從貨品目錄控制到超市的快速驗貨，射頻識別(RFID)正在進入我們生活的各個層面。該技術(shù)正在改變目前的許多應(yīng)用，并創(chuàng)造出更多新興應(yīng)用模式。 

RFID應(yīng)用并不需要用于ADC/DAC通訊接口與微控制器的專用訊號處理器。僅需一個傳統(tǒng)的處理器，就可滿足網(wǎng)絡(luò)與控制的大量執(zhí)行需求。本文將以ADI公司的Blackfin系列為例，探討利用單一處理器實現(xiàn)上述訊號轉(zhuǎn)換和網(wǎng)絡(luò)連通性功能的可能性。 

現(xiàn)有/新興應(yīng)用 

在RFID處理流程的前端，訊號鏈?zhǔn)加趯ο笊系男【順?biāo)，該卷標(biāo)將信息傳遞到一個或更多的RFID閱讀器上，該閱讀器在標(biāo)簽位于某個特定區(qū)域內(nèi)時，對卷標(biāo)進行探測。而在后端，服務(wù)器系統(tǒng)維持和更新卷標(biāo)數(shù)據(jù)庫，根據(jù)企業(yè)的信息處理過程，還可能產(chǎn)生警報訊號和發(fā)出其它信息。 

如今，絕大多數(shù)閱讀器都采用多處理器來滿足應(yīng)用的需求。其中一種典型做法是利用一個訊號處理器連接到ADC和DAC。另一個網(wǎng)絡(luò)處理器則負責(zé)與專用于儲存或恢復(fù)數(shù)據(jù)的本地或遠程服務(wù)器進行通訊。 

由于RFID技術(shù)可同時監(jiān)控多個對象，無需由作業(yè)員來逐一‘掃描’(如利用手持條形碼掃描儀)，因此能實現(xiàn)許多方面的應(yīng)用。這種自動識別技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域包括各類貨品控制領(lǐng)域、物流管理、監(jiān)控以及收費系統(tǒng)等。以下列出了目前RFID系統(tǒng)主要應(yīng)用領(lǐng)域： 

1. 超市內(nèi)的食品架和容器，賦予貨品良好的可見性，并實現(xiàn)了良好的貨物管理。由于具有標(biāo)簽的可書寫能力，可加入一些附加信息(如最遲銷售日期)。此外，還可實現(xiàn)自動訂購，以確保貨架上有適量的庫存。 

2. 在圖書館中實現(xiàn)自動借書和還書。過去這些條目均采用印刷標(biāo)簽來識別，必須以人工方式用條形碼掃描儀來逐一讀取。 

3. 服裝卷標(biāo)，用來識別出廠信息。而利用電子卷標(biāo)的識別碼，可自動識別服裝的真?zhèn)巍?nbsp;

4. 在醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)中用來遏制假藥。 

5. 體育比賽中，如馬拉松比賽，可精確追蹤運動員的進程。 

一個RFID系統(tǒng)的簡化表示圖。 

RFID系統(tǒng)概覽 

RFID是一套系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用RF傳輸來實現(xiàn)與對象的通訊、識別、分類和/或追蹤。每個對象均有其各自的RFID標(biāo)簽(即眾所周知的應(yīng)答器)。系統(tǒng)利用卷標(biāo)閱讀器來接收來自每個標(biāo)簽的RF能量。 

閱讀器中的嵌入式軟件管理所收到的卷標(biāo)信息，進行審查、譯碼和處理，并與裝有卷標(biāo)數(shù)據(jù)庫和其它相關(guān)信息的庫存系統(tǒng)進行通訊。 

1. RFID閱讀器 

RFID閱讀器提供單個標(biāo)簽與末端追蹤/管理系統(tǒng)之間的連接。它具有各式各樣的外形，但通常都比較小，能夠安裝在三腳架或墻體上。當(dāng)然，根據(jù)具體應(yīng)用和工作條件，也許會有許多閱讀器用來覆蓋特定區(qū)域。 

例如，在一個倉庫中，將會有一個覆蓋網(wǎng)絡(luò)，確保在貨盤通過A點和B點時，能夠100%地檢查并注冊所有通過的貨品。 

整體而言，閱讀器的功能包括三個部份。第一是與發(fā)射/接收功能，該功能實現(xiàn)與卷標(biāo)的通訊并能區(qū)別每個標(biāo)簽。第二是對所接收的信息進行初始處理。最后則是連接到服務(wù)器，服務(wù)器則負責(zé)將信息鏈接到企業(yè)。 

RFID閱讀器必須能同時處理覆蓋區(qū)域中的多個卷標(biāo)。這對一些在限定空間中具有許多標(biāo)簽的應(yīng)用尤其重要。在多閱讀器/標(biāo)簽應(yīng)用的主要挑戰(zhàn)是會產(chǎn)生碰撞，這是因為多個閱讀器同時發(fā)出詢問，且多個標(biāo)簽同時應(yīng)答。不過有許多方法可解決這個問題。 

最常見的方法是利用某種時分多任務(wù)算法。閱讀器可設(shè)置成分時詢問，標(biāo)簽可在一個隨機的時間間隔后應(yīng)答。在嵌入式軟件中實現(xiàn)這一功能可提供更多靈活性。 

2. RFID應(yīng)答器(標(biāo)簽) 

一個RFID標(biāo)簽包括一枚保有貼附標(biāo)識對象唯一性信息的IC，一個接收來自閱讀器能量并發(fā)射信息的天線(通常是印刷天線)，以及各類內(nèi)含卷標(biāo)的組件。 

‘對象’一詞，適用于許多不同的事物，從工廠的貨物到動物乃至于人均包含在內(nèi)。卷標(biāo)與天線之間的距離是系統(tǒng)的一種重要可變因素，它受到標(biāo)簽技術(shù)的直接影響。以下將解釋目前廣泛采用的各種標(biāo)簽技術(shù)。 

a. 被動標(biāo)簽 

最簡單的卷標(biāo)是被動卷標(biāo)。它由閱讀器發(fā)給它的RF能量供電，不會占用空間，且無需額外電池。這使卷標(biāo)的機械性能更可靠，且體積非常小(約如拇指般大小)。 

不過，由于被動標(biāo)簽的接收功率與它和閱讀器之間的距離呈正比，故缺點是這類標(biāo)簽與閱讀器之間的距離有限。 

談到距離，所選用的RF頻率也對鏈路的實際距離影響甚巨。低頻卷標(biāo)通常使用125~135kHz頻率，但由于該頻率范圍的限制，其主要用途是門禁控制和動物標(biāo)簽。高頻(HF)標(biāo)簽，絕大部份工作在13.56MHz頻段，工作距離大約為一英呎或兩英呎。其主要作用是簡單的逐一識別，如門禁控制，收費或圖書追蹤。另一種是超高頻(UHF)標(biāo)簽，工作在850~950MHz頻段，工作距離較長，可達10英呎甚至更遠。此外，閱讀器可同時處理許多這類卷標(biāo)，不像HF卷標(biāo)只能逐一識別。 

該特性還減少了在指定區(qū)域中的閱讀器數(shù)量。由于該特性，UHF標(biāo)簽在業(yè)界得到了非常廣泛的應(yīng)用，主要用于貨品追蹤與控制。不過，UHF標(biāo)簽的主要缺點是不能有效地穿透液體。該缺點使其不太適用于處理飲料罐或人體等對象。對于這類應(yīng)用，通常必需使用HF標(biāo)簽。 

b. 半主動標(biāo)簽 

與被動卷標(biāo)類似(不像主動卷標(biāo))，半主動卷標(biāo)透過將RF能量反射回標(biāo)簽閱讀器來傳送識別信息。不過，它需要一個電池為標(biāo)簽中的IC提供能量。 

這種方式可實現(xiàn)某些應(yīng)用，如在標(biāo)簽中植入傳感器。于是，每個應(yīng)答器不僅可以發(fā)送靜態(tài)識別信息，還可以發(fā)送實時信息，如溫度、濕度、時間/日期等。 

透過只為IC和傳感器提供電源，半主動標(biāo)簽可實現(xiàn)成本、尺寸和距離間的折衷。 

c. 主動標(biāo)簽 

主動卷標(biāo)比半主動卷標(biāo)更先進。它利用一個整合電池，能同時為標(biāo)簽IC(與傳感器一起)和RF發(fā)射器供電，因此能實現(xiàn)更遠的工作距離(100公尺以上)。 

這也意味著允許對象以比被動和半主動卷標(biāo)系統(tǒng)中更快的速度通過閱讀器。此外，主動卷標(biāo)可搭載比簡單ID編碼更多的產(chǎn)品信息。 

RFID閱讀器的軟件架構(gòu) 

在介紹RFID閱讀器的功能后，以下將討論如何運用Blackfin這類匯聚處理器來實現(xiàn)閱讀器。RFID閱讀器軟件架構(gòu)的三個部份分別是：后端服務(wù)器接口，中介軟件和前端卷標(biāo)閱讀器算法。值得注意的是，如果上述軟件架構(gòu)明確，它們都可以在一顆Blackfin處理器上執(zhí)行。 

1. 連通性 

通常，RFID閱讀器包括一個網(wǎng)絡(luò)單元，將一次單獨的RFID讀取事件連接到中央服務(wù)器。后端網(wǎng)絡(luò)接口可連接到有線以太網(wǎng)絡(luò)(IEEE 802.3)、無線以太網(wǎng)絡(luò)(IEEE 802.11 a/b/g)或者是ZigBee(IEEE 802.15.4)。 

中央服務(wù)器執(zhí)行數(shù)據(jù)庫，其功能包括匹配、追蹤和儲存。許多應(yīng)用都需要‘警報’功能。對供應(yīng)鏈和倉庫管理系統(tǒng)來說，這可能是補貨觸發(fā)器；而針對安全應(yīng)用，這可能是一個安全警報。以執(zhí)行uClinux的高性能嵌入式處理器為基礎(chǔ)而建構(gòu)的閱讀器，在與后臺服務(wù)器通訊時具有驚人的優(yōu)勢。包括TCP/IP協(xié)議堆棧的強韌性和SQL數(shù)據(jù)引擎的可用性，都減輕了研發(fā)過程中巨大的研發(fā)和整合負擔(dān)。 

2. RFID中介軟件 

在RFID的術(shù)語中，中介軟件是位于前端RFID和后端企業(yè)系統(tǒng)之間的轉(zhuǎn)譯層。中介軟件過濾來自閱讀器的數(shù)據(jù)，并確保沒有多個數(shù)據(jù)的重復(fù)和壞數(shù)據(jù)。在早期的RFID系統(tǒng)中，中介軟件執(zhí)行在服務(wù)器上。 

但目前的發(fā)展趨勢是，RFID數(shù)據(jù)在透過企業(yè)級網(wǎng)絡(luò)來發(fā)送之前，先在閱讀器上完成過濾。該增強功能是嵌入式處理器為該應(yīng)用領(lǐng)域帶來的另一項優(yōu)點。 

前端閱讀器 

訊號處理在閱讀器系統(tǒng)的前端實現(xiàn)。該訊號處理通常要求增強的過濾和轉(zhuǎn)換功能，這也是何必須使用像Blackfin這類具有強大訊號處理能力組件的原因。從RFID閱讀器的觀點來看連通性問題，為了與卷標(biāo)進行通訊，ADC/DAC關(guān)鍵接口。 

ADI公司提供了幾款I(lǐng)F子系統(tǒng)的MxFE IC。這些組件是通用的IF子系統(tǒng)，對窄頻IF輸入訊號進行數(shù)字化。它們還具有低噪音放大器、混頻器、ADC、AGC電路以及可編程濾波器。 

I/Q數(shù)據(jù)輸出串流直接送到處理器的并行端口。這些MxFE IC提供窄頻接收機所能提供的最佳性能，非常適合RFID及其它應(yīng)用。 

Blackfin處理器 

在本例中，Blackfin處理器提供到有線和無線網(wǎng)絡(luò)的連接。某些處理器，如ADSP-BF536/7，芯片上還有一個10/100BaseT以太網(wǎng)絡(luò)MAC。 

在無線方面，所有Blackfin處理器均可透過SPI和SPORT外圍直接連接到802.15.4 ZigBee和IEEE 802.11芯片。在無需消耗整個處理器頻寬的條件下，即可實現(xiàn)線速傳輸。 

此外，Blackfin處理器包含一個平行外圍接口(PPI)，可直接連接到ADC/DAC。某些Blackfin包括兩個PPI，可進一步擴展系統(tǒng)功能，如一個連接到照相機，另一個連接RFID閱讀器。 

另外，這些Blackfin的功能還使它們對1維和2維條形碼應(yīng)用特別具有吸引力，因為Blackfin可在同一顆芯片上執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)連接和影像處理等系統(tǒng)控制功能。以Blzckfin軟件而言，RFID閱讀器提供了包括到混頻訊號前端接口所需的所有驅(qū)動器。此外，該處理器還具備一個DMA驅(qū)動器，這在讓數(shù)據(jù)通過系統(tǒng)時也相當(dāng)有用。從系統(tǒng)角度來看，像802.11 Wi-Fi卡、USB thumb驅(qū)動器以及CompactFlash卡接口，都可利用Blzckfin迅速整合。 

本文小結(jié) 

未來，RFID應(yīng)用將不再需要兩個處理器，其中一個專門用于ADC/DAC接口，而另一個則作為為連網(wǎng)微控制器。一顆Blackfin匯聚處理器能夠處理連網(wǎng)和控制功能，還具備用于轉(zhuǎn)換器接口以及繪圖匹配算法的能力，可為新一波的RFID應(yīng)用節(jié)省BOM成本并加速上市時間。 


作者：David Katz 

Glen Ouellette 

Rick Gentile 

資深應(yīng)用工程師 

Giuseppe Olivadoti 

現(xiàn)場應(yīng)用工程師 

ADI公司