摘要:根據網絡在射頻識別(RFID)系統方面的推廣應用，提出了一種基于S3C2440A的HF頻段RFID讀卡器設計方案。該方案以ARM9處理器S3C2440A和RFID讀卡芯片MF RC500為核心，運行Linux操作系統，實現讀取13.56MHZ的非接觸式MifareA型IC卡的數據。

關鍵詞:RFID; S3C2440A; MF-RC500

中圖分類號:TP274文獻標識碼:A文章編號:1009-3044(2010)11-2780-02

Design of High Frequency Band RFID Readers Based on S3C2440A

WANG Xiao-pin

(Guangzhou University of Chinese Academy of Soft Software，Guangzhou 510990， China)

Abstract: According to the promotion and application of the network in the radio frequency identification (RFID) systems， a kind of High Frequency Band RFID readers design based on S3C2440A is proposed. The core of the program is ARM9 processor S3C2440A and the RFID reader MF RC500 chip， and the program run the Linux operating system， it achieve the data of 13. 56MHZ non-contact type IC card MifareA by reading.

Key words:RFID; S3C2440A; MF-RC500

隨著RFID技術的發展，基于RFID的自動識別系統和數據采集系統逐漸應用到身份識別、物流系統等領域，RFID系統的小型化和網絡化成為發展的熱點。RFID系統是一個特殊的傳感器網絡，其關鍵參數是工作頻率決定了系統的耦合方式、識別距離以及設備成本等各方面的性能，也決定了標簽與讀寫器實現的難易程度和成本。

由于RFID系統產生并輻射的電磁波會干擾或削弱其他無線電服務，因此其工作頻率范圍是有限的，主要有低頻、高頻、超高頻及微波等。目前，市場上13.56MHZ的高頻RFID系統相對成熟，但識別距離較短、識別速度居中，因此有必要設計一款性能較高的高頻RFID系統。本文主要通過改進讀卡器的核心處理器性能來增加其應用領域，不僅設計了基于ARM9處理器的RFID讀卡器硬件電路，而且完成了軟件設計和產品的測試。

1 讀卡器硬件平臺設計

本文設計的RFID讀卡器采用Samsung公司生產的ARM9處理器S3C2440A，是一款專用的手持設備設計芯片，具有功耗低、速度快、穩定性好等特點，且價格適中。射頻讀卡模塊則是基于ISO/IEC14443A標準的Mifare非接觸式讀寫芯片MF-RC500，內部具有高集成的調制解調模塊且內部發射器可直接驅動非接觸天線。

RFID讀卡器硬件部分主要包括射頻讀卡模塊和處理器模塊兩部分，總體框圖如圖1所示。

射頻讀卡模塊主要由RFID讀卡電路和天線構成，主要通過天線讀取射頻標簽的信息，由RFID讀卡電路處理信息并調制解調，然后由天線發射出去;處理器模塊則主要通過射頻方式向RFID讀卡模塊傳輸能量。

1.1 處理器模塊

處理器模塊主要包括ARM處理器、存儲器電路、電源電路以及接口電路等組成。ARM處理器為Samsung公司推出的16/32位RISC微處理器S3C2440A，主頻為400MHZ。存儲器電路則由時鐘頻率高達100MHZ的SDRAM和掉電非易失性的FLASH ROM組成，FLASH ROM主要用于存放內核、驅動程序以及文件系統等系統程序。串口電路有兩種電平轉換接口，包括TTL電平和RS232電平兩種;網路接口電路采用DM9000網卡芯片，可自動完成配置，并最大限度適合線路帶寬;JTAG接口則主要用于電路的邊界掃描測試和可編程芯片的編程;還包括GPIO、系統總線接口等外設和接口，完成與外圍設備的連接和通信。

1.2 射頻讀卡模塊

射頻讀卡模塊由RFID讀卡電路和天線兩大部分組成，RFID讀卡電路采用Phlips公司的MF-RC500芯片，支持ISO14443A協議的所有層，內部的發送部分無需加電源即可直接驅動近操作距離的天線，接收部分提供一個堅固而有效的解調和解碼電路。接口電路主要采用UART接口與處理器模塊通信。天線為非接觸式，通過MF-RC500芯片驅動。

2 讀卡器軟件設計

基于ARM的RFID讀卡器軟件設計分為操作系統層和應用程序層兩部分，如圖2所示。

2.1 操作系統層

操作系統是整個讀卡器系統的核心，直接影響系統的穩定性和可擴展性等性能。本文采用Linux操作系統，主要從引導層、內核、文件系統三方面展開設計。

引導程序主要在交叉編譯模式下進行，本文采用韓國mizi公司開發的ViVi，配置編譯后直接生成supervivi-128M二進制文件，通過JTAG接口燒寫進目標板;內核是系統的心臟，本文選用Linux2.6.29.4穩定版本，完成了內核的編譯和移植;文件系統部分主要完成加載和燒寫，加載包括制作文件系統鏡像和利用NFS加載文件系統的方法，燒寫則完成鏡像文件到目標板的過程。

2.2 應用程序層

應用程序主要包括射頻讀卡模塊和處理器模塊的通信應用程序，流程圖如圖3所示。應用軟件實現主要包括監聽讀卡模塊和處理器讀寫數據塊程序兩部分，監聽讀卡模塊部分采用三次認證機制，由處理器定時向讀卡模塊發送查詢命令;處理器讀寫數據塊程序部分則主要依靠讀卡模塊發送讀請求信號和響應信號實現讀寫。

3 讀卡器測試及分析

3.1 測試結果

電路接通后，將Mifare射頻卡移動到距離讀卡器有效距離范圍內即可識別射頻卡，并顯示按字節讀到的數據塊，數據塊的長度為16字節，如圖4所示。

3.2 測試分析

根據測試的結果可看出，RFID讀卡器能正確讀取卡的數據，在常溫條件下，最大識別距離為1.02厘米，最優識別距離小于1cm，8張卡讀取時間為3.52s，因此每張卡的讀取時間為0.44s。

測試結果不僅證明了硬件平臺和軟件設計的正確性。

4 結束語

本文設計的基于S3C2440A的RFID讀卡器對讀卡器的網絡應用進行了前期的研究，為進一步優化市場上比較廣泛的HF頻段的RFID讀卡器結構、改進控制處理性能、防碰撞算法等提供了基礎，并且支持讀卡器與無線通信技術的融合。

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