用于射频识别的ARM专用系统的设计

用于射频识别的ARM专用系统的设计庞思睿,邓军,孙文生北京邮电大学电信工程学院,北京(100876E-mail:pangsirui19850304@126.com摘要:本文以ARM开发板为主机,ZLG500B为读写模块,Mifare射频卡为基础,设计和实现便携式射频识别ARM专用系统,并实现与服务器的网络通信。关键词:ARM射频识别嵌入式LinuxNFS1.引言射频识别(RadioFrequencyIdentification,RFID,又称电子标签(E-Tag,是一种非接触式的自动识别技术,通过无线电波供给能量和进行数据的传递[1],在大多数射频识别技术的应用中,只要求有固定的阅读器,因此只需要PC机作为射频识别模块的中央控制主机,但在某些特殊系统中(如集装箱运输管理系统,不仅要求有固定的阅读器,而且还要求有手持式阅读器,这就需要有比PC机更易于携带,但要与PC机完成相同功能的主机来实现。我们所研究的用于射频识别的ARM专用系统即利用基于ARM9的嵌入式开发板ST2410作为主机实现中央控制,信息显示以及与服务器通信等功能。ARM嵌入式微处理器以其体积小、低功耗、高性能、处理速度快、执行效率高、架构合理等特点,获得了广泛的重视和应用。同时在ARM微处理器上嵌入Linux操作系统来完成各任务之间的调度。Linux是目前最为流行的一款开放源代码的操作系统,适用于不同的CPU体系架构;开放源码,软件资源丰富;支持Qt图形界面系统开发工具,能够满足用户对图形界面的要求[2]。基于ARM和Linux的开发系统已在通信、电子、物流等各个领域体现出显著的优势。本文所研究的用于射频识别的ARM专用系统是基于提高射频识别系统的便携性角度考虑的,它主要实现的功能是由主机ST2410开发板通过串口协议控制ZLG500B阅读器对Mifare非接触式射频卡进行字符读写;主机通过网口协议同时可以通过访问网络服务器(PC机读取服务器中的图像信息以验证读卡的正确性;读写操作均由用户在ST2410开发板的触摸屏上对控件的操作来完成。在PC机Linux系统下编程再经过交叉编译和链接,最终发布至嵌入式系统开发板上,有开发板自行执行功能。2.基于RFID的ARM专用系统设计2.1总体设计本系统组成框图如图1所示,由主机通过串口控制读卡器完成非接触IC卡的读写操作,由串口通信协议实现;同时主机根据读卡信息通过网口与服务器实现通信,由网口通信协议实现。1主机功能的实现需要通过宿主机在Linux环境下首先完成功能,在进行交叉编译到目标板,由目标板自行运行。本文以深圳市优龙公司开发的ST2410开发板做RFID系统主机。使用ZLG500BTG+读写模块来设计RFID系统,该模块采用13.56MHz非接触式通信中广泛应用的MFRC500读卡芯片。本文所使用的非接触IC卡,是在RFID技术应用中使用最广泛的Mifare系列的MFICS50智能卡。任何PC机均可作为服务器,本文使用装有RedHat9.03操作系统的PC机作为服务器端,为主机端提供同步信息。Linux操作系统下设置支持NFS服务。图1非接触卡式RFID系统组成2.2通信协议及软件设计2.2.1串口通信1、ZLG500B与主机数据传输协议[5]首先主机发出控制命令STX(开始符,等待读写模块的响应ACK(响应符。若3次均未收到正确应答ACK,则退出本次传输并将错误代码返回给主程序;若主机收到读写模块正确响应ACK,则将数据块发送出去,最后发送1个终止符。然后主机等待读写模块发回的状态和响应数据。若在300ms内未检测到响应,则退出本次传输,且向主程序报告错误代码。2、Linux下的串口通信[6]Linux操作系统对串行口提供了很好的支持,在Linux下是把串口当作文件来操作的。通过使用标准函数进行打开串口后,就可以进行基本的设置,包括波特率设置,效验位和停止位设置。把串口当作文件读写,再使用标准函数关闭串口。串口操作时要使用串口2通信,串口1为调试串。根据以上介绍的通信协议,主机与阅读器的通信控制流程图如下:2图2主机与阅读器的通信控制流程图2.2.2网口通信我们所研究的专用系统的主机与服务器PC机通过NFS进行通信,实现读取射频卡文字信息的同时从服务器上获得图像信息,当然可以从服务器上获得任何需要的信息,从而确定射频卡存储信息的有效性,用于门禁系统或电子门票系统。图3主机与服务器PC机的大体通信过程:图3网口通信软件流程32.2.3软件实现通信及读写控制主机写入射频卡字符并显示写入成功流程图如图4所示,同时主机读取射频卡字符并显示在主机触摸屏上,流程图如图5所示:图4写入流程图图5读取流程图主机读取服务器中匹配图像信息并显示在控件上,流程图如下:图6图像读取流程图42.2.4服务器端设置在Linux操作系统下设置支持NFS服务,并需进行如下设置:网络设置为无防火墙状态;设置服务器IP地址,并设置开发板的IP地址;启动NFS;在修改exports文件后要告诉nfs配置信息变化,可以:/etc/rc.d/init.d/nfsstop/etc/rc.d/init.d/nfsstart最后对NFS客户端的设定,确定客户端支持NFS协议,在本地端建立挂载点目录,然后用mount命令直接挂载即可。2.3ARM专用系统开发过程整个系统的开发是在Linux宿主机上首先实现,将在宿主机上开发的QT应用程序中加入串口网口通信的程序,然后通过交叉编译等步骤最终发布到ST2410上由开发板实现系统功能,具体步骤为:安装交叉编译工具;编译并移植嵌入式Linux内核;建立Qt/Embedded开发环境;Qt/E应用程序设计;发布Qt应用程序到ST2410;发布Qt应用程序到ST2410。最后用交叉网线连接开发板与服务器PC机网口相连,上电启动ST2410,进入PDA的图形界面,进入终端输入运行脚本程序的命令,即可使主机与服务器相通信。当运行ST2410上的嵌入式应用程序,最终的系统结果如图7所示,其中Wr和Re控件分别控制系统程序对非接触IC卡的读写操作。当点击Wr时,输入信息就会写入卡的扇区,界面提示写成功;当点击Re时,卡中信息读入主机,同时图像信息根据所读信息由服务器通过网口写入界面。图7运行结果3.结论本文给出了用于射频识别的ARM专用系统的设计过程,以及具体开发过程,实现了基于Linux操作系统的ARM开发板对IC卡读写和与服务器通过网口通信,体现了使用嵌入式Linux系统作为射频识别主机的便携性,以及通过NFS网口通信的快速性,为手持式阅读终端的开发提供了一种解决方案。5参考文献[1]周晓中、阳春华、刘伟群，非接触式Mifare卡读写器开发[M]，中南大学硕士论文，2005年3月[2]于明、范书瑞、曾祥烨，ARM9嵌入式系统设计与开发教程[M]，电子工业出版社，2006[3]广州周立功单片机发展有限公司，ZLG500B读卡模块使用指南[S]，v1.412005.8[4]刘铮、章兢，非接触式IC卡中的射频识别技术[M]，湖南大学硕士学位论文，2002年3月[5]广州周立功单片机发展有限公司,Mifare标准IC卡MF1ICS50功能说明书[S]，2004[6]优龙公司，“ST2410使用手册”[S]，2005年8月[7]孙天泽、袁文菊、张海峰，嵌入式设计及Linux驱动开发指南[M]，电子工业出版社,2005AnARMSystemDesignforRadioFrequencyIdentificationPangSirui,DengJun,SunWenshengSchoolofTelecommunicationsEngineering,BeijingUniversityofPostsandTelecommunications,BeiJing(100876AbstractInthispaper，thesystemresearchedusesST2410asthehost,ZLG500Bastheread-writemoduleandthenon-c