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引言 RFID中間件在RFID讀寫器和應用程序之間起橋梁作用。應用程序端使用中間件所提供一組通用的應用程序接口(API)，即能連到RFID讀寫器，采集RFID標簽數據。即使存儲RFID標簽情報的數據庫軟件或后端應用程序增加或改由其他軟件取代，或者讀寫 RFID讀寫器種類增加等情況發生時，應用端不需修改也能處理，省去多對多連接的維護復雜性問題。嵌入式RFID中間件在RFID的大規模應用中將扮演重要的角色。在具體應用部署過程中，會有大量的嵌入式設備充當邊緣中間件的硬件平臺。對于眾多有意從事中高端RFID讀寫器開發的硬件廠商而言，借助嵌入式 RFID中間件迅速實現硬件集成基礎之上的軟件集成，是幫助硬件廠商快速升級產品系列，滿足企業拓展市場和業務范圍需要的有效舉措。通透性是這種系統整個應用的關鍵，正確抓取數據、確保數據讀取的可靠性，以及有效地將數據傳送到后端系統都是必須考慮的問題。 ARM處理器是當今應用最為廣泛的處理器芯片之一，低功耗、低成本、高性能等特點使其在消費電子類產品中的競爭力日趨顯著。本文提出了一種基于ARM的支持多通信平臺的RFID中間件系統設計，可以更廣泛、更豐富地推動RFID應用。 
1 硬件設計 AutO_ID中心曾提出了名為Savant的RFID中間件概念的雛形，并制定出相應的1．0規范草案、技術手冊和原型系統，明確了RFID中間件的最原始功能。在此基礎上，本系統應有以下功能： ①管理讀寫設備，支持多種讀寫器(包括不同廠商、不同類型)。 ②采集、過濾并緩存數據。 ③提供應用開發接口。 ④與EPC體系標準服務交互：*、PML。 ⑤支持多通信平臺，如Internet、GSM、GRPS和CDMA。 ⑥外設的集成控制與協同，實現嵌入式RFID中間件的柔性設備控制。 硬件系統框圖如圖1所示。 1．1 ARM核微處理器 本系統在功能上分為有線通信模塊、無線通信模塊、人機交互模塊和核心模塊。本設計采用Samscmg公司203 MHz的ARM920T內核的處理器S3C2410。 S3C2410微處理器是一個多用途的通用芯片，內部集成了微處理器和常用外圍組件，可用于各種領域，指令處理速度達到200MIPS。其特性包括：擴展總線最高頻率為100MHz，32位數據，27位外部地址線，存儲控制器(8個存儲體)包含RAM(SDRAM)控制器、NAND控制器；復位時引導芯片選擇(8、16位存儲或NAND可供選擇)；4個帶有PWM的 16位定時器，多達55個中斷源的中斷控制器；3個UART，支持IrDA 1．O；4個DMA通道(支持外設DMA)；支持STN與TFTL LCD控制器；2個 USB口；I2C-Bus接口；2個串行外圍接口電路(SPI)和SD卡接口。此外，S3C2410上可以移植標準Linux操作系統，使得程序開發更加簡單。 1．2 主板模塊 系統內存部分由1片8M×16位數據寬度的Flash，共16 MB Flash(Intel E28F128J3C)，讀寫周期150 ns；2片16M×16位數據寬度的SDRAM(HY57V561620BT)構成，共64 MB SDRAM。 S3C2410提供8路片選nGCSn[0～7]，每個片選都指定了固定的地址，每個片選固定間隔為128 MB。系統內存由2片16M×16位數據寬度的SDRAM拼成32位模式，公用nGCS6。共64 MB RAM。起始地址為Ox30000000。nGCS0接的是一片8M×16位數據寬度的Intel E28F128 Flash，安裝在BANK0，起始地址為0x0。其中內核燒寫的起始地址為Ox40000，根文件系統RAM～DISK燒寫的起始地址為 Oxl40000。 1．3 人機交互模塊 系統利用GPIO口提供4個按鍵，以便能夠響應按鍵中斷，并獲取鍵值。利用EINT4使用。 PS2鍵盤。S3C2410自帶LCD控制器和觸摸屏接口。本系統使用型號為LQ035Q7DB02的LCD液晶顯示屏，采用MAX1*．作為電源驅動器。MAX1*是美國Maxim公司生產的有源矩陣液晶顯示器開關電源，具有升壓、雙路輸出鎖相等特點，還提供一個LCD底板驅動器。 1．4 有線通信模塊 該模塊包括RS-232串行接口和1個10／100M自適應以太網接口。本系統采用一種單電源、低功耗RS-232芯片MAX3232。13、8腳接收：RS-232電平，最大值可達±25 V，從而12、9腳輸出TTL電平，低電平不大于O．4V，高電平不低于Vcc-O．6 V；11、10腳輸入TTL電平，14、7腳輸出RS-232電平，最小幅值大于±5．0 V，典型值為±5．4 V。當向外發送數據時，TXD1有一個下降沿，指示燈LED亮，經過MAX3232，TTL電平轉化為RS-232電平。當接收外部數據時，RXD1有一個下降沿，指示燈LED亮，外部RS-232電平經過MAX3232轉化為TTL電平進入微處理器。 系統通過外接1片DM9000以太網MAC芯片擴展了一個10／100M自適應的以太網接口，占用資源nGCS1／EINTO。DM9000是 Davicom公司的一個全雙工高速以太網控制處理器，內部集成了10／100M PHY、MAC、MMU和4 KB Dword SRAM。兼容3．3 V和5 V供電。它提供8位、16位和32位3種接口，4路多功能GPIO。此外DM9000還集成有接收緩沖區。S3C2410X支持2路USB HOST接口，支持高速、低速USB設備。 1．5 無線通信模塊 無線技術是目前通信發展中最具有活力和前景的技術，支持無線接人的RFID中間件可以部署于無固定網絡基礎設施的場景，降低有線網絡部署成本。RFID中間件還可以用無線通信方式向用戶傳輸信息，提高信息傳遞的實時性。通過在系統中實現GPRS (General Packet Radio Service)模塊，使系統具備移動通信功能。GPRS是通用分組無線業務的簡稱，以分組模式在PLMN和與外部網絡互聯的內部網上傳輸。理論上， GPRS可提供高達115 kbps的傳輸速率，但實際上用戶用到的帶寬大約為40 KB ～100KB。GPRS分組交換接人時間小于1 s，廣泛支持IP協議。GPRS的這些特點提供了一個完備的基于TCP／IP協議的通信解決方案。GPRS與Internet連接原理框圖如圖2所示。 GPRS通信模塊使用Sony Ericsson公司的GR47來實現GPRS上網的功能。GR47是GSM／GPRS全套語音和數據功能的工業級的先進無線模塊，所有的功能都集中在一塊集成的芯片內，內嵌TCP／IP協議棧。 1．6 電源設計 系統的核心模塊工作電源為單一的3．3 V／0．5 A直流。由于核心模塊電源消耗功率較小，因此系統采用LT10856線性穩壓芯片，使用電路板上下面銅箔作為散熱面，用9 V／0．8 A直流電源供電。 在其他的應用設計中根據不同的電源消耗需求，可以選擇線性穩壓源方案和開關穩壓源方案。對于前一種選擇，可以獲得低噪聲、廉價等益處，但同時也有效率低、發熱較大等缺點；對于開關電源方案，正好與線性電源的優缺點相反。 1．7 其他外設 系統提供了2個USB HOST接口，可支持U盤、USB攝像頭等多種USB設備，只需開發不同的設備驅動就可有效擴展。 使用UDA1380音頻編解碼器可有效支持MD、CD、MP3格式的音頻文件的播放。 2 軟件設計 Linux性能強大，開源免費，有極強的平臺可伸縮性，符合POSIX標準，且有強大的網絡功能。這些特點使其近年來在嵌入式領域發展迅速，廣泛滲透到信息家電、網絡設備和手持終端等市場，因此本系統以Linux操作系統為依托，在其上開發應用程序。中間件軟件是一個多層次多模塊的軟件系統，共分為 3個層次，如圖3所示。 系統配置層：實現系統配置功能，調用下層提供的一些功能接口，不僅可以添加下層的基本處理單元，而且可以對處理單元的一些參數進行有效配置。它包括Web Server接口模塊和遠程控制信息臺模塊。 數據邏輯層：實現該軟件系統的基本功能，包括讀寫器命令處理、標簽過濾處理、對象*(*)接口、企業級服務器接*互(可能改為和PC中間件進行交互)。該層次完成系統的邏輯功能，包括設備管理模塊、數據過濾模塊、*查詢模塊(保留)、企業級別服務器接口模塊。 基礎設施層：提供系統運行所需要的基本功能，如數據庫訪問功能、內存管理功能，它們為其他模塊提供統一穩定的接口，屏蔽一些差異性。該層次包括網絡管理模塊、內存管理模塊(保留)、數據庫訪問模塊。 2．1 Linux的移植 在嵌入式開發中，把操作系統移植到開發板是進行嵌入式應用程序開發的前提和基礎。ARM Linux是針對ARM體系結構的嵌入式Linux操作系統。在編譯Linux內核之前，首先要針對具體的硬件對內核進行配置，包括系統類型的配置。本系統選擇ARM system type。在配置好通用內核選項、塊設備和文件系統之后，即可編譯修改后的內核文件，生成一個內核映像的自解壓壓縮文件。通過運行make clean dep zImage對該文件進行依賴編譯，系統將在／arch／armnommu／boot目錄下生成內核映像zImage，并將zImage下載到Flash 中的64K地址處。運行時，將U-Boot復制到SDRAM中的OxOc300000地址處并啟動zImage；zImage會自行解壓縮，將其解壓縮到 SDRAM中的OxOc080000地址處并開始運行。內核啟動后，系統會將romfs作為根文件系統。在linux-dist目錄下運行make menuconfig命令可配置Linux的文件系統。 2．2 RFID標簽數據處理 系統讀取的RFID標簽數據在中間件中主要經歷數據管理、編碼管理和過濾規則管理，之后存入本地數據庫。其中數據管理包括數據校驗、數據處理和數據存儲；編碼管理即設定編碼規范，可配置支持不同數據編碼規范；過濾規則管理能支持用戶配置數據過濾規則。系統基本流程如圖4所示。 用戶的參數配置信息通過消息隊列發送給中間件軟件，軟件分析發送過來的數據，對系統工作狀態作出一定的調整。同時，系統通過網絡處理模塊接收從網口上讀寫器發送過來的數據，把這些數據分為標簽數據和讀寫器管理數據兩類。系統每個讀寫器實例都有自己的數據處理線程，它分析自己獨特的數據格式形成統一的數據，并且調用該種讀寫器的處理方法，對解析后的數據結合該讀寫器特定的數據處理參數，對標簽數據進行過濾、轉發等工作。整個系統中有唯一一個管理命令處理線程，它輪詢每個讀寫器的管理命令處理隊列。如果有命令數據，那么調用該讀寫器特定的處理方法對這些數據進行處理。 結語 本文提供了一種支持多通信平臺的嵌入式RFID中間件系統設計方案。支持無線接入的RFID中間件可以部署于無固定網絡基礎設施的場景，降低有線網絡部署成本。RFID中間件還可以用無線通信方式向用戶或者系統傳輸信息，提高了信息傳遞的實時性。 參考文獻 1. Finkenzeller K.陳大才 射頻識別(RFID)技術 2001 2. 陽富民.費智濤.涂剛 嵌入式板級支持環境設計與實現 [期刊論文] -計算機工程與設計2007(10) 3. 任暉 基于ARM7嵌入式系統的無線通信平臺設計 [學位論文] 2006 4. 劉振綱.劉成安.盧劍翔 移植標準Linux到S3C2410 [期刊論文] -微計算機信息2006(32) 5. 劉麗華.董天臨 基于以太網接口的RFID中間件軟件設計 [期刊論文] -單片機與嵌入式系統應用2006(7) 6. 吳彤釗.謝勝利 基于ALE標準的嵌入式RFID中間件設計 [期刊論文] -微計算機信息2008(8) 7. 李波.謝勝利.蘇翔 嵌入式RFID中間件系統的研究與實現 [期刊論文] -計算機工程2008(15) 作者： 華中科技大學 齊欣樂 袁巍 劉威 張強 來源：《單片機與嵌入式系統應用》 2009（7） |
