引言

　　RFID技術是從20世紀80年代走向成熟的一項自動識別技術，近年來發展十分迅速。目前，在全世界，基于RFID技術的電子標簽，使用已經非常廣泛了，這主要取決于它的特性，RFID標簽可以使用在幾乎所有的物理對象上。RFID技術在工業自動化，物體跟蹤，交通運輸控制管理，防偽校園卡，電子錢包，行李標簽，收費系統，醫用裝置，電子物品的監控和軍事用途等方面已經得到了廣泛的應用。例如第二代居民身份證，使用基于ISO/IEC4443-B標準的13.56MHz電子標簽，該項目可以說國內乃至國際上最大的RFID應用的項目之一。

　　RFID系統由閱讀器(Reader)，電子標簽(Tag)和后臺數據庫組成，見圖1。閱讀器從附著在物品上的Tag中讀取數據，這些數據在閱讀器或送給后臺的數據庫應用程序進行處理。閱讀器作為RFID系統中的關鍵部件通過天線與電子標簽進行無線通信，可以實現對標簽識別碼和內存數據的讀出或寫入操作。

　　圖1RFID系統構成

　　FPGA具有開發簡單，靜態可重復編程和動態在系統編程的特點，已經成為當今應用最廣泛的可編程專用集成電路。目前在FPGA的集成開發環境中提供各種I/O接口的IP核，方便實現各種I/O接口。

　　現有的RFID閱讀器一般是由ARM(AdvancedRISCMachines)結構體系實現的，一般體積較大，不容易升級。本文研究和實現了基于FPGA的閱讀器，這種閱讀器具有結構靈活、體積小、升級容易、方便實現不同的外設接口等優點。

　　論文結構如下第一部分描述閱讀器的總體結構，第二部分是硬件部分結構，第三部分是軟件部分結構，第四部分是閱讀器的實現。

　　1基于FPGA的RFID閱讀器總體結構

　　閱讀器是由FPGA、射頻模塊、LCD和FLASH構成的，閱讀器的系統結構見圖2。標準串口向射頻模塊發送對標簽操作的命令，用于接收從射頻模塊返回的標簽中的內容，LCD顯示標簽信息，系統控制程序是系統的核心程序，它協調各部分的運行，FLASH存儲器存放數據。

　　圖2閱讀器的系統結構

　　FPGA實現的外部接口有：串口、LCD接口、FLASH接口和鍵盤接口等，射頻模塊內部含有符合RFID標準的標簽操作程序，能夠執行來自串口的操作標簽的命令，返回標簽的信息。

　　2閱讀器的硬件部分結構

　　閱讀器是以FPGA為核心，控制數據處理交換的模塊結構。FPGA實現的模塊有：各個外設接口和CPU模塊，這些模塊由該FPGA內部的可編程邏輯電路實現的，它完成與射頻模塊的通信，射頻模塊前端與標簽的空中接口通信讀取標簽信息，FPGA從串口模塊取回標簽信息送LCD顯示，硬件結構如圖3。

　　圖3閱讀器的硬件結構

　　3閱讀器軟件部分結構

　　程序的執行從鍵盤的觸發開始，此時通過串口向射頻模塊發送讀標簽命令，射頻模塊返回標簽的信息，觸發串口中斷服務程序執行，將讀出的信息放入FIFO對列，將結果送LCD顯示。軟件部分程序執行流程圖見圖4。

　　圖4軟件部分程序執行流程

　　4閱讀器的實現

　　本文使用日立產射頻模塊、2.4GHz電子標簽、XilinxSpartan-3LC1500開發板、XilinxPlatformStudio7.1i集成開發環境和XilinxISE7.1i集成開發環境硬件連接見圖5。FPGA開發板設計一個串口連接射頻模塊，用于向射頻模塊發送標簽操作命令和接收標簽的信息。圖中URAT為設計的串口，G16和H16為FPGA的I/O引腳，74LS04為電平轉換模塊。1602為液晶顯示模塊。

　　圖5硬件連接

　　4.1FPGA中的CPU模塊

　　嵌入式CPU的設計是SOC設計的核心。FPGA可以方便地實現嵌入式CPU核[6]，在FPGA器件中嵌入式CPU有硬核和軟核兩種,如Xilinx的VirtexII器件中含有CPU硬核POWERPC401核，Altera的Excalibur器件中含有PowerTrace核;軟核如Xilinx的PicoBlaze和MicroBlaze，Altera的NIos,Tensilica的Xtensa和OpenCores的OpenRISC軟核。硬核提供了豐富的指令和功能,但不能改變其電路結構。硬核具有高速和高效的優點，但熟悉和充分掌握硬核的使用比較困難，硬核并不是所有的FPGA器件都有的。而軟核是用VHDL語言設計實現，設計者可以根據具體需要進行設計或對軟核進行適當的修改，適當增加或減少硬件電路，如寄存器數量，RAM容量和總線寬度等，,提高芯片利用率，,還可以提高CPU運行速度，并且軟核還具有使用靈活和低成本的特點。本文使用的是Microblaze軟核。

　　4.2實現過程

　　在集成開發環境中添加LCD、URAT和DIP的軟件IP核，其中DIP用于模擬鍵盤輸入。然后配置各個接口IP核的總線類型、地址范圍和外部端口，在項目的UCF文件中配置接口IP核的引腳和FGPA的I/O的連接關系。

　　從串口接收數據有兩種方法：一種是采用定時器讀;另一種采用串口的中斷服務程序來讀。采用定時器消耗資源比較大，本文采用串口中斷的方法，當串口有數據到達時，激活串口中斷服務程序，在中斷服務程序中讀出串口緩沖區的數據，然后寫道FIFO對列。

　　URAT中斷服務程序的主要代碼如下：

　　VoidXUartLite_InterruptHandler(XUartLite*

　　InstancePtr)

　　/*判斷Uart緩沖區是否為空*/

　　if(!XUartLite_mIsReceiveEmpty(RS232_BASEADD

　　R))

　　{

　　/*接收URAT數據*/

　　Data=XUartLite_RecvByte(RS232_BASEADDR);//

　　/*寫入FIFO緩沖隊列*/

　　Add_Queue(Data);

　　}

　　其中FIFO緩沖隊列是由一個自定義的數據結構和對它的操作實現的。

　　下面是主程序的主要代碼。

　　初始化部分

　　/*URAT初始化*/

　　XUartLite_Initialize(&Uart,

　　XPAR_RS232_DEVICE_ID)

　　/*LCD初始化*/

　　voidlcd_init(unsignedintbase_addr)

　　/*URAT開中斷*/

　　voidXUartLite_EnableInterrupt(XUartLite*

　　InstancePtr)

　　/*設置URAT初始化*/

　　voidXUartLite_SetSendHandler(XUartLite

　　*InstancePtr,XUartLite_HandlerFuncPtr,void

　　*CallBackRef)

　　/*設置URAT的中斷服務程序*/

　　voidXUartLite_SetRecvHandler(XUartLite*

　　InstancePtr,，XUartLite_Handler

　　XUartLite_InterruptHandle,void*CallBackRef)

　　初始化完成以后，然后進入一個無限循環。

　　/*判斷是否有鍵按下*/

　　XGpio_InterruptGetStatus(XGpio*InstancePtr)

　　/*發送讀標簽命令*/

　　for(j=0;j

　　{XUartLite_SendByte(UARTLITE_0_BASEA

　　DDR,*(commanda+j));

　　wait(50000);

　　}

　　/*如果對列不為空*/

　　If(!IsEmptyQuque())

　　/*讀取隊列數據*/

　　Read_Quque(data)

　　/*寫入FLASH*/

　　voidflash_write(Xuint32addr,longdata)

　　對FLASH的操作首先要塊檫除，然后才能寫，對FLASH寫的代碼如下：

　　voidflash_write(Xuint32addr,longdata)

　　{XIo_Out32(flash_base_addr+(0x555<<2),

　　0x00aa00aa);

　　XIo_Out32(flash_base_addr+(0xaaa<<2),

　　0x00550055);

　　XIo_Out32(flash_base_addr+(0x555<<2),

　　0x00a000a0);

　　XIo_Out32(addr,data);

　　return;

　　}

　　程序編寫完成后，經過編譯和消除錯誤后，下載到目標板，在FPGA開發板運行程序，在LCD得到標簽信息，見圖6。

　　圖6標簽信息在LCD的顯示

　　5結論

　　RFID技術是近年來發展起來的一種新型的自動識別技術。FPGA技術是未來硬件廣泛使用的一種技術，本文結合將RFID技術與FPGA技術相結合，研究和實現了一種新結構的閱讀器，基于FPGA的閱讀器具有結構靈活、體積小、升級容易和易擴展等優點。本文給出了閱讀器的總體結構、硬件部分結構和軟件部分結構，研究了RFID射頻模塊與FPGA之間的接口實現及標簽信息在LCD顯示。具有廣泛的使用價值。