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文檔簡介
1、6.1 超高頻RFID超高頻RFID技術(shù)具有一次性讀取多個標簽、穿透性強、可多次讀寫、數(shù)據(jù)的記憶容量大等特點。并且電子標簽成本低、體積小、使用方便,可靠性和壽命都比較高,目前正在得到越來越廣泛的應(yīng)用,也被認為是最具有發(fā)展前途的物聯(lián)網(wǎng)典型應(yīng)用。本章將從超高頻RFID的特點開始,講解其協(xié)議和現(xiàn)狀,然后講解超高頻RFID閱讀器的應(yīng)用和對其進行二次開發(fā)的方法。6.1.1 超高頻RFID特點超高頻RFID技術(shù)是目前射頻識別技術(shù)最活躍的技術(shù)領(lǐng)域之一。超高頻RFID相對于低頻和高頻RFID而言,特點如下:1. 工作距離超高頻RFID與低頻、高頻的應(yīng)答器相比,工作在超高頻頻段的應(yīng)答器應(yīng)具有較遠的讀寫距離,通常
2、大于1m。隨著有源應(yīng)答器的廣泛應(yīng)用,讀寫距離進一步擴展。由于有較遠的讀寫距離,RFID技術(shù)在物流、供應(yīng)鏈管理、門禁等領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用。2. 天線在超高頻頻段,應(yīng)答器的天線尺寸較小,天線的小型化和微型化設(shè)計成為保證應(yīng)答器技術(shù)性能的重點和難點,并催生了很多天線設(shè)計制造的新技術(shù)。3. 防碰撞在超高頻頻段,由于工作距離較遠,所以在一個閱讀器的有效工作范圍內(nèi),可能同時出現(xiàn)的應(yīng)答器的數(shù)量會增加,因此必須具有較快的、有效的處理碰撞的能力。此外,在一些應(yīng)用中會出現(xiàn)密集閱讀器的情況,因此閱讀器之間的相互干擾問題也需要有較好的對策。4. 應(yīng)答器功能應(yīng)答器除存儲有識別數(shù)據(jù)外,還可以集成傳感器,如溫度傳感器、應(yīng)力
3、傳感器等。在對溫度敏感的物體(如生鮮食品、藥品、生物制品)運輸過程中,將RFID溫度監(jiān)測器放入物品包裝或貨箱中,就可以實現(xiàn)基于RFID物品的溫度檢測。超高頻應(yīng)答器的一種重要應(yīng)用是作為商品射頻標簽。為了維護顧客的隱私權(quán),在這里應(yīng)用的應(yīng)答器還具有自毀功能,可通過閱讀器發(fā)出的KILL命令來實現(xiàn)。6.1.2 超高頻RFID頻率在RFID術(shù)語中,通常所指的超高頻RFID工作頻率為433 MHz、866960 MHz和2.45 GHz三個頻段。目前全球超高頻RFID的工作頻率在860960 MHz頻段。這是因為射頻識別系統(tǒng)將應(yīng)用于全世界,然而在全球找不到一個超高頻RFID可以適用的共同頻率。所以與低頻和高
4、頻RFID相比,860960 MHz頻段的超高頻RFID頻率并不統(tǒng)一。出于各方面的考慮,各國和地區(qū)對工作頻率的范圍、發(fā)射功率的大小、調(diào)頻技術(shù)信道寬度等都有不同的分配,這也是目前制約超高頻RFID發(fā)展的一個因素。我國信息產(chǎn)業(yè)部于2019年正式發(fā)布800/900MHz頻段射頻識別(RFID)技術(shù)應(yīng)用試行規(guī)定的通知,劃定了兩個頻段RFID技術(shù)的具體使用頻率。該試行規(guī)定出于兩方面的審慎考慮,一方面是從我國無線電頻率劃分和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的實際情況出發(fā),另一方面則是與國際相關(guān)標準相銜接。各國和地區(qū)超高頻RFID頻率劃分如表6-1所示。 表6-1 超高頻頻率劃分 6.2 超高頻RFID協(xié)議標準 目前RFID存在三
5、個主要的技術(shù)標準體系:美國麻省理工學(xué)院(MIT)Auto IDCenter(自動識別中心)的EPC標準體系、日本的Ubiquitous IDCenter(泛在ID中心,UIC)標準體系和ISO標準體系。6.2.1 概述在超高頻頻段,空中接口標準采用ISO/IEC 18000標準,其中ISO/IEC 18000-7是433 MHz標準,ISO/IEC 18000-6是860960 MHz標準,ISO/IEC 18000-4是2.45GHz標準。其行業(yè)標準如下:1. EPC GlobalEPC Global是由美國統(tǒng)一代碼協(xié)會(UCC)和歐洲物品編碼協(xié)會于2019年9月共同成立的非營利性組織,其前
6、身是2019年10月1日在美國麻省理工學(xué)院成立的非營利性組織Auto ID Center。Auto ID中心以創(chuàng)建“物聯(lián)網(wǎng)”(Internet of Things)為使命,與眾多企業(yè)成員共同制定一個統(tǒng)一的開放技術(shù)標準。旗下有沃爾瑪集團、英國Tesco等100多家歐美的零售流通企業(yè),同時由微軟、飛利浦、Auto ID Lab等公司提供技術(shù)研究支持。目前EPC Global已在加拿大、日本、中國等國建立了分支機構(gòu),專門負責(zé)EPC代碼段在這些國家的分配與管理、EPC相關(guān)技術(shù)標準的制定、EPC相關(guān)技術(shù)在本國的宣傳普及以及推廣應(yīng)用等工作。EPC Global“物聯(lián)網(wǎng)”體系架構(gòu)由EPC編碼、EPC標簽及讀
7、寫器、EPC中間件、ONS(Object Naming Service)服務(wù)器和EPCIS(EPC Information Services)服務(wù)器等部分構(gòu)成。EPC編碼是EPC賦予物品唯一的電子編碼,其位長通常為64位或96位,也可擴展為256位。對不同的應(yīng)用規(guī)定有不同的編碼格式,主要存放企業(yè)代碼、商品代碼和序列號等。最新的EPC Class1 Gne2標準的EPC編碼可兼容多種編碼。2. UbiquitousID日本在電子標簽方面的發(fā)展,始于20世紀80年代中期的實時嵌入式系統(tǒng)TRON(TheReal-time Operating system Nucleus)。T-Engine是其核心的
8、體系架構(gòu)。在T-Engine論壇的領(lǐng)導(dǎo)下,泛在D中心于2019年12月成立,并得到日本政府經(jīng)產(chǎn)省和總務(wù)省以及大企業(yè)的支持,目前包括微軟、索尼、三菱、日立、日電、東芝、夏普、富士通、NTFDoCoMo、KDDI、J-Phone、伊藤忠、大日本印刷、凸版印刷、理光等重量級企業(yè)。泛在D中心的泛在識別技術(shù)體系架構(gòu)由泛在識別碼(uCode)、信息系統(tǒng)服務(wù)器、泛在通信器和uCode解析服務(wù)器等四部分構(gòu)成。3. ISO標準體系國際標準化組織(ISO)以及其他國際標準化機構(gòu),如國際電工委員會、國際電信聯(lián)盟(ITU)等是RFID國際標準的主要制定機構(gòu)。大部分RFID標準都是由ISO(或與IEC聯(lián)合組成)的技術(shù)委
9、員會或分技術(shù)委員會制定的。ISO/IEC 18000-6系列標準包括ISO/IEC 18000-6 TYPE A、ISO/IEC 18000-6 TYPE B和ISO/IEC 18000-6 TYPE C三種類型。而6B和6C協(xié)議是在設(shè)計超高頻RFID讀寫器時常用的兩種標準。其中,6C是將EPC Classl Gen2(EPC C1 G2)協(xié)議作適當修改,并于2019年由ISO/IEC在新加坡會議列入ISO/IEC 18000-6系列的,這也是在本書配套讀寫器上實現(xiàn)的協(xié)議。6.2.2 ISO/IEC 18000-6標準ISO/IEC18000-6標準的TYPE A、TYPE B、TYPE C部
10、分技術(shù)特征比較如表6-2所示。從上表可以看出,在技術(shù)性能和指標上ISO/IEC18000-6C比ISO/IEC18000-6A和ISO/IEC18000-6B更加完善和先進,已被美國國防部和國際上大的物流廠商(如沃爾瑪)所認可。值得注意的是,ISO/IEC的聯(lián)合工作組又對ISO/IEC18000-6C標準進行延伸,在其基礎(chǔ)上制定了帶傳感器的半無源標簽的通信協(xié)議標準(即ISO/IEC18000-6D)。目前來說,TypeC(EPC Cl G2)協(xié)議與TypeA和TypeB協(xié)議相比具有比較明顯的優(yōu)勢。表6-2 ISO/IEC18000-6標準 6.2.3 EPC C1 G2協(xié)議EPC C1 G2的
11、獲批對于RFID技術(shù)的應(yīng)用和推廣具有非常重要的意義,它為在供應(yīng)鏈應(yīng)用中使用的UHF RFID提供了全球統(tǒng)一的標準,給物流行業(yè)帶來了革命性的變革,推動了供應(yīng)鏈管理和物流管理向智能化方向發(fā)展。1. 協(xié)議概述2019年12月16日,非營利性標準化組織EPC Global批準向EPC Global成員和簽訂了EPC Global IP協(xié)議的單位免收專利費的空中接口新標準EPC Gen2。這一標準是無線射頻識別(RFID)技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)和產(chǎn)品電子代碼(EPC)組成的EPC Global網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)。UHF第二代空中接口協(xié)議,是由全球60多家頂級公司開發(fā)的并達成一致用于滿足終端用戶需求的標準,是在現(xiàn)有4個標簽
12、標準的基礎(chǔ)上整合并發(fā)展而來的。這四個標準是英國大不列顛科技集團(BTG)的ISO-180006A標準、美國Intermec科技公司(Intermec Technologies)的ISO-180006B標準、美國Matrics公司(近期被美國Symbol科技公司收購)的Class 0標準和Alien Technology公司的Class 1標準。Gen2協(xié)議標準的制定單位及其標準基礎(chǔ)決定了其與第一代標準相比具有更高的優(yōu)越性,這一新標準具有全面的框架結(jié)構(gòu)和較強的功能,能夠在高密度讀寫器的環(huán)境中工作,符合全球管制條例,而且標簽讀取正確率較高,讀取速度較快,安全性和隱私功能都有所增強。它克服了EPC
13、Global以前Class0和Class1的很多限制。2. EPC Gen2的優(yōu)點具體來說,EPC Gen2協(xié)議標準的優(yōu)點主要如下:1) 標準開放EPC Global批準的EPC Gen2標準對EPC Global成員和簽訂了EPC Global IP協(xié)議的單位免收專利費,允許這些廠商著手生產(chǎn)基于該標準的產(chǎn)品,如標簽和讀寫器。這意味著更多的技術(shù)提供商可以據(jù)此標準在不交納專利授權(quán)費的情況下生產(chǎn)符合供應(yīng)商、制造商和終端用戶需要的產(chǎn)品,也減少了終端用戶部署RFID系統(tǒng)的費用,可以吸引更多的用戶采用RFID技術(shù)。同時,人們也可以從多種渠道獲得標簽,進一步促進了標簽價格的降低。2) 容量大超高頻RFID
14、芯片尺寸可以縮小到現(xiàn)有版本的一半至三分之一,從而進一步擴大了其使用范圍,滿足了多種應(yīng)用場合的需要。例如,芯片可以更容易地縫在衣服的接縫里,夾在紙板中間,成型在塑料或橡膠內(nèi),整合在顧客的包裝設(shè)計中。3) 安全性標簽的存儲能力也增加了,Gen2標簽在芯片中有96字節(jié)的存儲空間,為了更好地保護存儲在標簽和相應(yīng)數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù),在Unconceal(公開)、Unlock(解鎖) 和 Kill(滅活)指令中都設(shè)置了專門的口令,使得標簽不能隨意被公開、解鎖和滅活。標簽具有更好的安全加密功能,保證讀寫器在讀取信息的過程中不會把數(shù)據(jù)擴散出去。4) 兼容性目前RFID存在兩個技術(shù)標準陣營,一個是總部設(shè)在美國麻省理
15、工學(xué)院的Auto ID Center,另一個是日本的Ubiquitous ID Center(UID)。日本的UID標準和歐美的EPC標準在使用無線頻段、信息位數(shù)和應(yīng)用領(lǐng)域等都存在著諸多差異。 日本的RFID采用的頻段為2.45 GHz和13.56 MHz,歐美的EPC標準采用的是UHF頻段,如902928 MHz。 日本的電子標簽的信息位數(shù)為128位,EPC標準的信息位數(shù)為96位。 日本的電子標簽標準可用于庫存管理、信息發(fā)送與接收以及產(chǎn)品和零部件的跟蹤管理等,EPC標準側(cè)重于物流管理、庫存管理等。由于標準的不統(tǒng)一,導(dǎo)致了產(chǎn)品不能互相兼容,給RFID的大范圍應(yīng)用帶來了困難。EPC Gen2協(xié)議
16、標準的推出,保證了不同生產(chǎn)商的設(shè)備之間將具有良好的兼容性,也保證了EPC Global網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的不同組件(包括硬件部分)之間的協(xié)調(diào)工作。5) 滅活指令新標準具有了控制標簽的權(quán)力,即可以使用滅活(Kill)指令使標簽自行永久失效以保護隱私。如果不想使用某種產(chǎn)品或是發(fā)現(xiàn)安全隱私問題,就可以使用滅活指令停止芯片的功能,有效地防止芯片被非法讀取,提高了數(shù)據(jù)的安全性能,也減輕了人們對隱私問題的擔(dān)憂。被滅活的標簽在任何情況下都會保持被滅活的狀態(tài),不會產(chǎn)生調(diào)制信號以激活射頻場。6) 射頻分布EPC Gen2協(xié)議的頻譜與射頻分布比較廣泛,這一優(yōu)點提高了UHF的頻率調(diào)制性能,減少了與其他無線電設(shè)備的干擾問題。
17、這一標準還解決了RFID在不同國家不同頻譜的問題。7) 識別率高基于Gen2標準的讀寫器具有較高的讀取率和識讀速度的優(yōu)點。與第一代讀寫器相比,識讀速率要快510倍?;谛聵藴实淖x寫器每秒可讀1500個標簽,這使得通過應(yīng)用RFID標簽可以實現(xiàn)高速自動化作業(yè)。讀寫器還具有很好的標簽識讀性能,在批量標簽掃描時避免重復(fù)識讀,而且當標簽延后進入識讀區(qū)域時,仍然能被識讀,這是第一代標準不能做到的。另外,同Gen 0和Gen 1相比,Gen 2還提供了更多的功能。例如,它可以在配送中心高密度的讀寫器環(huán)境下工作。不僅如此,Gen2還可以允許用戶對同一個標簽進行多次讀寫(Gen 0只允許進行識讀操作,Gen 1
18、允許多次識讀,但只能寫一次)。6.2.4 EPC C1 G2技術(shù)特點EPC C1 G2協(xié)議規(guī)定了在860960 MHz的頻率范圍內(nèi)操作的無源反向散射、讀寫器講話優(yōu)先的射頻識別系統(tǒng)要求。系統(tǒng)由讀寫器和標簽組成。通過在860960MHz的頻率范圍內(nèi)調(diào)制射頻信號,讀寫器將信息傳輸給標簽。標簽是無源的,這意味著它們是從讀寫器的射頻載波中提取工作所需能量。1. 物理層讀寫器向一個或一個以上的標簽發(fā)送信息,發(fā)送方式是采用脈沖間隔編碼(PIE)格式的雙邊帶振幅移位鍵控(DSB-ASK)、單邊帶振幅移位鍵控(SSB-ASK)或反向振幅移位鍵控(PR-ASK)調(diào)制射頻載波信號。標簽通過該調(diào)制射頻載波信號獲得能量
19、。讀寫器通過發(fā)送未調(diào)制射頻載波和傾聽反向散射應(yīng)答接收從標簽發(fā)來的信息。標簽通過反向散射調(diào)制射頻載波的振幅和/或相位傳達信息。用于對讀寫器命令做出響應(yīng)的編碼格式是FM0或miller編碼調(diào)制的副載波。讀寫器和標簽之間的通信線路為半雙工,也就是不應(yīng)要求標簽在反向散射的同時解調(diào)讀寫器信號。標簽不應(yīng)利用全雙工通信對強制命令或任選命令作出響應(yīng)。2. 標簽識別層在EPC C1 G2標準中,讀寫器利用三個基本操作管理標簽。1) 選擇(Select)選擇標簽群以供盤存和訪問。可連續(xù)使用選擇命令根據(jù)用戶要求選擇特定的標簽群。這個操作類似于從數(shù)據(jù)庫中選擇記錄。2) 盤存(Inventory)盤存即標簽識別。讀寫器
20、從發(fā)送四個通話中其中一個通話的Query命令開始一個盤存周期。一個或一個以上的標簽可以作出回答。讀寫器探測某個標簽作出的回答,接收標簽發(fā)出PC、EPC和CRC-16。盤存由多個命令組成,每個盤存周期(Inventory round)只在一個通話中進行。3) 訪問(Access)訪問即與標簽通信(讀取標簽發(fā)出的信息或?qū)⑿畔l(fā)送給標簽)。訪問前必須要對標簽進行識別。訪問由多個命令構(gòu)成,有些命令在讀寫器到標簽鏈路上采用基于一次性(onetimepad)的加密編碼。3. 通信過程讀寫器利用PIE編碼的DSB-ASK、SSB-ASK或PR-ASK調(diào)制射頻載波,與一個或一個以上的標簽通信。讀寫器在盤存周期
21、期間應(yīng)采用一個固定的調(diào)制形式和數(shù)據(jù)速率,“盤存周期”即為連續(xù)Query命令之間相隔的時間。讀寫器借助啟動該盤存周期的前同步碼設(shè)置數(shù)據(jù)速率。6.3 超高頻RFID現(xiàn)狀 超高頻RFID電子標簽以其標簽體積小、讀寫距離遠、讀寫時間快、價格便宜等諸多優(yōu)點,正在得到越來越廣泛的應(yīng)用,也被認為是最具發(fā)展前途的物聯(lián)網(wǎng)典型應(yīng)用。然而,我國超高頻RFID市場還處于發(fā)展的初期階段,目前制約中國無源超高頻市場的發(fā)展主要有三點核心要素:1. 技術(shù)在系統(tǒng)集成方面,我國十分缺乏專業(yè)、高水平的超高頻系統(tǒng)集成公司。整體而言,無源超高頻電子標簽應(yīng)用解決方案還不夠成熟。這種現(xiàn)狀造成應(yīng)用系統(tǒng)的穩(wěn)定性不高,常會出現(xiàn)“大毛病沒有,小毛
22、病不斷”的現(xiàn)象,進而影響了終端用戶采用超高頻應(yīng)用方案的信心。從超高頻標簽產(chǎn)品本身而言,存在著標簽讀寫性能穩(wěn)定性不高、在復(fù)雜環(huán)境下漏讀或讀取準確率低等諸多問題。2. 標準目前,無源超高頻電子標簽在國內(nèi)尚未形成統(tǒng)一的標準,國際上制定的ISO18000-6C/EPC C1G2協(xié)議,由于涉及多項專利,所以很難把它作為國家標準來頒布和實施。國內(nèi)超高頻市場上相關(guān)的標準及檢測體系實際上處于缺位狀態(tài),在沒有統(tǒng)一標準的環(huán)境下,嚴重制約產(chǎn)業(yè)和應(yīng)用的發(fā)展。3. 成本 盡管近年來無源超高頻電子標簽價格下降很快,但是從RFID芯片以及包含讀寫器、電子標簽、中間件、系統(tǒng)維護等在內(nèi)整體成本而言,超高頻RFID系統(tǒng)價格依然偏
23、高。而項目成本是應(yīng)用超高頻RFID系統(tǒng)最終用戶權(quán)衡項目投資收益的重要指標。所以,超高頻系統(tǒng)的成本瓶頸也是制約中國超高頻市場發(fā)展的重要因素。總之,目前我國無源超高頻市場還處于發(fā)展初期,核心技術(shù)急需突破,商業(yè)模式有待創(chuàng)新和完善,產(chǎn)業(yè)鏈需要進一步的發(fā)展和壯大。只有核心問題得到有效解決,才能真正迎來RFID無源超高頻市場發(fā)展的春天。6.4 超高頻RFID閱讀器超高頻RFID閱讀器的設(shè)計難度較大,協(xié)議復(fù)雜,在實踐中,更趨向于應(yīng)用而非直接設(shè)計和制作?;诖嗽蚝推拗?,本節(jié)只介紹超高頻RFID閱讀器的外觀、參數(shù)和相關(guān)的應(yīng)用方法。6.4.1 閱讀器參數(shù)超高頻RFID閱讀器是一款高性能的UHF超高頻電子標簽
24、一體機,采用防水密封處理,結(jié)合專有的高效處理算法,在保持高識別率的同時,實現(xiàn)對電子標簽的快速讀寫處理,可廣泛應(yīng)用于物流、門禁、防偽系統(tǒng)及生產(chǎn)過程控制等多種無線射頻識別系統(tǒng)。其外觀如圖6-1所示。 超高頻RFID閱讀器的特點如下: 充分支持符合ISO 18000-6B、EPC C1 G2標準的電子標簽。 工作頻率為902928 MHz(可以按不同國家或地區(qū)要求調(diào)整)。圖6-1 閱讀器外觀 以廣譜跳頻(FHSS)或定頻發(fā)射方式工作。 輸出功率達30 dBm(可調(diào))。 8 dbi/12 dbi兩類天線配置選擇,典型讀取距離35 m/10 m。 支持自動方式、交互應(yīng)答方式、觸發(fā)方式等多種工作模式。 低
25、功耗設(shè)計,單+9 V電源供電。 支持RS-232、RS-485、韋根等多種用戶接口,可選配TCPIP網(wǎng)絡(luò)接口。 有效距離與天線(8 dbi或12 dbi)、電子標簽及工作環(huán)境相關(guān)。1. 電氣參數(shù)超高頻RFID閱讀器的相關(guān)電氣參數(shù)如表6-3所示。2. 規(guī)格除特別說明,所有規(guī)格取自TA=25及VCC=+9 V工作條件下,如表6-4所示。3. 接口超高頻RFID閱讀器可支持RS-232、RS-485和韋根輸出等多種接口,相關(guān)信號線定義如表6-5所示。表6-3 電 氣 參 數(shù)表6-4 規(guī) 格 表6-5 信號線定義 6.4.2 上位機配置本書配套的超高頻讀寫器需要使用相應(yīng)的軟件進行配置和使用,該軟件共有
26、四個頁面。下述內(nèi)容用于實現(xiàn)任務(wù)6.D.1,即熟悉超高頻RFID閱讀器的上位機軟件界面。配置上位機軟件中參數(shù)的設(shè)置頁面外觀如圖6-2所示。讀寫器支持兩種超高頻協(xié)議,相應(yīng)的軟件中也有兩種協(xié)議的測試頁面,其中EPC C1 G2測試頁面如圖6-3所示。18000-6B測試頁面如圖6-4所示。上位機軟件還支持頻點分析,其軟件界面如圖6-5所示。圖6-2 參數(shù)配置 圖6-3 EPC C1 G2測試頁面 圖6-4 18000-6B測試頁面 圖6-5 頻點分析 6.5 RFID閱讀器二次開發(fā)在嵌入式領(lǐng)域,二次開發(fā)是指在不破壞原有系統(tǒng)或設(shè)備的前提下,增加MCU和相關(guān)電路,以達到對其功能的定制和擴展,滿足用戶的需
27、求。本節(jié)以超高頻RFID閱讀器為例,簡要介紹二次開發(fā)的構(gòu)架及過程。6.5.1 二次開發(fā)意義近年來隨著科技和半導(dǎo)體業(yè)的迅速發(fā)展,嵌入式領(lǐng)域新的技術(shù)層出不窮,專業(yè)化分工越來越明顯,設(shè)備和系統(tǒng)逐漸小型化和集成化。以往大而全的開發(fā)方法已經(jīng)不能適應(yīng)當今嵌入式開發(fā)的需求。在此背景下,出現(xiàn)了很多專用的模塊和設(shè)備,廠家提供相應(yīng)的接口、通信協(xié)議和配置方法等,以便其他用戶利用這些模塊快速地完成某些功能。一般來說中小型企業(yè)能力有限,往往專注于自己擅長的部分,對于不熟悉的功能,則直接購買市場上成熟的模塊或設(shè)備(下述內(nèi)容以模塊為例)嵌入到自己的產(chǎn)品中。在此過程中,通常還需要對購買的模塊進行必要的功能定制、整合和控制等,
28、即進行一部分開發(fā)工作,也就是常說的二次開發(fā)。即使大型的企業(yè),也很難開發(fā)出所有的功能模塊,而且從某種程度上講,也沒有必要。例如,常見的PC,其主要部件CPU、主板、顯卡、硬盤等往往來自不同的專業(yè)供應(yīng)商,PC廠商更多的是對其的整合、集成和二次開發(fā)。二次開發(fā)作為實踐中常見的開發(fā)方式,有下述優(yōu)點: 專注于優(yōu)勢。企業(yè)可以針對不熟悉或者弱勢的部分購買成熟的模塊,采用二次開發(fā)的形式,以專注于自己的優(yōu)勢部分,揚長避短。 方便功能擴展。能夠進行二次開發(fā)的模塊往往是成熟和模塊化的產(chǎn)品,方便替換和進行升級維護。 加快研發(fā)進度。企業(yè)不再需要投入人力和物力重新研發(fā)一個功能模塊,而只需要投入較少的精力進行二次開發(fā),可以加
29、快研發(fā)進度。 降低研發(fā)成本。對成熟的模塊進行二次開發(fā),通常在研發(fā)成本上較為低廉。雖然企業(yè)進行二次開發(fā)有諸多優(yōu)點,但同樣需要根據(jù)自身情況進行審慎的決定,因為二次開發(fā)的方法也會面臨部分風(fēng)險和缺點: 性能和可靠性。由于采用現(xiàn)成的模塊,則該部分的性能和可靠性完全取決于該模塊的設(shè)計,二次開發(fā)的企業(yè)往往無法把握。 兼容性。二次開發(fā)用的模塊有時是非常規(guī)矩的設(shè)計,容易造成兼容性方面的問題。 容易受制于人。外購的模塊往往面臨斷貨、性能改變甚至企業(yè)倒閉停產(chǎn)的危險。 二次開發(fā)難度。如果企業(yè)對外購模塊不熟悉,也會造成二次開發(fā)和集成過程遇到困難,甚至最終無法達到預(yù)期功能的情況。6.5.2 二次開發(fā)構(gòu)架二次開發(fā)通常不對原
30、有模塊進行破壞,而是將模塊通過通信接口連接至一個MCU或者直接接到設(shè)備的主MCU上進行整合和開發(fā),組成一個更大的系統(tǒng)。本節(jié)將以本教材配套的超高頻RFID閱讀器開發(fā)結(jié)構(gòu)為例進行講解。1. 一般結(jié)構(gòu)本教材配套的超高頻RFID閱讀器,常規(guī)的使用方法是通過串口(RS-232)和PC相連,使用PC上的上位機程序?qū)崿F(xiàn)超高頻RFID應(yīng)答器的讀寫等功能,其結(jié)構(gòu)如圖6-6所示。在此結(jié)構(gòu)中,閱讀器的功能和開發(fā)過程完全依賴于PC,架構(gòu)簡單,開發(fā)較容易,但靈活性不夠,一般只能應(yīng)用于相對固定的應(yīng)用場合。圖6-6 一般結(jié)構(gòu) 2. 二次開發(fā)結(jié)構(gòu)如果以AVR單片機為核心通過串口與閱讀器相連,再擴展一些按鍵、液晶屏等外圍部件,
31、就可以設(shè)計一款便攜式超高頻RFID閱讀器,其結(jié)構(gòu)如圖6-7所示。雖然嵌入式開發(fā)的難度要高于PC,但其結(jié)構(gòu)更加靈活,體積和功耗較小,能適應(yīng)不同的應(yīng)用場合,并且擴展性較好。用戶可以專注于AVR的開發(fā)和與閱讀器的通信、控制,而不必理會超高頻RFID繁瑣和復(fù)雜的空中接口及通信協(xié)議。這可以極大地提高研發(fā)速度和降低成本,增加產(chǎn)品的功能和競爭力。圖6-7 二次開發(fā)結(jié)構(gòu)6.5.3 二次開發(fā)過程二次開發(fā)過程和一般的開發(fā)有很多類似之處,但由于開發(fā)對象一般為模塊或設(shè)備,所以對調(diào)試的要求更高一些,一般分為如下步驟:(1) 了解模塊性能。由于二次開發(fā)用的模塊一般為成品,電氣性能等已經(jīng)確定,因此熟悉其性能非常重要,這決定了將來是否能夠合理地進行匹配。通常需要注意的有電源、接口、通信協(xié)議和特殊注意事項等。(2) 設(shè)計開發(fā)方案。根據(jù)模塊的要求及自身設(shè)備的接口等設(shè)計相應(yīng)軟硬件對模塊進行整合和匹配。(3) 通信協(xié)議。通常二次開發(fā)的模塊,其軟硬件比較完善和成熟,只需要按照其提供的通信協(xié)議進行通信和控制即可。也有部分模塊需要自定義通信協(xié)議和接口。(4) 調(diào)試。根據(jù)通信協(xié)議對模塊進行通信和功能調(diào)試是能否完成二次開發(fā)的關(guān)鍵步驟。(5) 整機測試。最后需要將模塊的軟硬件嵌入到自有設(shè)備的軟硬件中進行聯(lián)合調(diào)試,排除與其他模塊和部件的干擾和沖突,才能真正地完成二次開發(fā),使其成為產(chǎn)品的一部分。6.5.4 閱讀器通信測試超
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