基于ARM和Linux的RFID阅读器设计
摘要
随着信息技术的不断发展，物联网具有广阔的应用前景。RFID技术作为物联网核心技术之一，也得到了很广泛的应用和发展。阅读器作为RFID系统重要组成部分，在系统中起着重要作用，具有很大的研究价值。本文通过对当前RFID阅读器的分析比较，提出了一种嵌入式阅读器设计方案。研究和实现基于ARM和Linux的RFID阅读器设计，旨在促进RFID阅读器功能的完善，提高RFID技术的发展水平，促进物联网的推广。本论文研究主要包括两大技术，一是ARM嵌入式技术，二是RFID技术。主要要解决的问题是引导加载程序和嵌入式操纵系统的移植，RFID通信协议的研究及通信的实现，主要研究内容包括：
1．首先进行了大量的基础研究，为设计做好准备。研究了嵌入式系统概念、特点、硬件与软件分析、比较以及选取等。通过比较当前RFID阅读器的特点，分析了选用ARM芯片作为控制器的优点。通过对常用的几种嵌入式系统的分析和比较，选择uClinux作为本设计所用嵌入式操作系统。研究了RFID技术发展现状，RFID系统的组成、标准等。
2．通过比较，选用价格低廉、功能丰富、可扩展性强的ARM7系列芯片S3C44B0X，RFID模块使用CY14443A-C，该模块性能优良、接口简单、使用方便。通过对控制器与RFID模块之间接口的研究，完成硬件的设计和实现。
3．研究了RFID模块的通信协议，包括发送、接收指令的研究，研究了电子标签的读取。运用嵌入式C语言和汇编语言混合编程，实现了RFID阅读器读取电子标签应用程序的编写。利用S3C44B0X的JTAG功能，实现应用程序的在线仿真和调试。
4．研究了U-Boot和uClinux源代码，然后根据实际硬件对其进行修改，编译，移植。完成uClinux添加应用程序和移植，最终完成整个系统的移植工作。
上述研究内容和成果，对于RFID阅读器前端数据采集提供了一种很好的指导方案，对于RFID技术的发展和进步具有重要意义。本论文研究的RFID阅读器使用简单、价格低廉、可扩展性强、通用性强，为用户继续研究和开发提供了极大的便利。
With the continuous development of information technology, the internet ofthings has broad application prospects. RFID technology has also been a very widerange of applications and development as the core technology of the internet of things.RFID reader plays an important role in the RFID system as an important componentof the system, and has a lot of research value. Based on the analysis and comparisonof current RFID readers , one embedded reader design was put forward. The researchand implementation of RFID reader design based on ARM and Linux was to improvethe function of RFID reader, to improve the level of development of RFID technology,and to promote the promotion of the internet of things. In this study, two technologieswere included, one was ARM embedded technology, the other one was RFIDtechnology. The main problems to be solved were to transplant the bootloader andembedded operating system, to research RFID communication protocol andimplement communication, the main research contents include:
1. Firstly, a great deal of basic research for the design was done. Status of theRFID technology, RFID system components and standards were researched. Theconcept of features, hardware and software analysis, comparison, and selection ofembedded system and so on were researched. By comparing the characteristics of thecurrent RFID readers, the advantages of selecting ARM chip as the controller wereanalyzed. By analyzing several commonly used embedded operating systems, uClinuxembedded operating system was chosed.
2. By comparison, ARM7 chip S3C44B0X which has low cost, rich features,extensibility was chosed. CY14443A-C was chosed as the RFID module, which hasgood performance, simple interface, and is easy to use. Through researching theinterfaces between controller module and RFID module, design and implementationof the hardware were done.
3. The communication protocols of RFID module including sending andreceiving instruction, how to read tag were researched. Using the JTAG function ofS3C44B0X, application online simulation and debugging were achieved.
4. U-Boot and uClinux source code were researched, and then were modifiedaccording to the actual hardware, compile d and transplanted. Finally , applicationswere added to uClinux, then uClinux was transplanted.
The contents and results of the study provide a good mentoring to the RFIDreader front-end data collection, and are important for the development and progressof RFID technology. In this study, the RFID reader has advantages of using simple,low cost, extensibility, versatility, provides a great convenience for the user toresearch and development it.
1．首先进行了大量的基础研究，为设计做好准备。研究了嵌入式系统概念、特点、硬件与软件分析、比较以及选取等。通过比较当前RFID阅读器的特点，分析了选用ARM芯片作为控制器的优点。通过对常用的几种嵌入式系统的分析和比较，选择uClinux作为本设计所用嵌入式操作系统。研究了RFID技术发展现状，RFID系统的组成、标准等。
2．通过比较，选用价格低廉、功能丰富、可扩展性强的ARM7系列芯片S3C44B0X，RFID模块使用CY14443A-C，该模块性能优良、接口简单、使用方便。通过对控制器与RFID模块之间接口的研究，完成硬件的设计和实现。
3．研究了RFID模块的通信协议，包括发送、接收指令的研究，研究了电子标签的读取。运用嵌入式C语言和汇编语言混合编程，实现了RFID阅读器读取电子标签应用程序的编写。利用S3C44B0X的JTAG功能，实现应用程序的在线仿真和调试。
4．研究了U-Boot和uClinux源代码，然后根据实际硬件对其进行修改，编译，移植。完成uClinux添加应用程序和移植，最终完成整个系统的移植工作。
上述研究内容和成果，对于RFID阅读器前端数据采集提供了一种很好的指导方案，对于RFID技术的发展和进步具有重要意义。本论文研究的RFID阅读器使用简单、价格低廉、可扩展性强、通用性强，为用户继续研究和开发提供了极大的便利。
With the continuous development of information technology, the internet ofthings has broad application prospects. RFID technology has also been a very widerange of applications and development as the core technology of the internet of things.RFID reader plays an important role in the RFID system as an important componentof the system, and has a lot of research value. Based on the analysis and comparisonof current RFID readers , one embedded reader design was put forward. The researchand implementation of RFID reader design based on ARM and Linux was to improvethe function of RFID reader, to improve the level of development of RFID technology,and to promote the promotion of the internet of things. In this study, two technologieswere included, one was ARM embedded technology, the other one was RFIDtechnology. The main problems to be solved were to transplant the bootloader andembedded operating system, to research RFID communication protocol andimplement communication, the main research contents include:
1. Firstly, a great deal of basic research for the design was done. Status of theRFID technology, RFID system components and standards were researched. Theconcept of features, hardware and software analysis, comparison, and selection ofembedded system and so on were researched. By comparing the characteristics of thecurrent RFID readers, the advantages of selecting ARM chip as the controller wereanalyzed. By analyzing several commonly used embedded operating systems, uClinuxembedded operating system was chosed.
2. By comparison, ARM7 chip S3C44B0X which has low cost, rich features,extensibility was chosed. CY14443A-C was chosed as the RFID module, which hasgood performance, simple interface, and is easy to use. Through researching theinterfaces between controller module and RFID module, design and implementationof the hardware were done.
3. The communication protocols of RFID module including sending andreceiving instruction, how to read tag were researched. Using the JTAG function ofS3C44B0X, application online simulation and debugging were achieved.
4. U-Boot and uClinux source code were researched, and then were modifiedaccording to the actual hardware, compile d and transplanted. Finally , applicationswere added to uClinux, then uClinux was transplanted.
The contents and results of the study provide a good mentoring to the RFIDreader front-end data collection, and are important for the development and progressof RFID technology. In this study, the RFID reader has advantages of using simple,low cost, extensibility, versatility, provides a great convenience for the user toresearch and development it.
引文
[1]．吴永祥.射频识别(RFID)技术研究现状及发展展望[J].微计算机信息.2006，11-2.
[2]．顾震宇.国内外RFID技术研究现状与发展趋势[EB/OL].http://www.cessa.org.cn/cessa/web/listdetail.jsp?id=962.
[3]．我国RFID产业发展与政策支持现状[EB/OL].http://www.dzsc.com/news/html/2010-3-12/114199.html.
[4]．宋蕊，谢白玉.嵌入式系统设计方法的分析比较[J].黄河水利职业技术学院学报.2010,(04).
[5]．嵌入式系统[EB/OL].http://baike.baidu.com/view/6115.html.
[6]．刘锬.Linux嵌入式系统开发平台选型探讨[J].单片机与嵌入式系统应用，北京：2004.7.
[7]．嵌入式系统的特点[EB/OL].http：//www.dzsc.com/data/html/2009-1-16/75783.html.
[8]．刘彦文.基于ARM7TDMI的S3C44B0X嵌入式微处理器技术[M].北京：清华大学出版社，2009.4.
[9]．李云燕.VoWLAN终端硬件系统的设计与实现[D].重庆邮电大学硕士学位论文.2007.
[10]．贺光辉.基于uClinux的嵌入式CIP-I Leg控制器研究与设计[D].中南大学硕士学位论文.2007.
[11]．韩山，郭云，付海艳.ARM微处理器应用开发技术详解与实例分析[M].北京：清华大学出版社，2007.7.
[12]．朱竹霞.论ARM嵌入式系统及其信息产业化发展[J].现代商贸工业，2008，(04).
[13]．史京浩.基于AT91RM9200和FPGA技术的变电站测控装置[D].山东大学硕士学位论文.2009.
[14]．王宁.基于ARM与μC/OS-II的数字伺服系统信号发生器的开发[D].南京理工大学硕士学位论文.2005.
[15]．ARM Limited.ARM7TDMI Technical Reference Manual.2000.
[16]．李佳.ARM系列处理器应用技术完全手册[M].北京：人民邮电出版社，2006.12.
[17]．几种嵌入式实时操作系统的分析与比较[EB/OL].http://www.eefocus.com/article/10-03/1623741270031742.html.
[18]．范书瑞，赵燕飞，高铁成.ARM处理器与C语言开发应用[M].北京：北京航空航天大学出版社,2008.8.
[19]．朱靖宇.嵌入式视频对象监控系统及其编码技术的研究[D].上海交通大学硕士学位论文.2005.
[20]．黄磊.单片机和嵌入式系统开发平台化的研究[D].南京航空航天大学硕士学位论文.2004.
[21]．李启荣.通信系统中的处理器及嵌入式开发[D].北京邮电大学硕士学位论文.2004.
[22]．赵爱萍.基于ARM的嵌入式系统开发及其在GPS接收机中的应用研究[D].中国科学院研究生院（国家授时中心）硕士学位论文.2006.
[23]．陆竞晓.嵌入式光纤布喇格光栅传感信号解调系统的研究[D].武汉理工大学硕士学位论文.2005.
[24]．曾庆远.基于ARM嵌入式平台的RFID阅读器设计[D].电子科技大学硕士学位论文.2009.
[25]．宁焕生，张彦.RFID与物联网—射频、中间件、解析与服务[M].北京：电子工业出版社，2008.4.
[26]．RFID电子标签[EB/OL].http：//baike.baidu.com/view/2262727.htm.
[27]．黄杰，赵京音，万常照.RFID在农业中的应用与展望[J].农业网络信息，2008.(09).
[28]．rfid阅读器[EB/OL]http：//baike.baidu.com/view/3279260.htm.
[29]．卢修竹.基于MF RC500的集成RFID阅读器设计与研究[D].天津科技大学硕士学位论文.2007.
[30]．汪建强.基于RFID的城市道路车辆监控系统的设计研究[D].山东大学硕士学位论文.2009.
[31]．张洪涛.炼钢厂天车物流跟踪系统设计与实现[D].北京科技大学.2009.
[32]．三大RFID技术标准简介[EB/OL].http：//wenku.baidu.com/view/33f2c042336c1eb91a375d84.html.
[33]．马启平.无线射频识别(RFID)编码解析网络服务技术研究[D].华南理工大学硕士学位论文.2009.
[34]．李燕.近场通信技术研究[D].重庆大学硕士学位论文.2009.
[35]．胡益.基于EPC Class1 Gen2的阅读器软件设计与实现[D].湖南大学硕士学位论文.2008.
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[37]．黄锦亮.RFID对象名称服务架构研究与原型开发[D].华中科技大学硕士学位论文.2006.
[38]．丘铁.ARM嵌入式系统结构与编程[M].北京：清华大学出版社，2009.3.
[39]．穆健.基于嵌入式linux和TCP/IP协议分析的入侵检测系统研究[D].华中科技大学硕士学位论文.2006.
[40]．Samsung.Electronics.S3C44B0X Datasheet.
[41]．孙建东.基于FPGA的数字图像信号模拟源设计[D].南京航空航天大学硕士学位论文.2010.
[42]．李晓燕.基于uClinux+BF561嵌入式播放器的设计与实现[D].西南科技大学硕士学位论文.2008.
[43]．Hyundai Electronics.HY57V641620HG Datasheet.
[44]．Silicon Storage Technology,Inc.SST.SST39VF160 Datasheet.
[45]．薛国将.基于ARM的数据采集系统的研究与开发[D].中国地质大学（武汉）硕士学位论文.2007.
[46]．郭宏亮.基于空气、水、冰电容差异的冰层厚度测量系统[D].太原理工大学硕士学位论文.2007.
[47]．液晶显示器的特点及分类[EB/OL].http：//www.yesky.com/Hardware/72624955006648320/20010616/185358.shtml.
[48]．杭州灿宇科技有限公司.CY14443A-C数据手册.
[49]．赵星寒，周春来，刘涛.ARM开发工具ADS原理与应用[M]北京：北京航空航天大学出版社，2006.7.
[50]．朱朝飞.基于ARM的网络摄像机的设计与实现[D].成都理工大学硕士学位论文.2010.
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[54]．《电脑编程技巧与维护》杂志社.Visual Basic编程技巧典型案例解析[M].北京：中国电力出版社，2005.
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[56]．李俊葶.便携式RFID控制与显示系统设计[D].成都理工大学硕士论文.2010.
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[37]．黄锦亮.RFID对象名称服务架构研究与原型开发[D].华中科技大学硕士学位论文.2006.
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