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一、研究背景及設計方案
RFID 是射頻識別技術(Radio Frequency Identification)的英文縮寫，射頻識別技術是一種非接觸式的自動識別技術，它使用射頻電磁波通過空間耦合(交變磁場或電磁場)在閱讀器和要進行識別、分類和跟蹤的移動物品（物品上附著有RFID 標簽）之間實現無接觸信息傳遞並通過所傳遞的信息達到識別目的的技術。RFID 是一種自動識別和數據捕獲技術，可以提供無人看管的自動監視與報告作業。
RFID 閱讀器的工作原理如下：閱yue讀du器qi通tong過guo天tian線xian發fa送song出chu一yi定ding頻pin率lv的de射she頻pin信xin號hao，當dang標biao簽qian進jin入ru磁ci場chang時shi產chan生sheng感gan應ying電dian流liu從cong而er獲huo得de能neng量liang，發fa送song出chu自zi身shen編bian碼ma和he相xiang關guan信xin息xi被bei讀du取qu器qi讀du取qu並bing解jie碼ma後hou送song回hui到dao計ji算suan機ji中zhong進jin行xing有you關guan處chu理li，。識shi別bie工gong作zuo無wu須xu人ren工gong幹gan預yu，可ke工gong作zuo於yu各ge種zhong惡e劣lie環huan境jing。高gao性xing能neng的deRFID 讀寫器可以同時識別多個物體。
在工業生產線RFID 係統中，由於生產線現場的工作環境複雜，各類電磁幹擾源非常多，采集點的數量多，而通常的RFID 讀寫器，由於采用單片機為主控製器，運算能力弱，本地不具備數據分析和存儲能力，不具備較強的抗幹擾能力，對後台係統數據處理能力要求較高，而在工業生產線上，如果直接將所有采集點（通常多達數百點）所讀取的信息直接傳回服務器，由於要在服務器上shang進jin行xing繁fan重zhong的de數shu據ju分fen析xi和he幹gan擾rao排pai除chu，過guo大da的de數shu據ju量liang和he計ji算suan量liang很hen容rong易yi造zao成cheng服fu務wu器qi端duan的de信xin息xi堵du塞sai，進jin而er影ying響xiang係xi統tong的de穩wen定ding性xing。所suo以yi現xian有you的de解jie決jue方fang案an往wang往wang直zhi接jie使shi用yong價jia格ge昂ang貴gui的de工gong業yePC 機完成前端工作，但這樣無疑大大增加了總體的部署成本。本係統的設計思路見圖（1）通過功能強大的RFID 嵌入式終端，直接在本地完成複雜的標簽讀取，數據糾錯，幹擾排除，信息提取和數據保存等工作，僅將有效信息通過網絡傳輸給後台服務器，這樣就大大降低網絡通信的開銷，降低了服務器的資源占用，從而提高了係統整體的運行效率，提高了穩定性，增加了業務的靈活性。
圖（1） RFID 技術應用於生產線總體示意
二、係統的總體硬件設計
為了達到設計功能和環境需求，本係統底板采用了PCB 6 層設計，機殼加裝了電磁屏蔽網，另外專門配備了PCMCIA 接口用來外接RFID 讀寫模塊，采用的主要元件如下：
① 微處理器（MPU）：針對終端需要 高速運算和數據庫操作的需要，並考慮到係統外圍設備的需求情況，本係統采用ARM9 核的SAMSUNG S3C2410 處理器。最高主頻可達203MHz。
② SDRAM 存儲部分采用兩顆Hynix 公司的HY57V561620CT 內存，大小為32M。
③ FLASH 存儲器采用SAMSUNG 公司的K9F1208UOM Nand Flash，大小為64M。
④ RFID 閱讀器模塊：采用了WJ 公司的MPR6000 係列產品，PCMCIA 接口。
⑤ 網絡通信模塊：采用了Realtek 8039 芯片，支持10M/100M 網絡通信。
三、係統的軟件係統介紹
係統的軟件部分主要由Linux 基本係統、RFID 標簽識別解析模塊、嵌入式數據庫操作模塊、網絡通信等模組成，軟件模塊關係如圖（2），下麵簡單介紹一下各模塊的功能和主要函數。
圖（2）軟件係統流程
① Linux 基本係統
由於Linux 成本低，代碼開放，穩定性高，多線程，支持USB、Flash 等多種外設，底層支持TCP/IP 網絡，故本係統將其移植到ARM9 上作為操作係統，內核版本號為2.4.1。由於文件係統涉及數據庫文檔保存，故采用了YAFFS 文件係統，另外就是針對本係統采用的外設和功能對Linux 內核作了相應裁減，以降低其內存占用。提高速度。
② RFID 標簽識別解析模塊
在設計中采用了WJ 公司PCMCIA 接口的RFID 讀寫器模塊MPR6000，該模塊通過UART-over-PC BUS 總線與嵌入式主機進行數據通信，其通信的特點如下：遵循命令-回複的通信模式，首先由係統向RFID 讀寫模塊發命令幀，讀寫模塊在識別到通信包頭的時候讀取命令字，並進行CRC jiucuo，ruguocuowudehuazehulvegaizhen，youxiaodihuazezhixingxiangguanzhiling，bingjiangduqudebiaoqianxinxijijieguobianchengfanhuishujuzhenchuangeixitong，xitongshoudaotongxinzhenshiyetongyangjinxingbaotoushibieheCRC 糾錯，如正確的話就進行解包並取得標簽相關信息。
命令包的格式如下
命令幀範例樣本如下：01 00 0D 11 00 1E 01 18 30 18 2E B7 69 CC通過解包後表示如下內容：從一號天線，以1E 的功率，讀取過濾碼（即標簽前幾位的ID 號）為30 18 2E B7 的RFID EPC Class0 標簽，幀長度為0D，CRC 糾錯碼為69CC。
返回幀的格式如下
返回幀範例樣本如下：01 00 11 01 01 30 18 2E B7 20 00 00 00 00 00 00 74 F6
通過解包後表示如下內容：讀取到一個96bit 的EPC 標簽，標簽ID 為 30 18 2E B7 20 00 00 00 00 00 00 00 ，讀取操作完成，數據幀長度為11，CRC 糾錯碼為74F6。
針對通信幀的特點設計的Linux 平台驅動軟件由以下幾個主要的子函數組成：
1、 unsigned short CalculateBlockCRC16(int len, unsigned char *pBuf);進行CRC計算和驗證
2、 int AppendCRC(void *pBuf, unsigned short CRC);將算出的CRC 值添加到請求包指定位置
3、 int UartSend(void *pBuf，int uart_num);將算出的CRC 及命令字發送到指定串口
4、 int UartRead(unsigned char *pBuf, int uart_num)；從指定的串口讀入返回的數據包
5、 int CRCcheck(unsigned char *pBuf, unsigned short CRC);比對得到的CRC與數據包是否正確
6、 int ProcessTag(unsigned char *pBuf, unsigned char Tags[ ])；
處理得到的返回楨，分離出讀取到的條碼 編bian號hao，並bing存cun入ru數shu組zu進jin行xing暫zan存cun，為wei下xia一yi步bu數shu據ju庫ku存cun取qu做zuo好hao準zhun備bei除chu以yi上shang子zi函han數shu外wai，還hai有you其qi它ta相xiang應ying的de函han數shu來lai進jin行xing剔ti除chu幹gan擾rao數shu據ju包bao，處chu理li異yi常chang等deng工gong作zuo，經jing本ben模mo塊kuai處chu理li後hou，已yi經jing可ke以yi確que保bao可ke以yi過guo濾lv絕jue大da多duo部bu分fen的de幹gan擾rao信xin息xi了le，這zhe樣yang處chu理li完wan的de數shu據ju就jiu可ke以yi直zhi接jie進jin行xing數shu據ju庫ku記ji錄lu和he通tong過guo網絡傳輸給後台數據庫了。
③ 嵌入式數據庫操作模塊
嵌入式數據庫是整個係統的重要組成部分，在本係統中采用了開源的小型嵌入式數據庫SQLite，支持SQL 92 標準數據庫操作語句和事務，其工作流程如下：當讀取到條碼時，本模塊將條碼號、讀取時間、條碼內容、采集點編號，操作狀態等信息寫入本地數據庫，從而實現采集數據的本地初步存儲，數據庫在此列舉幾個主要的子函數如下：
1、int Query_Init(string *p_command, struct *p_DB_Status, int type)；選擇基本的SQL 操作符符號和初始值設置，為執行數據庫操作做好準備。
2、int Query_Exec(int db,string *p_command，void (* p_fuction) (*str)，(void *)&res)；選擇數據庫，根據SQL 操作符進行數據庫操作，並將返回數據通過p_function 函數處理。
3、int Query_CallBack(void *p_data, int num, char **value, char **column)；將數據庫操作返回的數據列表暫存到數組中，以待下一步處理。
除以上函數外，還預留了相應的接口用來完成前端數據庫和後台數據庫的同步，經測試，平均插入一條數據的時間<=0.01 秒，滿足了係統的即時性上的需求。
④ 網絡通信模塊
本係統的特色就是通過嵌入式Linux 操作係統的網絡底層支持，以多種網絡傳輸途徑，將數據和後台數據服務器進行數據傳輸。在本係統的網絡部分設計中，在局域網內利用Linux係統的提供的TCP/IP 協議支持，在編程中采用了動態與服務器建立連接的方法，在讀取到RFID 芯片並解碼出有效信息的時候，向服務器相應端口發送相應的Socket 請求信息，服務器端接受到請求後建立連接並新建Socket 端口來和終端進行通信；隻(zhi)有(you)在(zai)讀(du)取(qu)數(shu)據(ju)的(de)時(shi)候(hou)數(shu)據(ju)庫(ku)和(he)終(zhong)端(duan)間(jian)才(cai)產(chan)生(sheng)數(shu)據(ju)傳(chuan)輸(shu)和(he)占(zhan)用(yong)服(fu)務(wu)器(qi)端(duan)資(zi)源(yuan)，從(cong)而(er)降(jiang)低(di)了(le)網(wang)絡(luo)占(zhan)有(you)率(lv)和(he)服(fu)務(wu)器(qi)端(duan)的(de)負(fu)荷(he)，通(tong)信(xin)部(bu)分(fen)終(zhong)端(duan)客(ke)戶(hu)端(duan)部(bu)分(fen)的(de)主(zhu)要(yao)子(zi)函(han)數(shu)如(ru)下(xia)：
1、int Net_Init(struct *p_net_Status,int type);初始化通信，根據選擇通信的類型建立和服務器端的網絡連接，取得服務器基本信息，並建立Socket 連接。
2、int Net_Send(string *p_data, int len, struct sockaddr *p_addr);發送指定大小字符串到連結的服務器端口。
3、int Net_Receive(string *p_buffer, int len, struct sockaddr *p_addr);從服務器接受數據（主要是接受指令）到指定緩衝區內。
由於Linux 底層提供了TCP 支持，可以保證通信的可靠性，大大降低了編程複雜度，所以隻要經過簡單的對Socket hanshujinxinglefengzhuanglaishixianshujuwangluochuanshu，peihefuwuqiduanchengxujikejiangbiaoqianxinxibaocundaohoutaidezhushujukuzhong，bingyouhoutaifuwuqigenjutongxinneirongjinxingshujubaocun，fasongkongzhiminglingdengcaozuo。
四、結論
本文中描述的嵌入式RFID 終端讀取器，在冰箱生產線中進行了實用，基本滿足了生產線RFID 係統對前端RFID 標簽數據采集、處理、通信方麵的要求，在功能上和穩定性方麵已經能夠替代現有的工業PC，因為采用了免費的開源Linux 操作係統和開源數據庫Sqlite，大大降低了總體成本，對在生產線上進行RFID 讀寫終端的大量部署非常有利。
本文作者創新點：通過設計使用功能強大的RFID 嵌入式讀寫終端，將抗幹擾、信息提取、日誌保存等功能在終端進行本地處理，從而大大降低了網絡通訊負擔和後台服務器占用，滿足了生產線上的工作環境和需求。
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