基于嵌入式linux的物流rfid標簽讀寫器

基于嵌入式linux的物流rfid標簽讀寫器

本文提出了一種基于嵌入式linux物流基礎(chǔ)設(shè)施的rfid讀寫器設(shè)計方案。該讀取設(shè)備具有各種通信接口、urt接口、usb接口、rj45接口和無線網(wǎng)絡(luò)連接（無線網(wǎng)絡(luò)攻擊）。提供各種訪問權(quán)限和internet模式。以滿足在大規(guī)模分布式物流供應(yīng)鏈環(huán)境下應(yīng)用的要求。1系統(tǒng)的主要功能本讀卡器是以高性能嵌入式處理器ARM9為核心，配合開源的嵌入式操作Linux和嵌入式數(shù)據(jù)庫，構(gòu)建的多功能智能型讀寫器，其主要實現(xiàn)目標為多頻段、多協(xié)議、集成各種通信接口、抗網(wǎng)絡(luò)中斷與擁塞。該讀寫器三大特點：1）網(wǎng)絡(luò)功能：多種通信接口，多種接入網(wǎng)絡(luò)的方式。包括異步串口UART、USB接口、RJ45網(wǎng)絡(luò)接口，無線網(wǎng)絡(luò)接口等多種通信接口。使該讀寫器能夠方便的組網(wǎng)，能在各種分布式網(wǎng)絡(luò)下協(xié)作運行。本特點來自Linux強大網(wǎng)絡(luò)功能的支持。2）嵌入式數(shù)據(jù)庫：在網(wǎng)絡(luò)中斷或擁塞的情況下，讀寫器能夠正常工作，繼續(xù)收集標簽的信息，保存在本地數(shù)據(jù)庫，等網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)正常后，把滯留在本地數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，在發(fā)往主服務(wù)器。這種設(shè)計機制，使該讀寫器在實際應(yīng)用中，能處理網(wǎng)絡(luò)中斷和擁塞的異常情況，表現(xiàn)出強大的優(yōu)勢。3）可配置性：能配置成支持不同標準RFID標簽。如ISO/IEC14443、ISO/IEC18000等。此功能來自于Linux強大腳本功能。整個系統(tǒng)框圖如圖1所示。2微控制器模塊讀寫器系統(tǒng)硬件框架如圖2所示。讀寫器射頻芯片采用Chipcon公司的C1100與電子標簽進行無線通信。CC1100是一種低成本真正單片的UHF收發(fā)器，為低功耗無線應(yīng)用而設(shè)計。電路主要設(shè)定為在315、433、868和915MHz的ISM（工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)學(xué)）和SRD（短距離設(shè)備）頻率波段，也可以容易地設(shè)置為300-348MHz、400-464MHz和800-928MHz的其他頻率。讀寫器的微控制器選用三星公司16/32位RISC處理器S3C2410A，它為手提設(shè)備和一般類型應(yīng)用提供了低價格、低功耗、高性能小型微控制器的解決方案。S3C2410A的內(nèi)核，是一個AdvancedRISCMachines公司設(shè)計的16/32位的ARM920TRISC處理器。ARM920T實現(xiàn)了MMU，支持Linux操作系統(tǒng)。讀寫器的Ethernet控制器采用CIRRUSLOGIC公司的CS8900A。CS8900A是一個低價格、高集成的工業(yè)標準結(jié)構(gòu)的以太網(wǎng)控制器。它有片上的RAM、10BASE-T收發(fā)過濾器、ISA-Bus接口。讀寫器的無線局域網(wǎng)（WLAN）芯片采用AtherosCommunications公司的AR5005UG芯片，采用該芯片組，可利用Atheros的SuperG自適應(yīng)寬帶技術(shù)與高性能的802.11g設(shè)備進行連接。該讀寫器選用以上芯片組，可以滿足RFID系統(tǒng)在大規(guī)模分布式物流供應(yīng)鏈環(huán)境下的應(yīng)用。3軟件方案的設(shè)計讀寫器軟件層次化分如圖3所示。(1)bootloader偏移值u-boot對S3C2410已經(jīng)有了很好的支持，我們在移植過程中主要完成的工作是支持網(wǎng)絡(luò)和nandflash操作命令。(2）芯片按電路控制板程序添加網(wǎng)絡(luò)芯片CS8900A驅(qū)動程序，射頻芯片C1100驅(qū)動程序，觸摸屏驅(qū)動程序，LCD驅(qū)動程序。因為這些特殊設(shè)備Linux2.6內(nèi)核還沒有支持，需要自己編寫或移植。(3)嵌入式linux內(nèi)核移植對于嵌入式Linux系統(tǒng)來說，有各種體系結(jié)構(gòu)的處理器和硬件平臺，用戶根據(jù)自己的需要定制的硬件平臺，只要是硬件平臺有一點點變化，就需要做一些移植工作，Linux內(nèi)核移植是嵌入式Linux系統(tǒng)中最重要最基礎(chǔ)的一項工作。嵌入式Linux內(nèi)核一般由標準Linux內(nèi)核裁剪而來。用戶可根據(jù)需求配置系統(tǒng)，剔除不需的服務(wù)功能、文件系統(tǒng)和設(shè)備驅(qū)動。經(jīng)過裁剪、壓縮后的系統(tǒng)內(nèi)核，一般只有300K左右，十分適合嵌入式設(shè)備。本讀寫器采用內(nèi)核的版本為2.6.14.1。(4）件系統(tǒng)的簡介在內(nèi)核完成啟動后，第一個掛接的文件系統(tǒng)就是根文件系統(tǒng)，在本系統(tǒng)中，采用的文件系統(tǒng)是專門針對嵌入式應(yīng)用的cramfs，并采用了嵌入式應(yīng)用中得以廣泛采用的工具集一busybox。busybox是一個集成了一百多個最常用Linux命令和工具的軟件，只有1M左右的大小。本讀寫器采用的內(nèi)核版本為1.5.0。(5）sqlica質(zhì)量組本讀寫器需要數(shù)據(jù)庫的支持，但不必需要大型的數(shù)據(jù)庫如MySQL，所以選用輕量級開源嵌入式數(shù)據(jù)庫SQLite。嵌入式數(shù)據(jù)庫SQLite與操作系統(tǒng)和具體應(yīng)用集成在一起，無須獨立運行的數(shù)據(jù)庫引擎，由程序直接調(diào)用相應(yīng)的API去實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的存取操作。SQLite有以下特性：支持ACID事務(wù)；零配置一無需安裝和管理配置；儲存在單一磁盤文件中的一個完整的數(shù)據(jù)庫；數(shù)據(jù)庫文件可以在不同字節(jié)順序的機器間自由共享；支持數(shù)據(jù)庫大小至2TB；足夠小，全部源碼大致3萬行c代碼，250KB。所以非常適合嵌入式設(shè)備。(6)基于fpga系統(tǒng)的規(guī)定RFID應(yīng)用層主要功能為人機交互界面。本讀寫器采用QT/Embedded的圖形引擎開發(fā)RFID系統(tǒng)的GUI。QT/Embedded是著名的Qt庫開發(fā)商Trulltech公司開發(fā)的面向嵌入式系統(tǒng)的Qt版本，目前最穩(wěn)定版本為qt-embedded-linux-opensource-src-4.4.3。本讀寫器的GUI采用此版本開發(fā)。4以軟件的形式安全驗證本讀寫器采用主流的嵌入式新技術(shù)，以模塊化設(shè)計的理念，設(shè)計出一款能在大規(guī)模分布式物流供應(yīng)鏈環(huán)境下應(yīng)用的物流讀寫器，該讀寫器的創(chuàng)新點為，考慮到了網(wǎng)絡(luò)擁塞或中斷的異常情況，并擁有可