一、研究背景及設(shè)計(jì)方案
　　RFID是射頻識(shí)別技術(shù)（RadioFrequencyIdentification）的英文縮寫(xiě)，射頻識(shí)別技術(shù)是一種非接觸式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，它使用射頻電磁波通過(guò)空間耦合（交變磁場(chǎng)或電磁場(chǎng)）在閱讀器和要進(jìn)行識(shí)別、分類(lèi)和跟蹤的移動(dòng)物品（物品上附著有RFID標(biāo)簽）之間實(shí)現(xiàn)無(wú)接觸信息傳遞并通過(guò)所傳遞的信息達(dá)到識(shí)別目的的技術(shù)。RFID是一種自動(dòng)識(shí)別和數(shù)據(jù)捕獲技術(shù)，可以提供無(wú)人看管的自動(dòng)監(jiān)視與報(bào)告作業(yè)。
　　RFID閱讀器的工作原理如下：閱讀器通過(guò)天線發(fā)送出一定頻率的射頻信號(hào)，當(dāng)標(biāo)簽進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)產(chǎn)生感應(yīng)電流從而獲得能量，發(fā)送出自身編碼和相關(guān)信息被讀取器讀取并解碼后送回到計(jì)算機(jī)中進(jìn)行有關(guān)處理，。識(shí)別工作無(wú)須人工干預(yù)，可工作于各種惡劣環(huán)境。高性能的RFID讀寫(xiě)器可以同時(shí)識(shí)別多個(gè)物體。
　　在工業(yè)生產(chǎn)線RFID系統(tǒng)中，由于生產(chǎn)線現(xiàn)場(chǎng)的工作環(huán)境復(fù)雜，各類(lèi)電磁干擾源非常多，采集點(diǎn)的數(shù)量多，而通常的RFID讀寫(xiě)器，由于采用單片機(jī)為主控制器，運(yùn)算能力弱，本地不具備數(shù)據(jù)分析和存儲(chǔ)能力，不具備較強(qiáng)的抗*力，對(duì)后臺(tái)系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理能力要求較高，而在工業(yè)生產(chǎn)線上，如果直接將所有采集點(diǎn)（通常多達(dá)數(shù)百點(diǎn)）所讀取的信息直接傳回服務(wù)器，由于要在服務(wù)器上進(jìn)行繁重的數(shù)據(jù)分析和干擾排除，過(guò)大的數(shù)據(jù)量和計(jì)算量很容易造成服務(wù)器端的信息堵塞，進(jìn)而影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。所以現(xiàn)有的解決方案往往直接使用價(jià)格昂貴的工業(yè)PC機(jī)完成前端工作，但這樣無(wú)疑大大增加了總體的部署成本。本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路見(jiàn)圖（1）通過(guò)功能強(qiáng)大的RFID嵌入式終端，直接在本地完成復(fù)雜的標(biāo)簽讀取，數(shù)據(jù)糾錯(cuò)，干擾排除，信息提取和數(shù)據(jù)保存等工作，僅將有效信息通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸給后臺(tái)服務(wù)器，這樣就大大降低網(wǎng)絡(luò)通信的開(kāi)銷(xiāo)，降低了服務(wù)器的資源占用，從而提高了系統(tǒng)整體的運(yùn)行效率，提高了穩(wěn)定性，增加了業(yè)務(wù)的靈活性。
　　圖（1）RFID技術(shù)應(yīng)用于生產(chǎn)線總體示意
　　二、系統(tǒng)的總體硬件設(shè)計(jì)
　　為了達(dá)到設(shè)計(jì)功能和環(huán)境需求，本系統(tǒng)底板采用了PCB6層設(shè)計(jì)，機(jī)殼加裝了電磁屏蔽網(wǎng)，另外專(zhuān)門(mén)配備了PCMCIA接口用來(lái)外接RFID讀寫(xiě)模塊，采用的主要元件如下：
　?、傥⑻幚砥鳎∕PU）：針對(duì)終端需要高速運(yùn)算和數(shù)據(jù)庫(kù)操作的需要，并考慮到系統(tǒng)外圍設(shè)備的需求情況，本系統(tǒng)采用ARM9核的SAMSUNGS3C2410處理器。zui高主頻可達(dá)203MHz。
　?、赟DRAM存儲(chǔ)部分采用兩顆Hynix公司的HY57V561620CT內(nèi)存，大小為32M。
　?、跢LASH存儲(chǔ)器采用SAMSUNG公司的K9F1208UOMNandFlash，大小為64M。
　?、躌FID閱讀器模塊：采用了WJ公司的MPR6000系列產(chǎn)品，PCMCIA接口。
　　⑤網(wǎng)絡(luò)通信模塊：采用了Realtek8039芯片，支持10M/100M網(wǎng)絡(luò)通信。
　　三、系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)介紹
　　系統(tǒng)的軟件部分主要由Linux基本系統(tǒng)、RFID標(biāo)簽識(shí)別解析模塊、嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)操作模塊、網(wǎng)絡(luò)通信等模組成，軟件模塊關(guān)系如圖（2），下面簡(jiǎn)單介紹一下各模塊的功能和主要函數(shù)。
　　圖（2）軟件系統(tǒng)流程
　?、貺inux基本系統(tǒng)
　　由于Linux成本低，代碼開(kāi)放，穩(wěn)定性高，多線程，支持USB、Flash等多種外設(shè)，底層支持TCP/IP網(wǎng)絡(luò)，故本系統(tǒng)將其移植到ARM9上作為操作系統(tǒng)，內(nèi)核版本號(hào)為2.4.1。由于文件系統(tǒng)涉及數(shù)據(jù)庫(kù)文檔保存，故采用了YAFFS文件系統(tǒng)，另外就是針對(duì)本系統(tǒng)采用的外設(shè)和功能對(duì)Linux內(nèi)核作了相應(yīng)裁減，以降低其內(nèi)存占用。提高速度。
　　②RFID標(biāo)簽識(shí)別解析模塊
　　在設(shè)計(jì)中采用了WJ公司PCMCIA接口的RFID讀寫(xiě)器模塊MPR6000，該模塊通過(guò)UART-over-PCBUS總線與嵌入式主機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，其通信的特點(diǎn)如下：遵循命令-回復(fù)的通信模式，首先由系統(tǒng)向RFID讀寫(xiě)模塊發(fā)命令幀，讀寫(xiě)模塊在識(shí)別到通信包頭的時(shí)候讀取命令字，并進(jìn)行CRC糾錯(cuò)，如果錯(cuò)誤的話則忽略該幀，有效地話則執(zhí)行相關(guān)指令，并將讀取的標(biāo)簽信息及結(jié)果編成返回?cái)?shù)據(jù)幀傳給系統(tǒng)，系統(tǒng)收到通信幀時(shí)也同樣進(jìn)行包頭識(shí)別和CRC糾錯(cuò)，如正確的話就進(jìn)行解包并取得標(biāo)簽相關(guān)信息。
　　命令包的格式如下
 
　　命令幀范例樣本如下：01000D11001E011830182EB769CC通過(guò)解包后表示如下內(nèi)容：從一號(hào)天線，以1E的功率，讀取過(guò)濾碼（即標(biāo)簽前幾位的ID號(hào)）為30182EB7的RFIDEPCClass0標(biāo)簽，幀長(zhǎng)度為0D，CRC糾錯(cuò)碼為69CC。
　　返回幀的格式如下

　　返回幀范例樣本如下：010011010130182EB72000000000000074F6
　　通過(guò)解包后表示如下內(nèi)容：讀取到一個(gè)96bit的EPC標(biāo)簽，標(biāo)簽ID為30182EB72000000000000000，讀取操作完成，數(shù)據(jù)幀長(zhǎng)度為11，CRC糾錯(cuò)碼為74F6。
　　針對(duì)通信幀的特點(diǎn)設(shè)計(jì)的Linux平臺(tái)驅(qū)動(dòng)軟件由以下幾個(gè)主要的子函數(shù)組成：
　　1、unsignedshortCalculateBlockCRC16（intlen,unsignedchar*pBuf）;進(jìn)行CRC計(jì)算和驗(yàn)證
　　2、intAppendCRC（void*pBuf,unsignedshortCRC）;將算出的CRC值添加到請(qǐng)求包位置
　　3、intUartSend（void*pBuf，intuart_num）;將算出的CRC及命令字發(fā)送到串口
　　4、intUartRead（unsignedchar*pBuf,intuart_num）；從的串口讀入返回的數(shù)據(jù)包
　　5、intCRCcheck（unsignedchar*pBuf,unsignedshortCRC）;比對(duì)得到的CRC與數(shù)據(jù)包是否正確
　　6、intProcessTag（unsignedchar*pBuf,unsignedcharTags[]）；
　　處理得到的返回楨，分離出讀取到的條碼編號(hào)，并存入數(shù)組進(jìn)行暫存，為下一步數(shù)據(jù)庫(kù)存取做好準(zhǔn)備除以上子函數(shù)外，還有其它相應(yīng)的函數(shù)來(lái)進(jìn)行剔除干擾數(shù)據(jù)包，處理異常等工作，經(jīng)本模塊處理后，已經(jīng)可以確保可以過(guò)濾絕大多部分的干擾信息了，這樣處理完的數(shù)據(jù)就可以直接進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)記錄和通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸給后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)了。
　　③嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)操作模塊
　　嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)是整個(gè)系統(tǒng)的重要組成部分，在本系統(tǒng)中采用了開(kāi)源的小型嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)SQLite，支持SQL92標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(kù)操作語(yǔ)句和事務(wù)，其工作流程如下：當(dāng)讀取到條碼時(shí)，本模塊將條碼號(hào)、讀取時(shí)間、條碼內(nèi)容、采集點(diǎn)編號(hào)，操作狀態(tài)等信息寫(xiě)入本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)，從而實(shí)現(xiàn)采集數(shù)據(jù)的本地初步存儲(chǔ)，數(shù)據(jù)庫(kù)在此列舉幾個(gè)主要的子函數(shù)如下：
　　1、intQuery_Init（string*p_command,struct*p_DB_Status,inttype）；選擇基本的SQL操作符符號(hào)和初始值設(shè)置，為執(zhí)行數(shù)據(jù)庫(kù)操作做好準(zhǔn)備。
　　2、intQuery_Exec（intdb,string*p_command，void（*p_fuction）（*str），（void*）&res）；選擇數(shù)據(jù)庫(kù)，根據(jù)SQL操作符進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)操作，并將返回?cái)?shù)據(jù)通過(guò)p_function函數(shù)處理。
　　3、intQuery_CallBack（void*p_data,intnum,char**value,char**column）；將數(shù)據(jù)庫(kù)操作返回的數(shù)據(jù)列表暫存到數(shù)組中，以待下一步處理。
　　除以上函數(shù)外，還預(yù)留了相應(yīng)的接口用來(lái)完成前端數(shù)據(jù)庫(kù)和后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)的同步，經(jīng)測(cè)試，平均插入一條數(shù)據(jù)的時(shí)間<=0.01秒，滿足了系統(tǒng)的即時(shí)性上的需求。
　?、芫W(wǎng)絡(luò)通信模塊
　　本系統(tǒng)的特色就是通過(guò)嵌入式Linux操作系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)底層支持，以多種網(wǎng)絡(luò)傳輸途徑，將數(shù)據(jù)和后臺(tái)數(shù)據(jù)服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。在本系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)部分設(shè)計(jì)中，在局域網(wǎng)內(nèi)利用Linux系統(tǒng)的提供的TCP/IP協(xié)議支持，在編程中采用了動(dòng)態(tài)與服務(wù)器建立連接的方法，在讀取到RFID芯片并解碼出有效信息的時(shí)候，向服務(wù)器相應(yīng)端口發(fā)送相應(yīng)的Socket請(qǐng)求信息，服務(wù)器端接受到請(qǐng)求后建立連接并新建Socket端口來(lái)和終端進(jìn)行通信；只有在讀取數(shù)據(jù)的時(shí)候數(shù)據(jù)庫(kù)和終端間才產(chǎn)生數(shù)據(jù)傳輸和占用服務(wù)器端資源，從而降低了網(wǎng)絡(luò)占有率和服務(wù)器端的負(fù)荷，通信部分終端客戶端部分的主要子函數(shù)如下：
　　1、intNet_Init（struct*p_net_Status,inttype）;初始化通信，根據(jù)選擇通信的類(lèi)型建立和服務(wù)器端的網(wǎng)絡(luò)連接，取得服務(wù)器基本信息，并建立Socket連接。
　　2、intNet_Send（string*p_data,intlen,structsockaddr*p_addr）;發(fā)送大小字符串到連結(jié)的服務(wù)器端口。
　　3、intNet_Receive（string*p_buffer,intlen,structsockaddr*p_addr）;從服務(wù)器接受數(shù)據(jù)（主要是接受指令）到緩沖區(qū)內(nèi)。
　　由于Linux底層提供了TCP支持，可以保證通信的可靠性，大大降低了編程復(fù)雜度，所以只要經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的對(duì)Socket函數(shù)進(jìn)行了封裝來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)傳輸，配合服務(wù)器端程序即可將標(biāo)簽信息保存到后臺(tái)的主數(shù)據(jù)庫(kù)中，并由后臺(tái)服務(wù)器根據(jù)通信內(nèi)容進(jìn)行數(shù)據(jù)保存，發(fā)送控制命令等操作。
　　四、結(jié)論
　　本文中描述的嵌入式RFID終端讀取器，在冰箱生產(chǎn)線中進(jìn)行了實(shí)用，基本滿足了生產(chǎn)線RFID系統(tǒng)對(duì)前端RFID標(biāo)簽數(shù)據(jù)采集、處理、通信方面的要求，在功能上和穩(wěn)定性方面已經(jīng)能夠替代現(xiàn)有的工業(yè)PC，因?yàn)椴捎昧嗣赓M(fèi)的開(kāi)源Linux操作系統(tǒng)和開(kāi)源數(shù)據(jù)庫(kù)Sqlite，大大降低了總體成本，對(duì)在生產(chǎn)線上進(jìn)行RFID讀寫(xiě)終端的大量部署非常有利。
　　本文作者創(chuàng)新點(diǎn)：通過(guò)設(shè)計(jì)使用功能強(qiáng)大的RFID嵌入式讀寫(xiě)終端，將抗干擾、信息提取、日志保存等功能在終端進(jìn)行本地處理，從而大大降低了網(wǎng)絡(luò)通訊負(fù)擔(dān)和后臺(tái)服務(wù)器占用，滿足了生產(chǎn)線上的工作環(huán)境和需求。（來(lái)源：IT168）