 _ 1 嵌入式產(chǎn)品開(kāi)發(fā)流程 按照嵌入式系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)方法，嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)可以分成三個(gè)階段： 分析階段、設(shè)計(jì)階段和實(shí)現(xiàn)階段1 。分析階段往往又被稱為“需求階段 ，在 此階段需要明確要解決的問(wèn)題和要完成的目標(biāo)，之后面臨很重要的任務(wù)就是要 進(jìn)行嵌入式硬件和軟件的選擇，通常硬件和軟件的選擇包括：處理器、硬件部 4 第2 章嵌入式系統(tǒng)介紹 件、操作系統(tǒng)、編程語(yǔ)言、軟件開(kāi)發(fā)工具、硬件調(diào)試工具、軟件組件等。在設(shè) 計(jì)階段中，要按照用戶提出的要求、在給定的限定條件下完成任務(wù)。在實(shí)現(xiàn)階 段中，完成硬件和軟件調(diào)試，實(shí)現(xiàn)硬件、軟件系統(tǒng)協(xié)調(diào)運(yùn)行。 2 2 嵌入式系統(tǒng)特點(diǎn) 從構(gòu)成看，嵌入式系統(tǒng)集硬件和軟件于一體，具有可獨(dú)立工作的特點(diǎn)。從 外觀看，嵌入式系統(tǒng)可看做一個(gè)可編程的電子器件。從應(yīng)用來(lái)看，與通用計(jì)算 機(jī)系統(tǒng)比較，嵌入式系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn)口1 ： 1 專用性強(qiáng) 作為面向特定應(yīng)用的嵌入式系統(tǒng)，一般情況下，其硬件和軟件，尤其是軟 件，都是根據(jù)特定用戶群要求專門(mén)設(shè)計(jì)的，具有很強(qiáng)的專用性。 2 實(shí)時(shí)性好 在實(shí)際應(yīng)用中，許多嵌入式系統(tǒng)都有實(shí)時(shí)性要求陰1 ，因此實(shí)時(shí)性成為多數(shù) 嵌入式操作系統(tǒng)都要求的技術(shù)指標(biāo)，例如：從系統(tǒng)發(fā)出處理指令到系統(tǒng)給出應(yīng) 答數(shù)據(jù)所花費(fèi)的時(shí)間叫做系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間，從中斷請(qǐng)求到進(jìn)入中斷服務(wù)程序中所 花費(fèi)的時(shí)間叫做中斷響應(yīng)時(shí)間，操作系統(tǒng)將c p u 控制權(quán)從一個(gè)任務(wù)切換至另一 個(gè)任務(wù)所花費(fèi)的時(shí)間叫做任務(wù)切換時(shí)間。實(shí)時(shí)性作為嵌入式系統(tǒng)的一個(gè)重要技 術(shù)指標(biāo)，要求系統(tǒng)在事先規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，能對(duì)確定的事件做出響應(yīng)并正確完成 處理工作。 3 可裁剪性好 嵌入式系統(tǒng)要做到既不提高成本，又滿足專用性的要求，必須取得通用性 和專用性之間一定的平衡。把嵌入式系統(tǒng)硬件和操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)成可裁剪的是目 前通用的做法，開(kāi)發(fā)人員根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需要進(jìn)行裁剪，從而使系統(tǒng)用最精簡(jiǎn)的 配置滿足產(chǎn)品專用性要求，降低了系統(tǒng)成本。 4 可靠性高 與通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)相比較，嵌入式系統(tǒng)對(duì)可靠性的要求極高。比如，嵌入 式系統(tǒng)處理涉及產(chǎn)品質(zhì)量、生命財(cái)產(chǎn)安全等任務(wù)時(shí)或處于環(huán)境惡劣需要無(wú)人值 守的情況下，需要很高的可靠性。 5 功耗低 許多嵌入式小型應(yīng)用系統(tǒng)，比如移動(dòng)電話、p d a 、m p 3 等由于其體積原因， 不能配置較大容量的電源，追求低功耗是必然選擇。一般情況，產(chǎn)品的軟件固 化于存儲(chǔ)器芯片中，以降低功耗，延長(zhǎng)產(chǎn)品使用壽命。 5 成都理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 2 3 嵌入式硬件選取 2 3 1 硬件選取考慮因素 嵌入式系統(tǒng)硬件構(gòu)成中，嵌入式處理器是核心部件。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前 全世界已經(jīng)有超過(guò)1 0 0 0 多種的嵌入式處理器，其中，流行體系結(jié)構(gòu)有3 0 幾個(gè) 系列。但與全球p c 機(jī)市場(chǎng)不同的是，到目前為止，還沒(méi)有一種處理器可以主導(dǎo) 嵌入式系統(tǒng)，全世界現(xiàn)在有1 0 0 種以上的3 2 位的嵌入式微處理器。嵌入式系統(tǒng) 設(shè)計(jì)之間差別化很大，因此具有多樣化的選擇，在選擇處理器時(shí)，設(shè)計(jì)者要考慮 的主要因素1 有： 1 技術(shù)指標(biāo) 當(dāng)前，許多嵌入式處理器都集成了外圍設(shè)備的功能，芯片的數(shù)量大大減 少，整個(gè)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)費(fèi)用大為降低。系統(tǒng)所要求的一些硬件連接到處理器上能 否無(wú)需過(guò)多的膠合邏輯( g l ，g l u el o g i c ) 是開(kāi)發(fā)人員需要首先考慮的，該處理 器的一些支持芯片，比如內(nèi)存管理器、d m a 控制器，串行設(shè)備、時(shí)鐘等的配套 是開(kāi)發(fā)人員其次需要考慮的陽(yáng)1 。 2 處理性能 處理器的性能主要由時(shí)鐘頻率、內(nèi)部寄存器的大小等因素決定，許多嵌入 式系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要使用處理器時(shí)，往往最重要的目標(biāo)在于選取能夠完成目標(biāo)任務(wù) 的處理器和i 0 子系統(tǒng)n o 】。 3 功耗 目前，電子記事本、手機(jī)、g p s 導(dǎo)航器、手持設(shè)備等消費(fèi)類(lèi)電子產(chǎn)品在嵌 入式微處理器市場(chǎng)上增長(zhǎng)最快，高性能、低功耗成為其最主要的特點(diǎn)。這個(gè)領(lǐng) 域已經(jīng)吸引了許多企業(yè)進(jìn)入，具有很廣闊的市場(chǎng)前景。目前，在市場(chǎng)上可以買(mǎi) 到像筆記本電腦中p e n t i u m 一樣快的嵌入式處理器，不僅使用普通電池供電即 可，而且價(jià)格十分便宜。 4 軟件支持工具 如果僅僅只有一個(gè)好的處理器，沒(méi)有比較好的軟件開(kāi)發(fā)工具作為支持肯定 是不行的。因此，選擇一個(gè)比較合適的軟件開(kāi)發(fā)工具對(duì)于嵌入式系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)能 夠起到很好的作用n o 】。 5 是否內(nèi)置調(diào)試工具 如果處理器具有內(nèi)置調(diào)試工具，利用內(nèi)置調(diào)試工具輔助系統(tǒng)設(shè)計(jì)，調(diào)試周 期將大大縮小，調(diào)試難度將大為降低，開(kāi)發(fā)周期將大為縮短。 6 第2 章嵌入式系統(tǒng)介紹 2 3 2a r m 簡(jiǎn)介 a r m 的全稱是a d v a n c e dr i s cm a c h i n e s ，既可以作為一個(gè)公司的名字來(lái)使 用，又可以表示一類(lèi)微處理器的通稱，還可以表示一種技術(shù)1 。a r m 公司于 1 9 9 1 年在英國(guó)劍橋成立，專門(mén)從事基于r i s c 技術(shù)芯片設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)，主要出售芯 片的設(shè)計(jì)技術(shù)授權(quán)，它本身是不直接從事芯片生產(chǎn)的。目前，有許多處理器采 用a r m 技術(shù)知識(shí)產(chǎn)權(quán)( i p ) 核，通常這種處理器為a r m 微處理器。全球許多半 導(dǎo)體生產(chǎn)商從a r m 公司購(gòu)買(mǎi)a r m 處理器核，按照不同的應(yīng)用領(lǐng)域，加上適當(dāng)?shù)?外圍電路，從而形成了自己公司的a r m 微處理器芯片，比如三星公司的a r m 7 系 列芯片s 3 c 4 4 b o x 就是運(yùn)用a r m 微處理器內(nèi)核設(shè)計(jì)的，使用的范圍很廣。 2 3 3a r m 應(yīng)用領(lǐng)域 到目前為止，a r m 微處理器及技術(shù)的應(yīng)用幾乎已經(jīng)深入到各個(gè)領(lǐng)域： 1 工業(yè)控制領(lǐng)域 采用a r m 核的微控制器芯片作為3 2 位的r i s c 架構(gòu)，占據(jù)了高端微控制器 市場(chǎng)的大部分份額，向低端微控制器應(yīng)用領(lǐng)域方面也有所擴(kuò)展。a r m 微控制器 擁有低功耗、高性價(jià)比優(yōu)勢(shì)，傳統(tǒng)的8 位1 6 位微控制器因此面臨了極大的挑 戰(zhàn)n 幻。 2 無(wú)線通訊領(lǐng)域 a r m 微處理器由于其高性能與低成本，在無(wú)線通訊設(shè)備領(lǐng)域占有的比例超 過(guò)了8 5 ，并且在此領(lǐng)域的地位越來(lái)越鞏固。 3 網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用 伴隨著寬帶技術(shù)的普及，運(yùn)用a r m 技術(shù)的a d s l 芯片的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)越來(lái)越明 顯。還有，a r m 在語(yǔ)音及視頻處理方面進(jìn)行了優(yōu)化，并且獲得了廣泛的支持，因 此對(duì)d s p 的應(yīng)用領(lǐng)域提出了一定的挑戰(zhàn)。 4 消費(fèi)類(lèi)電子產(chǎn)品 在目前流行的數(shù)字音頻播放器、游戲機(jī)和數(shù)字機(jī)頂盒中a r m 微處理器得到 了廣泛的應(yīng)用。 5 成像和安全產(chǎn)品 現(xiàn)在，a r m 技術(shù)運(yùn)用于絕大部分的流行數(shù)碼相機(jī)和打印機(jī)中，也應(yīng)用于手 機(jī)中的3 2 位s i m 智能卡。 除此以外，a r m 微處理器及技術(shù)還應(yīng)用到許多不同的領(lǐng)域，并會(huì)在將來(lái)取 得更加廣泛的應(yīng)用。 7 成都理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 2 3 4a r m 微處理器的特點(diǎn) 采用r i s c 架構(gòu)的a r m 微處理器一般具有如下特點(diǎn)n 釘： 1 功耗低、成本低、性能高、體積小。 2 支持t h u m b ( 1 6 位) a r m ( 3 2 位) 雙指令集，對(duì)8 位1 6 位器件有很好 的兼容性。 3 大量地使用寄存器，加快了指令執(zhí)行速度。 4 在寄存器中完成大多數(shù)數(shù)據(jù)操作。 5 具有靈活簡(jiǎn)單的尋址方式，并且執(zhí)行效率高。 6 指令長(zhǎng)度是固定不變的。 2 3 5a t u v l 7 系列處理器簡(jiǎn)介 目前，a r m 微處理器主要包括a r m 7 系列、a r m 9 系列、a r m 9 r 系列、a r m i o e 等，每個(gè)a r m 體系結(jié)構(gòu)的微處理器都擁有a r m 體系結(jié)構(gòu)的共同特點(diǎn)，同時(shí)又具 有各自的特點(diǎn)和應(yīng)用領(lǐng)域。在這些系列中，a r m 7 、a r m 9 、a r m 9 e 和a r m i o 是4 個(gè)通用處理器系列，每一個(gè)系列提供一套相對(duì)獨(dú)特的性能來(lái)滿足不同應(yīng)用領(lǐng)域 的需求。a r m 7 處理器性價(jià)比高、使用廣泛，為低功耗的3 2 位r i s c 處理器，最 適合用于對(duì)價(jià)位和功耗要求較高的消費(fèi)類(lèi)應(yīng)用 1 4 1 0 本設(shè)計(jì)采用三星公司的a r m 7 系列芯片s 3 c 4 4 b o x ，故下面主要介紹a r m 7 系列微處理器，a r m 7 系列微處理器 具有如下特點(diǎn)n 鍆： 1 具有嵌入式i c e r t 邏輯，使得調(diào)試開(kāi)發(fā)更加方便。 2 功耗極低，非常適合于功耗要求較高的應(yīng)用領(lǐng)域，比如便攜式產(chǎn)品。 3 可以提供0 9 m i p s m h z 的三級(jí)流水線結(jié)構(gòu)。 4 代碼密度高并且能夠兼容1 6 位的t h u m b 指令集。 5 對(duì)操作系統(tǒng)的支持非常廣泛，支持l i n u x 、w i n d o w sc e 、p a l mo s 等。 6 具有與a r m 9 系列、a r m 9 e 系列和a r m i o e 系列兼容的指令系統(tǒng)，使得用 戶升級(jí)產(chǎn)品更加方便。 7 具有最高可達(dá)到1 3 0 m i p s 的主頻，高速的運(yùn)算處理能力可以勝任絕大多 數(shù)的復(fù)雜應(yīng)用。 a r m 7 系列微處理器包括如下幾種類(lèi)型的核：a r m 7 t d m i 、a r m 7 t d m i s 、 a r m 7 2 0 t 、a r m 7 e j 。其中，a r m 7 t m d i 作為目前使用最廣泛的3 2 位嵌入式r i s c 處理器，屬于低端a r m 處理器核。其中，t d m i 的基本含義為：t 表示支持1 6 位 壓縮指令集t h u m b ，d 表示支持片上d e b u g ，m 表示內(nèi)嵌硬件乘法器 ( m u l t i p l i e r ) ，i 表示嵌入式i c e ，支持片上斷點(diǎn)和調(diào)試點(diǎn)n “陽(yáng)。 8 第2 章嵌入式系統(tǒng)介紹 2 4 嵌入式軟件選擇 嵌入式軟件的開(kāi)發(fā)流程主要涉及到代碼編程、交叉編譯、交叉鏈接、下載 到目標(biāo)板和調(diào)試等幾個(gè)步驟。下面介紹嵌入式操作系統(tǒng)的選擇和編程語(yǔ)言的選 擇，首先對(duì)幾種常見(jiàn)嵌入式操作系統(tǒng)進(jìn)行比較n 刀： 1 v x w o r k s v x w o r k s 是美國(guó)w i n d r i v e r 公司的產(chǎn)品，由4 0 0 多個(gè)相對(duì)獨(dú)立、短小精悍 的目標(biāo)模塊組成，實(shí)際應(yīng)用中，可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)牟眉艉团渲谩＞?有基于優(yōu)先級(jí)的任務(wù)間同步與通信、任務(wù)調(diào)度、定時(shí)器和內(nèi)存管理、中斷處理 等功能，內(nèi)建的多處理器控制程序和內(nèi)存管理符合p o s i x 規(guī)范。v x w o r k s 具有 簡(jiǎn)明易懂的用戶接口，目前在嵌入式領(lǐng)域中應(yīng)用很廣泛，占有比較高的市場(chǎng) 率。 2 u c o s - i i u c o s - i i 是在u c - o s 的基礎(chǔ)上用c 語(yǔ)言編寫(xiě)的一個(gè)多任務(wù)實(shí)時(shí)內(nèi)核，具有 占用空間小、執(zhí)行效率高、實(shí)時(shí)性優(yōu)良與可擴(kuò)展性強(qiáng)等特點(diǎn)。u c o s i i 可以管 理6 4 個(gè)任務(wù)，并具有內(nèi)存管理、時(shí)間管理和中斷服務(wù)、任務(wù)調(diào)度與管理、任務(wù) 間同步與通信等功能。 3 w i n d o w sc e w i n d o w sc e 操作系統(tǒng)是微軟公司于1 9 9 6 年發(fā)布的一種嵌入式系統(tǒng)，目前 使用最多的是w i n d o w sc e n e t 4 2 版和w i n d o w sc e n e t 5 0 版，在p d a 、 p o c k e tp c 、s m a r tp h o n e ( 智能手機(jī)) 、工業(yè)控制和醫(yī)療設(shè)備方面使用較為廣 泛。w i n d o w sc e 是一個(gè)簡(jiǎn)單、高效率的多平臺(tái)操作系統(tǒng)，不是桌面w i n d o w s 操 作系統(tǒng)的削減版本，而是從整體上為有限資源的平臺(tái)設(shè)計(jì)的多線程、完全優(yōu)先 級(jí)、多任務(wù)的操作系統(tǒng)n 鍆。 4 s y m b i a no s s y m b i a no s 又叫做e p o c 系統(tǒng)，是一個(gè)專門(mén)用于手機(jī)等移動(dòng)設(shè)備的操作系 統(tǒng)。目前諾基亞、愛(ài)立信、松下等公司都支持s y m b i a no s 系統(tǒng)，該系統(tǒng)占據(jù)了 絕大部分智能手機(jī)市場(chǎng)份額。 5 u c i i n u x u c l i n u x 表示m i c r o - c o n r o l - l i n u x ，是一種使用廣泛的嵌入式l i n u x 版 本。同標(biāo)準(zhǔn)的l i n u x 相比，u c l i n u x 具有非常小的內(nèi)核，但是它仍然具有l(wèi) i n u x 操作系統(tǒng)的主要特性，主要包括強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能、良好的移植性和穩(wěn)定性、標(biāo) 準(zhǔn)豐富的a p i 、出色的文件系統(tǒng)支持、以及t c p i p 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議等。 9 成都理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 綜合比較，u c l i n u x 具有的優(yōu)點(diǎn)為r f i d 閱讀器的繼續(xù)研究和開(kāi)發(fā)提供了極 大的便利，運(yùn)用u c li n u x 強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能可以使r f i d 閱讀器后端數(shù)據(jù)傳輸高 效、快捷，提高r f i d 系統(tǒng)工作效率。 編程語(yǔ)言的選擇主要考慮以下因素1 ： 1 通用性 在不同種類(lèi)的微處理器中，都有自己專用的匯編語(yǔ)言。這樣，系統(tǒng)開(kāi)發(fā)者 就面臨了一個(gè)巨大的障礙，系統(tǒng)編程變得更加困難，軟件重用也無(wú)法實(shí)現(xiàn)。一 般來(lái)說(shuō)，高級(jí)語(yǔ)言和具體器件的硬件結(jié)構(gòu)聯(lián)系不多，同時(shí)得到了多數(shù)微處理器 的支持，這樣使得高級(jí)語(yǔ)言通用性較好，比如c 語(yǔ)言。 2 可移植性程度 匯編語(yǔ)言與具體的微處理器密切相關(guān)，為某種微處理器設(shè)計(jì)的程序無(wú)法直 接移植到不同種類(lèi)的微處理器上使用，可移植性差。然而，高級(jí)語(yǔ)言對(duì)不同微 處理器具有通用性，這樣，程序可以運(yùn)行于不同的微處理器，可移植性較好。 3 執(zhí)行效率 一般情況，高級(jí)語(yǔ)言的編譯器和開(kāi)銷(xiāo)較大、應(yīng)用程序較大、較慢。但是， 如果單純依靠低級(jí)語(yǔ)言來(lái)進(jìn)行應(yīng)用程序的開(kāi)發(fā)，編程復(fù)雜、開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng)。因 此，在開(kāi)發(fā)時(shí)間與運(yùn)行性能之間存在一個(gè)權(quán)衡問(wèn)題，比如在實(shí)際嵌入式系統(tǒng)開(kāi) 發(fā)中，經(jīng)常使用匯編語(yǔ)言和c 語(yǔ)言混合編程，效率提高了，開(kāi)發(fā)周期縮短了。 4 可維護(hù)性 低級(jí)語(yǔ)言比如匯編語(yǔ)言可維護(hù)性低，而高級(jí)語(yǔ)言程序往往是通過(guò)模塊化設(shè) 計(jì)完成的，各個(gè)模塊之間的接口是固定的。如果系統(tǒng)出現(xiàn)問(wèn)題，可以將問(wèn)題很 快地定位到某個(gè)模塊內(nèi)，并且盡快解決。另外，采用模塊化設(shè)計(jì)，系統(tǒng)功能的 擴(kuò)充和升級(jí)也方便了n 射。 2 5 嵌入式設(shè)計(jì)一般方法 在嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)過(guò)程中包括宿主機(jī)開(kāi)發(fā)和目標(biāo)機(jī)開(kāi)發(fā)兩個(gè)過(guò)程，宿主機(jī) 即計(jì)算機(jī)，其任務(wù)是執(zhí)行編譯、鏈接、定址。目標(biāo)機(jī)是運(yùn)行嵌入式軟件的硬件 平臺(tái)馴。 首先，必須完成編譯、鏈接、定址三個(gè)步驟，這一過(guò)程將應(yīng)用程序轉(zhuǎn)換成 可以在目標(biāo)機(jī)上運(yùn)行的二進(jìn)制代碼。編譯過(guò)程由交叉編譯器實(shí)現(xiàn)，交叉編譯器 完成的任務(wù)就是在一個(gè)計(jì)算機(jī)平臺(tái)上生成在另一個(gè)計(jì)算機(jī)平臺(tái)上可以運(yùn)行的代 碼，常見(jiàn)的交叉編譯器有g(shù) n u c c + + ( g c c ) 等。把編譯過(guò)程產(chǎn)生的全部目標(biāo)文件 鏈接成為一個(gè)目標(biāo)文件的過(guò)程叫做鏈接過(guò)程。把物理存儲(chǔ)器地址指定給目標(biāo)文 l o 第2 章嵌入式系統(tǒng)介紹 件的每個(gè)相對(duì)偏移處定址的過(guò)程叫做定址過(guò)程，該過(guò)程生成的二進(jìn)制文件就是 可以在嵌入式平臺(tái)上運(yùn)行的文件n 鍆。 調(diào)試目標(biāo)機(jī)上的應(yīng)用程序也是嵌入式開(kāi)發(fā)過(guò)程中的一個(gè)重要的步驟心。嵌 入式調(diào)試需要交叉調(diào)試器，“宿主機(jī)一目標(biāo)機(jī) 調(diào)試是一般采用的調(diào)試方式， 宿主機(jī)和目標(biāo)機(jī)之間由以太網(wǎng)線或串口線連接。交叉調(diào)試包括任務(wù)級(jí)、源碼級(jí) 和匯編級(jí)的調(diào)試，調(diào)試時(shí)需下載宿主機(jī)上的操作系統(tǒng)內(nèi)核和應(yīng)用程序到目標(biāo)機(jī) 的r a m 中或者直接燒錄到目標(biāo)機(jī)的f l a s hr o m 中。調(diào)試器對(duì)目標(biāo)機(jī)上運(yùn)行的應(yīng) 用程序進(jìn)行控制的代理( d e b u g g e ra g e n t ) 叫做目標(biāo)監(jiān)控器，是事先被固化在目 標(biāo)機(jī)的f l a s hr o m 中的。目標(biāo)監(jiān)控器在目標(biāo)機(jī)上電后自動(dòng)啟動(dòng)，并等待宿主機(jī) 方調(diào)試器發(fā)來(lái)的命令，配合調(diào)試器完成應(yīng)用程序的下載、運(yùn)行和基本的調(diào)試功 能，然后將調(diào)試信息返回給宿主機(jī)心鉑。 在應(yīng)用嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的過(guò)程中，由于對(duì)應(yīng)于每一個(gè)處理器的硬件平臺(tái)都 是通用的、固定的、成熟的，因此，硬件系統(tǒng)錯(cuò)誤的引入機(jī)會(huì)在開(kāi)發(fā)過(guò)程中減 少了。同時(shí)，由于底層硬件的許多復(fù)雜信息被屏蔽掉了，這樣開(kāi)發(fā)者完成大 部分工作可以通過(guò)操作系統(tǒng)自身的a p i 函數(shù)完成，開(kāi)發(fā)過(guò)程大為簡(jiǎn)化了，系統(tǒng) 的穩(wěn)定性也提高了。 綜上所述，嵌入式系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)使得開(kāi)發(fā)者不用花費(fèi)太多的精力在硬件設(shè)計(jì) 上，從而可以把主要的精力放在編寫(xiě)特定的應(yīng)用程序上，有利于縮短開(kāi)發(fā)周 期、提高開(kāi)發(fā)效率、降低開(kāi)發(fā)成本。 2 6 本章小結(jié) 首先對(duì)嵌入式系統(tǒng)的概念作了簡(jiǎn)單介紹，分析了嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn)。分析 了嵌入式硬件選取考慮的因素，選用三星公司的a r m 7 系列芯片s 3 c 4 4 b o x 作為 控制器。接著對(duì)a r m 技術(shù)、a r m 微處理器的應(yīng)用領(lǐng)域和特點(diǎn)及系列作了簡(jiǎn)單介 紹。分析比較了嵌入式操作系統(tǒng)及編程語(yǔ)言的比較，選用u c l i n u x 和嵌入式c 語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言完成了嵌入式軟件選擇。 成都理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 第3 章 r fid 技術(shù)介紹 r f i d 技術(shù)是一種利用射頻通信方法實(shí)現(xiàn)非接觸式、快速、實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確地采 集與處理信息的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，它通過(guò)射頻信號(hào)自動(dòng)識(shí)別目標(biāo)對(duì)象并獲取相關(guān) 數(shù)據(jù)，識(shí)別工作無(wú)須人工干預(yù)，可工作于各種環(huán)境之下。它是目前自動(dòng)識(shí)別技 術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)所在，更被譽(yù)為2 l 世紀(jì)最重要的十大技術(shù)之一。當(dāng)成本這一始終 阻礙r f i d 得到全面發(fā)展的問(wèn)題在發(fā)達(dá)國(guó)家政府政策的支持下得到解決后，r f i d 得到了前所未有的廣泛發(fā)展和應(yīng)用洲。r f i d 可以廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化、商業(yè) 自動(dòng)化、交通運(yùn)輸控制管理和身份認(rèn)證等多個(gè)領(lǐng)域，而在倉(cāng)儲(chǔ)物流管理、生產(chǎn) 過(guò)程制造管理、智能交通、網(wǎng)絡(luò)家電控制等方面更是引起了眾多廠商的關(guān)注， 廣泛地體現(xiàn)了r f i d 在應(yīng)用中的感知和采集功能，是物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用基礎(chǔ)洶1 。完整 的r f i d 系統(tǒng)由閱讀器、電子標(biāo)簽、應(yīng)用軟件系統(tǒng)三大部分組成嘶1 ，其組成框圖 如圖3 一l 所示，下面對(duì)電子標(biāo)簽、閱讀器、天線進(jìn)行介紹。 閱讀囂 3 1 電子標(biāo)簽 圖3 - 1 盱i d 系統(tǒng)組成框圖 電子標(biāo)簽是由耦合元件及芯片組成的，每個(gè)標(biāo)簽具有唯一的r f i d 編碼，可 以附著在物體上標(biāo)識(shí)目標(biāo)對(duì)象，一般情況下，標(biāo)簽已經(jīng)包含了標(biāo)簽天線。電子 標(biāo)簽的分類(lèi)有多種方式嘲，比如按照工作頻率分類(lèi)、按照電能消耗分類(lèi)、按照應(yīng) 用分類(lèi)。 電子標(biāo)簽的工作頻率是其最重要的特點(diǎn)之一。電子標(biāo)簽的工作頻率不僅決 定著射頻識(shí)別系統(tǒng)工作原理( 電感耦合還是電磁耦合) 、識(shí)別距離，還決定者 電子標(biāo)簽及閱讀器實(shí)現(xiàn)的難易程度和設(shè)備的成本。工作在不同頻段或頻點(diǎn)上的 電子標(biāo)簽具有不同的特點(diǎn)。射頻識(shí)別應(yīng)用占據(jù)的頻段或頻點(diǎn)在國(guó)際上有公認(rèn)的 劃分，即位于i s m 波段之中。典型的工作頻率有：1 2 5 k h z ，1 3 3 k h z ， 1 2 第3 章r f i d 技術(shù)介紹 1 3 5 6 刪z ，2 7 1 2 m h z ，4 3 3 m h z ，9 0 2 - - - 9 2 8 m h z ，2 4 5 g h z ，5 8 g h z 等。按工作頻 率分類(lèi)，可以將電子標(biāo)簽分為以下幾類(lèi)： 1 低頻段電子標(biāo)簽 簡(jiǎn)稱為低頻標(biāo)簽，其工作頻率范圍為3 0 k h z - - 3 0 0 k h z 。典型工作頻率有： 1 2 5 k h z ，1 3 3 k h z ( 也有接近的其他頻率，如t i 使用1 3 4 2 l ( h z ) 。低頻標(biāo)簽一般 為無(wú)源標(biāo)簽，其工作能量通過(guò)電感耦合方式從閱讀器耦合線圈的輻射近場(chǎng)中獲 得。低頻標(biāo)簽與閱讀器之間傳送數(shù)據(jù)時(shí)，低頻標(biāo)簽需位于閱讀器天線輻射的近 場(chǎng)區(qū)內(nèi)。低頻標(biāo)簽的閱讀距離一般情況下小于l 米。低頻標(biāo)簽的典型應(yīng)用有： 動(dòng)物識(shí)別、容器識(shí)別、工具識(shí)別、電子閉鎖防盜( 帶有內(nèi)置應(yīng)答器的汽車(chē)鑰 匙) 等。與低頻標(biāo)簽相關(guān)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)有：i s 0 1 1 7 8 4 1 1 7 8 5 ( 用于動(dòng)物識(shí)別) 、 i s 0 1 8 0 0 0 2 ( 1 2 5 1 3 5 k h z ) 。 2 中高頻段電子標(biāo)簽 高頻電子標(biāo)簽一般也采用無(wú)源方式，其工作能量同低頻標(biāo)簽一樣，也是通 過(guò)電感( 磁) 耦合方式從閱讀器耦合線圈的輻射近場(chǎng)中獲得。標(biāo)簽與閱讀器進(jìn) 行數(shù)據(jù)交換時(shí)，標(biāo)簽必須位于閱讀器天線輻射的近場(chǎng)區(qū)內(nèi)。中頻標(biāo)簽的閱讀距 離一般情況下也小于1 米( 最大讀取距離為1 5 米) 。高頻標(biāo)簽由于可方便地 做成卡狀，典型應(yīng)用包括：電子車(chē)票、電子身份證、電子閉鎖防盜( 電子遙控 門(mén)鎖控制器) 等。相關(guān)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)有：i s 0 1 4 4 4 3 、i s 0 1 5 6 9 3 、i s 0 1 8 0 0 0 - 3 ( 1 3 5 6 m h z ) 等。高頻標(biāo)準(zhǔn)的基本特點(diǎn)與低頻標(biāo)準(zhǔn)相似，由于其工作頻率的提 高，可以選用較高的數(shù)據(jù)傳輸速率。 3 超高頻與微波電子標(biāo)簽 超高頻與微波頻段的電子標(biāo)簽，簡(jiǎn)稱為微波電子標(biāo)簽，其典型工作頻率 為：4 3 3 9 2 m h z ，8 6 2 ( 9 0 2 ) 一- , 9 2 8 m h z ，2 4 5 g h z ，5 8 g h z 。微波電子標(biāo)簽可分為 有源標(biāo)簽與無(wú)源標(biāo)簽兩類(lèi)。工作時(shí)，電子標(biāo)簽位于閱讀器天線輻射場(chǎng)的遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng) 內(nèi)，標(biāo)簽與閱讀器之間的耦合方式為電磁耦合方式。閱讀器天線輻射場(chǎng)為無(wú)源 標(biāo)簽提供射頻能量，將有源標(biāo)簽喚醒。相應(yīng)的射頻識(shí)別系統(tǒng)閱讀距離一般大于 1 m ，典型情況為4 7 m ，最大可達(dá)l o m 以上。微波電子標(biāo)簽的典型應(yīng)用包括：移 動(dòng)車(chē)輛識(shí)別、電子身份證、倉(cāng)儲(chǔ)物