嵌入式平臺(tái)下的數(shù)據(jù)處理終端

1、嵌入式平臺(tái)下的RFID數(shù)據(jù)處理終端摘  要： 介紹一種以AT91SAM9260處理器和Linux嵌入式操作系統(tǒng)為平臺(tái)的RFID信息采集與處理系統(tǒng)。該系統(tǒng)充分利用AT91SAM9260芯片豐富的標(biāo)準(zhǔn)接口資源，集門(mén)禁、考勤、監(jiān)控為一體，以Linux操作系統(tǒng)為軟件平臺(tái)，完成了RFID數(shù)據(jù)信息和USB攝像頭照片數(shù)據(jù)的采集、保存與TCP/IP遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸?shù)?。介紹了系統(tǒng)的硬件組成原理、軟件設(shè)計(jì)方案和實(shí)現(xiàn)方法，為射頻識(shí)別技術(shù)在智能一卡通系統(tǒng)中的應(yīng)用提供了一種先進(jìn)的解決方案。關(guān)鍵詞： 嵌入式系統(tǒng)； 射頻識(shí)別； USB攝像頭； 一卡通隨著射頻識(shí)別RFID(Radio Frequency Identif

2、ication)技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，RFID廣泛應(yīng)用于城市、住宅小區(qū)、企業(yè)公司、學(xué)校、醫(yī)院等一卡通系統(tǒng)中，極大提高了人們的生活水平和工作質(zhì)量。目前的RFID信息采集與處理多數(shù)采用8位單片機(jī)系統(tǒng)，如各種考勤機(jī)、門(mén)禁控制器、售飯機(jī)等，其功能單一化，數(shù)據(jù)處理能力有限。本設(shè)計(jì)采用ATMEL公司生產(chǎn)的ARM9系列芯片AT91SAM9260為核心處理器，實(shí)時(shí)采集RFID模塊的數(shù)據(jù)信息，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選、識(shí)別、保存，最后以TCP/IP、FTP方式上傳至服務(wù)器供管理系統(tǒng)處理。外置USB攝像頭可運(yùn)行于實(shí)時(shí)視頻監(jiān)控或圖片抓拍，抓拍的圖片可保存于本地Flash存儲(chǔ)器或SD卡中，方便管理人員對(duì)采集的信息進(jìn)行核

3、查，能有效監(jiān)控在考勤或門(mén)禁系統(tǒng)中的作弊代刷卡現(xiàn)象，是有別于指紋考勤系統(tǒng)的另一種有效替代方案。下面介紹系統(tǒng)各組成模塊的功能和實(shí)現(xiàn)方法。1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)1.1 ARM處理器AT91SAM9260AT91SAM9260采用ARM926EJ-S內(nèi)核，最高頻率200 MIPS，具有7個(gè)USART，96個(gè)可編程I/O口，10 M/100 M以太網(wǎng)卡MAC層，12 Mb/s USB-DEVICE及USB-HOST，支持SDRAM的外部總線接口、閃存、NAND閃存。處理器的系統(tǒng)控制器提供完整的監(jiān)視功能，其中包括8級(jí)優(yōu)先級(jí)中斷控制器、RC振蕩器、PLL、實(shí)時(shí)周期中斷和看門(mén)狗定時(shí)器、復(fù)位和關(guān)機(jī)控制器及備份寄存器1

4、。該處理器件的這些特性使得系統(tǒng)硬件電路變得異常簡(jiǎn)潔。1.2 系統(tǒng)構(gòu)成系統(tǒng)包括1個(gè)用于采集USB攝像頭數(shù)據(jù)的USB-HOST接口，1個(gè)語(yǔ)音信息提示的IIS音頻接口，1個(gè)RS232調(diào)試串口,2個(gè)用于接收RFID模塊數(shù)據(jù)的UART1、UART2串行接口，1個(gè)以太網(wǎng)接口以及存儲(chǔ)器接口和其他普通I/O接口。系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)如圖1所示。1.3 外圍接口根據(jù)圖1的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，著重介紹門(mén)禁控制、RFID模塊和存儲(chǔ)器接口的硬件實(shí)現(xiàn)。1.3.1 門(mén)禁控制在門(mén)禁控制系統(tǒng)中，RFID數(shù)據(jù)信息主要來(lái)自于韋根讀卡器。其特點(diǎn)是數(shù)據(jù)傳輸可靠，傳輸距離遠(yuǎn)，在200 m范圍內(nèi)能可靠傳輸，其Wiegand(韋根)協(xié)議是由Motorol

5、a公司制定的一種通信協(xié)議，數(shù)據(jù)輸出由2根線組成，分別為DATA0和DATA1，2根線分別將0或1輸出：輸出0時(shí)，DATA0線上出現(xiàn)負(fù)脈沖；輸出1時(shí)，DATA1線上出現(xiàn)負(fù)脈沖。DATA0與DATA1分別與處理器的I/O口相連接，并將I/O口配置為輸入電平變化中斷方式，保證數(shù)據(jù)幀的可靠完整接收。門(mén)禁輸出控制采用MOSFET功率場(chǎng)效應(yīng)管IFRZ44代替目前流行使用的繼電器控制方式，克服了繼電器所有的“靈敏度差”、“有動(dòng)作噪音”、“開(kāi)閉次數(shù)多減少壽命”等缺點(diǎn)。IFRZ44的驅(qū)動(dòng)電路如圖2所示，其中IFRZ44工作于開(kāi)關(guān)狀態(tài)，將電控鎖的電源連接到J4的兩端，通過(guò)控制IFRZ44的開(kāi)/關(guān)狀態(tài)即可實(shí)現(xiàn)門(mén)閘的

6、開(kāi)/閉。1.3.2 RFID模塊RFID數(shù)據(jù)采集模塊包括：天線、RF發(fā)送電路及RF接收電路、解調(diào)電路、DSP處理電路、電源、外部通信接口等，其外部通信接口最終輸出正確的卡片ID信息2。在一卡通系統(tǒng)中，通常采用成品模塊，目前國(guó)內(nèi)多采用支持頻率為125 kHz的EM卡和13.56 MHz的Mifare卡的讀卡模塊。其中，Mifare卡內(nèi)芯片可讀/寫(xiě)數(shù)據(jù)，每個(gè)扇區(qū)獨(dú)立加密，具備更好的安全性。在本設(shè)計(jì)中，選用中國(guó)臺(tái)灣Smart-way品牌的125 kHz-K4模塊。該模塊體積小，是專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)用來(lái)讀取EM 卡的讀卡模塊，射頻距離約10 cm，外部通信接口采用RS232通信方式，通過(guò)電平轉(zhuǎn)換電路后可直接與處

7、理器的UART接口連接。根據(jù)不同的應(yīng)用和需求，可將該模塊更換為RS232通信方式的Mifare(M1)讀寫(xiě)模塊、遠(yuǎn)距離讀卡模塊、電子標(biāo)簽閱讀器等，應(yīng)用程序根據(jù)模塊生產(chǎn)廠家提供的通信格式對(duì)卡片、電子標(biāo)簽等數(shù)據(jù)載體進(jìn)行讀寫(xiě)操作。1.3.3 存儲(chǔ)接口系統(tǒng)使用2片SDRAM-K4S561632H組成32位64 MB的內(nèi)存，以運(yùn)行Linux操作系統(tǒng)和其他臨時(shí)數(shù)據(jù)；使用1片64 MB的NandFlash-K8F1208作為物理存儲(chǔ)器，存儲(chǔ)系統(tǒng)程序代碼、文件系統(tǒng)、配置參數(shù)等。NandFlash掉電數(shù)據(jù)不丟失，寫(xiě)（編程）和擦除速度快，適合大數(shù)據(jù)量的讀取。在設(shè)計(jì)中，NandFlash的地址空間分配如圖3所示。圖

8、中，Cramfs為系統(tǒng)的啟動(dòng)根文件系統(tǒng)，是一個(gè)壓縮格式的只讀文件系統(tǒng)，當(dāng)系統(tǒng)需要訪問(wèn)某個(gè)位置的數(shù)據(jù)時(shí)，馬上計(jì)算出該數(shù)據(jù)在Cramfs中的位置，將它實(shí)時(shí)地解壓縮到內(nèi)存之中，然后通過(guò)對(duì)內(nèi)存的訪問(wèn)來(lái)獲取文件系統(tǒng)中需要讀取的數(shù)據(jù)，節(jié)省了大部分的內(nèi)存空間3；Yaffs2文件系統(tǒng)是一種專(zhuān)門(mén)針對(duì)NandFlash的可讀寫(xiě)文件系統(tǒng)，在意外斷電等情況下不會(huì)丟失數(shù)據(jù),此處用于保存人員檔案數(shù)據(jù)、照片、RFID信息、系統(tǒng)配置參數(shù)等。1.3.4 其他接口采用簡(jiǎn)單的4×4矩陣鍵盤(pán)和128×64字符型液晶FM12864M作為人機(jī)界面，以減少系統(tǒng)成本。系統(tǒng)的電源采用模塊開(kāi)關(guān)電源，輸出+5V/3A和+12

9、V/1.2 A兩組電源，用于控制系統(tǒng)供電和電鎖供電。UPS電源可用于門(mén)禁系統(tǒng)中，以便在市電斷開(kāi)的情況下能繼續(xù)維持整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行，提高門(mén)禁安全性。2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)在嵌入式系統(tǒng)中，Linux操作系統(tǒng)以源代碼開(kāi)放、可裁剪、占用內(nèi)存少、效率高、穩(wěn)定、良好的移植性、優(yōu)秀的網(wǎng)絡(luò)功能、對(duì)各種文件系統(tǒng)完備的支持和標(biāo)準(zhǔn)豐富的API等眾多優(yōu)點(diǎn)，成為嵌入式軟件平臺(tái)的首選4。本設(shè)計(jì)采用Linux-2.6.22為內(nèi)核的Linux操作系統(tǒng)為軟件平臺(tái)，在此基礎(chǔ)上編寫(xiě)系統(tǒng)需要的各種驅(qū)動(dòng)程序和應(yīng)用程序。2.1  USB攝像頭驅(qū)動(dòng)的移植開(kāi)源驅(qū)動(dòng)spca5xx/gspca提供了對(duì)大部分主流攝像頭的支持，還為攝像頭提供

10、了一個(gè)完整的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序，即servfox和spcaview程序，通過(guò)在Linux服務(wù)器端運(yùn)行servfox，即可實(shí)時(shí)顯示客戶(hù)端spcaview程序采集USB攝相頭視頻流。由于gspca驅(qū)動(dòng)不支持本系統(tǒng)采用的“羅技靈迅版”USB攝像頭型號(hào)，所以要添加修改相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)程序。gspca驅(qū)動(dòng)程序的核心代碼是gspca_core.c和gspca.h兩個(gè)文件，包括了設(shè)備注冊(cè)、注銷(xiāo)、各種操作方法集(定義了所支持的攝像頭設(shè)備列表，設(shè)備檢測(cè)和初始化，設(shè)備打開(kāi)、參數(shù)設(shè)置、關(guān)閉等各種操作函數(shù)) 5。由于“羅技靈迅版”的VendorID（0x046d, 0x08af）、DSP型號(hào)(ZC3XX)、CMOS傳感器型號(hào)(S

11、ENSOR_HV7131R)在gspca.h中均有定義,也有相關(guān)的芯片頭文件,因此,只需改動(dòng)gspca_core.c，把Easy/Cool攝像頭的信息加入到其中即可。在攝像頭型號(hào)檢測(cè)的函數(shù)spcaDetectCamera( )中添加如下代碼：case 0x08af: spca50x->desc =LogitechQC_EasyCool;spca50x->bridge = BRIDGE_ZC3XX;spca50x->sensor = SENSOR_HV7131B;break; 即完成了對(duì)未知USB攝像頭型號(hào)的擴(kuò)展使用。2.2  RFID數(shù)據(jù)采集與處理RFID數(shù)據(jù)采集與

12、處理流程圖如圖4所示。人員檔案數(shù)據(jù)（如姓名、門(mén)禁權(quán)限等）統(tǒng)一存儲(chǔ)在一個(gè)file.txt的文件中，作為數(shù)據(jù)識(shí)別進(jìn)程的數(shù)據(jù)依據(jù)。假設(shè)采集到的RFID卡片ID信息為：1123776758，執(zhí)行如下查找程序：system('grep 1123776758 /user/file.txt');判斷該卡片ID信息是否合法。如果查找結(jié)果是該卡片ID信息為NULL，則應(yīng)進(jìn)行報(bào)警提示等處理；如果查找到的是該卡片ID信息對(duì)應(yīng)的人員檔案數(shù)據(jù)，則進(jìn)行數(shù)據(jù)保存、開(kāi)門(mén)、照片抓拍等。RFID信息、采集時(shí)間、地點(diǎn)等數(shù)據(jù)按格式保存在一個(gè)*.txt 文件中，所采集的照片以.jpg文件格式保存。最后，服務(wù)器通過(guò)以太網(wǎng)

13、，與終端設(shè)備建立TCP/IP、FTP連接，終端設(shè)備將保存的文件上傳至服務(wù)器供管理系統(tǒng)處理。上傳成功的文件將從本地Flash中刪除，本地Flash由于容量有限，采用輪循存儲(chǔ)的辦法，保存的數(shù)據(jù)超出50 MB后，將從存儲(chǔ)范圍的開(kāi)始處往后覆蓋原來(lái)的文件。鍵盤(pán)、LCD12864、韋根接口、門(mén)禁控制接口均需在Linux下編寫(xiě)I/O口驅(qū)動(dòng)程序，以模塊動(dòng)態(tài)加載的方式調(diào)試成功后,保存到Cramfs或Yaffs2文件系統(tǒng)中，啟動(dòng)時(shí)在/etc/init.d/rcS文件中執(zhí)行動(dòng)態(tài)加載命令insmod6,使用mknod建立設(shè)備支點(diǎn)，這樣應(yīng)用程序便可以訪問(wèn)這些設(shè)備。人機(jī)交互除了使用LCD和鍵盤(pán)外，本設(shè)計(jì)還采用了基于Web

14、瀏覽器的交互方式，在用戶(hù)端只需要通過(guò)Web瀏覽器輸入設(shè)備的IP地址，就可以對(duì)嵌入式設(shè)備進(jìn)行管理和監(jiān)控，非常方便實(shí)用。在Linux環(huán)境下，Boa服務(wù)器是一個(gè)非常小巧和適用于嵌入式系統(tǒng)的Web服務(wù)器，支持CGI程序的執(zhí)行。本設(shè)計(jì)充分利用AT92SAM9260片上資源與智能一卡通系統(tǒng)終端的硬件需求相一致的優(yōu)勢(shì)，再以Linux為軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)系統(tǒng)的集成化，具有通用性、低成本、體積小、操作方便、穩(wěn)定可靠等優(yōu)勢(shì)。本系統(tǒng)還可擴(kuò)展到餐飲消費(fèi)、車(chē)庫(kù)管理、會(huì)議簽到等應(yīng)用中，也適用于一般的嵌入式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)等。參考文獻(xiàn)1  Atmel Co.AT91SAM9260 users mannual(revision 6221D)M. 2007.2  武國(guó)強(qiáng)，呂伯權(quán). 基于嵌入式Linux的便攜式RFID信息采集與處理系統(tǒng)J. 電子技術(shù)應(yīng)用，2006,32(10).3  馮國(guó)進(jìn). 嵌入式Linux設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序