|
- UID
- 871057
- 性别
- 男
|
摘要：根据超高频RFID国际标准协议EPC GEN2中的规定，基于ARM9芯片S3C2440提出一种适用于超高频读写器的PIE编码以及MILLER2解码的实现方式。设计中使用该芯片的PWM输出进行编码，并使用其外部中断进行解码。通过分析示波器捕捉到的MILLER2波形以及串口打印的解码输出，验证了该设计的正确性。
关键词：S3C2440；EPC GEN2协议；超高频读写器；PIE编码；MILLER2解码
引言
普通的UHF读写器主控芯片使用FPGA较多，其优点是FPGA对时序逻辑处理速度快，使用HDL语言很容易实现协议的编码与解码，但FPGA芯片本身很少具备串口、网口等通信接口模块，功能扩展较麻烦。由于ARM9芯片集成了很多扩展接口，同时进行操作系统移植等更高层次的设计也变得很容易，但对时序逻辑处理较难。因而本文提出了基于ARM9的UHF RFID读写器基带编解码方法，并加以实现。
1 基本原理
UHF RFID国际标准协议规定读写器到电子标签的通信应采用DSB—ASK、SSB—ASK或者PR—ASK调制方式。本文使用ARM9芯片S3C2440的PWM(脉宽调制)控制模块进行PIE编码，通过编码信号控制射频开关实现OOK调制。电子标签接收到命令后反向散射副载波应答，经过射频模块的天线接收后被解调电路还原成MILLER2数据。构造MILLER2解码状态机，使用S3C2440的外部中断对MILLER2时序序列进行上升沿捕捉，捕捉到的两次中断的时间间隔作为状态机输入，进而解调出标签反射回来的数据。系统的硬件框图如图1所示。
读写器射频模块的工作流程为：发送命令时，PIE编码电平控制射频芯片开关，当开关开启时输出射频载波，关闭则不输出，以达到OOK调制载波的目的。接收机采用零中频接收机方案，直接对天线接收到的标签反向散射信号进行解调，解调完毕得到相位相差90°的I、Q两路信号，通过差分放大器放大处理后，输出到比较器，经过比较后电路输出MILLER2编码时序信号。
2 PIE编码
2．1 PIE码简介
EPC GNE2协议规定UHF读卡器向标签发送命令时，数据应采用PIE编码。PIE码通过高低电平的时间长度不同来规定数据是“1”还是“0”。协议使用Tari代表数据“0”，时间长度在6．25～25μs范围内，容差为±1％，数据“1”的宽度在为1．5Tari～2．5Tari，如图2所示。本次编码中，Tari值为6．4μs，数据“1”的长度为11．4μs，PW的长度为3．2μs。
协议规定，完整的PIE码需在有效数据前加上前同步码或帧同步码。前同步码由定界符、Tari、RTcal以及TRcal这4段组成，用在Query命令上。帧同步码省去了TRcal而直接由前三项组成，用在其他命令上。前同步码示意如图3所示。
2．2 PWM实现PIE编码
S3C2440有5个16位的定时器，其中定时器1～4具有PWM(脉宽调制)功能，定时器使用经过分频后的系统时钟PCLK作为时钟输入。本设计中100 MHz的PCLK经过2分频得到50 MHz频率的定时器输入时钟，定时器每计数一次耗时0．02μs。定时器使用两个16位的缓冲寄存器TCNTB和TCMPB来实现PWM功能，TCNTB为一次PWM输出计数次数，采用递减的方式计数，当计数减为TCMPB的时候，PWM输出电平反转。以数据“0”为例，其脉冲总宽度为6．4μs，低电平持续时间3．2 μs，则可计算出TCNTB=6．4／0．02=320次，TCMTB=3．2／0．02=160次。
为实现连续的PWM输出，需要让定时器工作在自动重载模式，即当定时器计数器减为0的时候，在定时器中断处理函数里更新TCNTB及TCNMPB，让定时器重新开始一次脉宽输出。定时器1初始化时经过以下步骤：
①TCNMB以及TCMPB寄存器赋非零初值；
②TCON中人工装载位配置为1，TCNTB和TCMPB更新到内部计数器；
③TCON中自动重载位配置为1，为实现连续的PWM功能；
④TCON中输出翻转位配置为1，脉冲以高电平开始；
⑤TCON置为启动位；
⑥TCON设置关闭人工装载，定时器开始启动。 经过以上配置后，将定时器I／O引脚配置为PWM输出模式就可以进行PWM输出。以一个Query命令的编码为例，Query命令是由前同步码和22位数据构成，先将这22位数据计算好并保存在全局数组data[]中，发送Query命令时开启定时器1并允许定时器1中断，在中断处理函数里面更新TCNTB以及TCMPB的值来决定下一个脉冲的PWM输出。编码程序流程如图4所示。
正确的Query命令会让标签返回16位伪随机数RN16。为了测试Query命令是否发送正确，使用示波器观察比较器输出，如果有MILLER2编码的16位数据输出，则表明Query命令正确。使用示波器观察的结果如图5所示，可以看出是MILLER2编码的序列，详细分析其位数后确认是16位，验证了PIE编码的正确性。
3 MILLER2解码
3．1 MILLER2码介绍
EPC GEN2协议中规定标签反向散射的数据应该采用FM0或者MILLER的编码方式。MILLER定义在两个数据“0”之间变换相位，在数据“1”中间放置一个相转化，MILLER2码则表示每一位数据重复两个副载波周期。完整的MILLER2编码，需要在有效数据前加上前同步码。前同步码可编程选择格式，在Query命令中将M和Trext这两位设置为1，选择前同步码由16个数据“0”加上数据序列“101112”构成。MILLER2数据定义和前同步码如图6所示。MILLER2码每一位数据的时间长度由Tari值决定，本设计中为2个Tari(即1 2．8μs)。
|
|
