本文首先介紹了RFID技術(shù)以及它能支持的當(dāng)前和未來的應(yīng)用。然后,針對RFID閱讀器的功能,本文將研究運(yùn)行在RFID閱讀器和服務(wù)器連接所需要的基本軟件組成,。

RFID系統(tǒng)概述

RFID是一種采用射頻 （RF）傳輸識別代碼,、分類代碼和（或）跟蹤目標(biāo)的通信系統(tǒng)。每個(gè)目標(biāo)都有自己的RFID標(biāo)簽（也稱為應(yīng)答器）,?？傁到y(tǒng)用一個(gè)標(biāo)簽閱讀器接收每個(gè)標(biāo)簽的RF信號。閱讀器的嵌入式軟件管理查詢,、接收標(biāo)簽信息的解碼和處理以及與存儲系統(tǒng)通信,、收藏標(biāo)簽數(shù)據(jù)庫和其他相關(guān)信息。

RFID的應(yīng)用

RFID技術(shù)允許同時(shí)監(jiān)測多個(gè)物品,無須人們?nèi)?#8220;接觸”每件物品（例如,用一個(gè)手持的條形碼掃描儀）,所以它能支持許多新型應(yīng)用,。能夠利用這種自動識別技術(shù)的應(yīng)用覆蓋了許多不同的領(lǐng)域,如控制管理,、后勤管理、安全監(jiān)控和通行收費(fèi)等,。下面是現(xiàn)在采用RFID系統(tǒng)的一些常見應(yīng)用,。

● 在超市食品貨架和包裝箱中,利用標(biāo)簽寫入能力（可以包括附加的信息,如最遲銷售日期）讓食品可見,并對貨架貨物進(jìn)行更好的管理。另外,還可以實(shí)現(xiàn)自動重新排列來保持貨架上正確的存貨順序,。
● 在圖書館中自動管理資料的借出與歸還,。過去,這些物品都是采用標(biāo)簽條來識別,每次都必須用條形碼掃描儀來讀取。
● 在衣服商標(biāo)上鑒定其商品來源,。利用標(biāo)簽上的識別碼（ID）,可以鑒定出該商品是正品還是仿冒品,。
● 在制藥業(yè)中嚴(yán)防假藥。
● 在體育競賽中,精確地跟蹤馬拉松賽跑運(yùn)動員的進(jìn)程,。

RFID閱讀器

RFID閱讀器提供各標(biāo)簽和終端跟蹤與管理系統(tǒng)之間的連接,。它雖然可以采用各種不同尺寸的封裝,但通常都很小以便安裝在三角架或墻上。另外,根據(jù)不同的應(yīng)用和工作條件,可以使用多個(gè)閱讀器以便完全覆蓋規(guī)定的區(qū)域,。例如,在倉庫中,可能有一個(gè)覆蓋的網(wǎng)絡(luò)才能保證當(dāng)貨物從點(diǎn)A移動到點(diǎn)B時(shí),所有通過的貨物能夠有100%的查詢和記錄,。

總之,閱讀器的功能有三個(gè)主要的組成部分。第一部分是發(fā)送和接收功能,用來與標(biāo)簽和分離的單個(gè)物品保持聯(lián)系;第二部分是對接收信息進(jìn)行初始化處理;第三部分是鏈接服務(wù)器,用來將信息傳送到管理機(jī)構(gòu),。

RFID系統(tǒng)中的閱讀器必須能夠處理在有效區(qū)域內(nèi)同時(shí)存在多個(gè)標(biāo)簽的情況,這在限定的空間區(qū)域內(nèi)存在多個(gè)標(biāo)簽的應(yīng)用中非常重要,。

在存在多個(gè)閱讀器和標(biāo)簽的情況下,主要問題是會發(fā)生沖突,因?yàn)槎鄠€(gè)閱讀器發(fā)出查詢,也會有多個(gè)標(biāo)簽同時(shí)應(yīng)答。有許多方法可以避免這個(gè)問題,。最常用的方法就是采用某種時(shí)分復(fù)用算法,。閱讀器可以設(shè)置在不同的時(shí)間查詢,而標(biāo)簽可以設(shè)置為經(jīng)過一個(gè)隨機(jī)的時(shí)間間隔后應(yīng)答,。如果嵌入式軟件中具有實(shí)現(xiàn)此功能的能力,那么可以增加靈活性。

RFID應(yīng)答器

一個(gè)RFID標(biāo)簽包括一片集成電路芯片（用于保存該標(biāo)簽所在物品的個(gè)體信息）,、一根天線（通常是印制電路天線,用于接收來自閱讀器的RF信息并發(fā)送信息）和含有標(biāo)簽的某種外殼,。

使用RFID標(biāo)簽的可以是許多不同的物體,從各類物品到動物,也包括人。標(biāo)簽到閱讀器的距離是一個(gè)很重要的系統(tǒng)變量,它直接受該標(biāo)簽技術(shù)的影響,。常用的各種標(biāo)簽技術(shù)有以下幾種,。

1 無源標(biāo)簽

最簡單的標(biāo)簽類型是無源標(biāo)簽。它專門利用閱讀器發(fā)送的RF能量來供電,所以它沒有集成電池的尺寸和成本問題,。無源標(biāo)簽非常便宜,機(jī)械魯棒性好,而且外形尺寸非常?。s為指甲大小）,。但是,因?yàn)闊o源標(biāo)簽的接收功率與它到RFID閱讀器的物理距離成比例,所以這類標(biāo)簽的缺點(diǎn)是其閱讀范圍有限,。

說到范圍,選用的RF頻率與鏈接的實(shí)際范圍有很大關(guān)系。低頻（LF）標(biāo)簽通常采用125～135kHz頻段,因?yàn)樗鼈兊姆秶艿较拗?所以其主要用途就是訪問控制和動物標(biāo)簽,。高頻（HF）標(biāo)簽主要工作在13.56MHz頻段,允許的工作范圍大約為一英尺或兩英尺,。HF標(biāo)簽的主要用途是簡單的一對一的對象讀取,如訪問控制、收費(fèi)以及跟蹤圖書館的書籍等物品,。

超高頻（UHF）標(biāo)簽主要工作在850～950MHz頻段,允許10 英尺甚至更遠(yuǎn)的工作范圍,。此外,閱讀器可以同時(shí)查詢許多UHF標(biāo)簽,與一對一的HF標(biāo)簽讀取過程不同。這個(gè)特點(diǎn)也有助于滿足在限定區(qū)域內(nèi)多個(gè)閱讀器的需求,。因?yàn)檫@項(xiàng)功能,UHF標(biāo)簽在工業(yè)應(yīng)用中很普遍,用于庫存跟蹤和控制,。但是UHF標(biāo)簽的一個(gè)主要缺點(diǎn)是不能有效地穿透液體。這使得它們不能用于充滿液體的對象,例如飲料和人體,。在跟蹤這些對象時(shí),通常采用HF標(biāo)簽來代替,。

2 半有源標(biāo)簽

像無源標(biāo)簽一樣,半有源標(biāo)簽將RF能量返回到標(biāo)簽閱讀器來發(fā)送標(biāo)識信息。但是,它還包含一塊電池為標(biāo)簽中的IC部分供電,這樣就可以支持一些有趣的應(yīng)用,如在每個(gè)標(biāo)簽中放置傳感器,。采用這種方法,每個(gè)應(yīng)答器不僅可以發(fā)送靜態(tài)的標(biāo)識數(shù)據(jù),還可以發(fā)送一些實(shí)時(shí)的屬性,如溫度,、濕度以及時(shí)間和日期。通過采用僅僅為IC和傳感器供電的電池,半有源標(biāo)簽?zāi)軌驅(qū)崿F(xiàn)在成本,、尺寸和范圍之間的折中,。

3 有源標(biāo)簽

有源標(biāo)簽采用集成電池為標(biāo)簽IC（以及所有的傳感器）和RF發(fā)射器供電,所以它比半有源標(biāo)簽更進(jìn)了一步。有源標(biāo)簽的工作范圍擴(kuò)展了很大（達(dá)到100多米）,這就意味著貨物通過閱讀器的速度可以比無源和半有源標(biāo)簽系統(tǒng)中的速度高得多,。另外,有源標(biāo)簽可以攜帶更多的產(chǎn)品信息,不僅僅是一個(gè)簡單的產(chǎn)品ID碼。

RFID閱讀器的軟件體系結(jié)構(gòu)

以上介紹的是RFID閱讀器的基本功能,下面將探討如何用一個(gè)處理器來實(shí)現(xiàn)這些功能,。RFID閱讀器軟件體系結(jié)構(gòu)的三個(gè)單元是：后端服務(wù)器接口,、中間件和前端標(biāo)簽閱讀器算法。雖然軟件體系結(jié)構(gòu)的各單元各不相同,它們都可以同時(shí)運(yùn)行在一個(gè)Blackfin處理器上,。

后端服務(wù)器及連接

通常,RFID閱讀器包括一個(gè)網(wǎng)絡(luò)單元,用于將一個(gè)RFID讀取事件連接到中心服務(wù)器,。這種后端網(wǎng)絡(luò)接口可能是有線以太網(wǎng)（IEEE802.3）,、無線以太網(wǎng)（IEEE802.11a/b/g）或者例如ZigBee（IEEE802.15.5）以太網(wǎng)。中心服務(wù)器運(yùn)行一個(gè)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng),其功能包括匹配,、跟蹤和存儲,。在許多應(yīng)用中,還會有一個(gè)“報(bào)警”功能。對于供應(yīng)鏈和庫存管理系統(tǒng),這可能是重新排列提醒;對于安全應(yīng)用則是一次向警衛(wèi)的報(bào)警,。

當(dāng)與后端服務(wù)器通信時(shí),利用運(yùn)行uClinux操作系統(tǒng)的高性能嵌入式處理器來構(gòu)建閱讀器具有極大的優(yōu)勢,。TCP/IP協(xié)議棧的魯棒性和SQL數(shù)據(jù)庫引擎的可用性等關(guān)鍵因素降低了開發(fā)過程中可能很巨大的開發(fā)和集成負(fù)擔(dān)。

中間件

在RFID各單元中,中間件是介于前端RFID閱讀器和后端企業(yè)系統(tǒng)之間的軟件翻譯層,。中間件過濾閱讀器的數(shù)據(jù),從而保證沒有多次讀取或無效的數(shù)據(jù),。在早期的RFID系統(tǒng)中,中間件運(yùn)行在服務(wù)器上。但是在閱讀器完成RFID數(shù)據(jù)過濾越來越普遍,在發(fā)送數(shù)據(jù)之前通過企業(yè)網(wǎng)絡(luò),。這種增強(qiáng)的功能是嵌入式處理器帶給這種應(yīng)用的另外一個(gè)好處,。

前端閱讀器

信號處理放在閱讀器系統(tǒng)的前端。這種信號處理通常都包含大量的濾波和變換運(yùn)算,這就是為什么必需采用具有很強(qiáng)的信號處理性能的處理器的原因,。

用于RFID閱讀器的處理器

Blackfin處理器提供有線和無線網(wǎng)絡(luò)的連接,。ADSP-BF536/7等處理器的芯片內(nèi)有一個(gè)10/100BaseT的以太網(wǎng)MAC子層。在無線方面,可以通過SPI和SPORT外圍設(shè)備接口直接連接到802.15.4 Zigbee和IEEE 802.11芯片組,無須消耗全部的處理器帶寬就可以達(dá)到傳輸線速率,。

處理器的并行外圍接口（PPI）可以直接連接上述的ADC/DAC,。有些處理器包括兩個(gè)PPI,可以進(jìn)一步擴(kuò)展系統(tǒng)的功能。

另外,處理器的上述功能使得它對于一維和二維的條形碼應(yīng)用特別有吸引力,因其能在同一器件上完成系統(tǒng)控制,、網(wǎng)絡(luò)連接和圖像處理,。

從處理器軟件的角度看,RFID閱讀器產(chǎn)品包括連接到混合信號前端所必需的驅(qū)動程序。另外,有一個(gè)DMA驅(qū)動器在傳送數(shù)據(jù)通過系統(tǒng)時(shí)也是非常有用的,。此外還有基于uClinux操作系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧以及SQL數(shù)據(jù)庫引擎,。從系統(tǒng)的角度看,附加的功能,例如802.11 WiFi卡、USB thumb drive和CompactFlash卡接口等,可以迅速與Blackfin器件集成到一起,。

結(jié)論

正如我們所看到的,RFID應(yīng)用不再需要專用的信號處理器用于ADC和DAC連接,以及用微控制器進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接,。Blackfin系列等處理器可以同時(shí)完成網(wǎng)絡(luò)連接和控制功能,為完成轉(zhuǎn)換器連接和模式匹配算法留有足夠的性能余地。這樣也降低了下一代RFID應(yīng)用的材料成本并且加快了產(chǎn)品面市時(shí)間,。