便携式超高频RFID读写器的FPGA实现
3 系统软件设计
3．1 RF收发芯片CC1100软件设计
CC1100操作包括芯片数据读写、寄存器与命令滤波器设置访问、数据包与数据传输速率设置、FIFO访问、低功耗策略等。RFID读写器中CC1100数据传输采用同步连续方式，支持硬件数据包处理、FIFO缓冲、数据白化、交错和前向处理。CC1100数据帧包含前导、同步数据、标签地址、数据长度、读写命令、数据地址、数据、CRC校验码、结束位。其中前导数据、同步数据通过CC1100寄存器设置硬件自动完成、CRC校验码硬件自动完成，其他数据需软件设置或配置寄存器。数据帧结构如表1所列。本文引用地址：//m.amcfsurvey.com/article/190983.htm
CC1100通过4线SPI接口与FPGA连接，对内部不同寄存器和不同命令滤波器操作完成数据收发。当SO引脚读数据时SCLK必须在第一个上升沿前被拉低，一个周期内SCLK下降沿完成1位数据建立，上升沿数据保持；CSn=0片选信号有效，数据正常传输；在SCLK控制下SI为同步数据输入，SO为同步数据输出。数据通信完成后SCLK保持低电平，等待下次数据通信。CSn=1时CC1100为降低功耗处于睡眠或晶振停振状态。CC 1100采用电磁波激活WOR低功耗技术，CPU处于深度睡眠等待接收状态，数据到来后，无须唤醒CPU而直接存储到RX FIFO。
CC1100内部可分为配置寄存器地址(0x00～0x2F)和命令滤波器地址(0x30～0x3F)。配置寄存器设置SPI引脚状态、数据调制方式、编码方式、校验方式、数据传输速率、信道带宽等；寄存器状态字STATE第6位到第4位查询当前工作状态，000为空闲状态，001为接收状态，010为发送状态；命令滤波器设置当前工作状态，SRX 0x34=0xFF时启用接收模式，STX 0x35=0xFF时启用发送模式。CC1100分别具有一个64位RX FIFO和TX FIFO，STATE状态字监测FIFO是否溢出。读RX FIFO前必须保证FIFO不为空，写TX FIFO前必须保证FIFO为空，否则读写数据将出错。CC1100寄存器与滤波器设置可以通过软件SmartRF Studio得到最佳配置。
CC1100数据传输速率通过MDMCFG3．DRATE_M和MDMCFG4．DRATE_E配置寄存器和晶振频率设置，先设定数据传输速率和晶振频率，计算出MDMCFG3．DRATE_M和MDMCFG4．DRATE_E配置寄存器值。
3．2 ISO18000-6C空中接口协议
传输频率范围：860～960MHz。
调制方式：ASK，每个信道500kHz，可设置52个信道，标签采用反向散射调制。
最大发射功率：4W。
编码方式：PIE，Miller，FM0。
校验方式：CRC-16。
数据传输速率：40～640kbps。
4 系统实验结果和结论
RFID系统测试包括软件测试、硬件测试、稳定性和EMI测试。软件测试包括用户软件、中间件、标签软件、编解码信号测试；硬件测试包括发射功率、收发距离、收发夹角、标签数量；EMI和稳定性测试包括复杂电磁干扰测试等。用到的仪器有数字存储示波器、矢量分析仪、逻辑测试仪、频谱分析仪、NRT功率计测试仪。它们对读写次数与数据正确率、读写器一标签距离与数据正确率、天线发射功率与数据传输距离、天线对信号放大倍数与信号频率关系进行相关测试与数据分析。
经测试，RF放大器对889 MHz信号放大倍数最大，读写器与标签最大数据传输速率为240 kbps；传输距离在1 m内天线发射功率为1．1 dBm，调整发射功率，最大传输距离可达3 m。基于IS018000-6C标准射频标签协议RFID便携式系统工作稳定可靠，只需USB与PC机连接便可实现读写器与PC机数据通信，简单、方便、可靠，可用于工业控制、消费类电子、食品安全追踪、现代物流、校园一卡通等场所。
评论