《電子技術應用》
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網絡化射頻讀卡終端設計
程楠楠,楊 揚,仇 華,孟 臻,劉 偉
北方工業大學 信息工程學院,北京 100041
摘要: 介紹了一種基于ARM處理器和嵌入式Linux操作系統的嵌入式網絡化射頻讀卡終端,分析了其硬件接口電路和軟件的設計。該終端具有可移植性好、易于網絡互聯、存儲容量大等特點,應用前景廣闊。
關鍵詞: PIC S3C2410
Abstract:
Key words :
</a>S3C2410" title="S3C2410">S3C2410" title="S3C2410">S3C2410" title="S3C2410">S3C2410為中央處理器,擴展了其外圍接口電路,移植了嵌入式Linux操作系統,實現了射頻卡數據讀寫、網絡化傳輸和控制的功能。
1 硬件設計
  終端硬件框圖如圖1所示,采用了三星公司的S3C2410為中央處理器,擴展的64MB SDRAM為程序運行空間,64MB NAND FLASH作為操作系統和應用程序的存儲空間;選用MIFARE 1卡作為射頻卡;相應地,選用廣州周立功公司的ZLG500A讀寫模塊作為卡與終端機交換數據的接口模塊;采用了CS8900作為網絡控制芯片,實現了終端的網絡化;同時,用ZLG7290芯片實現了鍵盤的擴展,以及S3C2410內部的LCD控制器實現了TFT液晶顯示的擴展[2]。

1.1 讀卡模塊硬件設計
  ZLG500A非接觸式IC卡讀寫模塊,采用最新Philips高集成ISO14443讀卡芯片MF RC500,能讀寫RC500內部EEPROM,提供串行接口,并具有控制線輸出口,能與任何MCU方便地連接。ARM與其連接原理圖如圖2所示。

  S3C2410與ZLG500A模塊間的通信是典型的串口通信,雙方只要通過串口發送遵循通信協議的數據,即可用ARM控制射頻卡的讀寫。而在Linux操作系統下,串口通信具有統一的規范和格式,這使得軟件具有很高的可擴展性和可移植性。
1.2 鍵盤接口硬件設計
  鍵盤主要起到人機交互作用,本設計采用了ZLG7290鍵盤擴展芯片。該芯片具有I2C串行接口,能提供鍵盤中斷信號,方便與處理器接口;可采樣64個按鍵,可檢測每個按鍵的連擊次數,并具有鍵盤去抖動處理、雙鍵互鎖處理、連擊按鍵處理等功能。其中ZLG7290的SCL和SDA分別連接S3C2410的I2CSCL和I2CSDA,INT接口連接ARM的外部中斷14(EINT14)。通過I2C協議發送指令,讓ARM處理鍵盤信息。
1.3 網絡接口電路設計
  本設計中使用的CS8900A-CQ3處理器是一種真正的單芯片全雙工以太網芯片,內部有支持100M以太網的控制器,只要外加以太網物理層接口,就可以很方便地實現網絡功能。選用CS8900A-CQ3還有一個原因就是其優異的功耗控制,最大55 mA的輸入電流,采用3V供電時最多產生165 mW的功耗。CS8900A-CQ3接口支持10 Mb/s的數據率,正常工作需要20 MHz的外部時鐘,可由20 MHz的晶振為其提供,也可用MCU的時鐘替代晶振。本設計中,為減少布線困難,采用前者。CS8900A通過16位數據總線同CPU進行數據交換。物理層接口選用帶有網絡隔離變壓器的RJ45接口,與水晶頭適配,省去專用的數據汞芯片。CS8900A內部包含有ISA總線模塊、集成存儲器、802.3MAC引擎、EEPROM接口,全模擬信號前端——包括曼徹斯特編碼解碼器、時鐘恢復電路、以太網收發器、濾波器和一個AUI接口。設計中使CS8900A處于I/O空間模式工作狀態,I/O空間模式下,CS8900A的內部PackagePage存儲器可通過8個16 bit I/O端口訪問,而這8個I/O口被映射到主機的16個8 bit的I/O空間,偏移地址從0000H~000FH。CS8900芯片的16位數據總線與MCU數據總線的低16位相連,地址線方面將CS8900A的SA8、SA9置高電平使得CS8900的基址被置于0300H,用低4位地址線與MCU的低4位相連,與讀寫I/O口的偏移地址位數相匹配。
  因為嵌入式設備的使用,對系統的復雜度和尺寸大小有一定的要求,本設計中將不使用CS8900A的EEPROM控制器功能,也無須再添加尺寸較大的EEPROM影響之后的布局。所有的配置信息由MCU通過讀取Flash中的驅動信息,然后再對CS8900的寄存器進行配置初始化,因此將用于存儲CS8900配置信息的串行EEPROM接口部分引腳置空。
  CS8900A支持AUI接口,在本設計中主要面向的是使用雙絞線的局域網,因此此接口引腳也廢置不用。網絡模塊設計原理圖,讀者若需要請直接和作者聯系。
2 應用軟件設計
  終端的軟件主要實現射頻卡讀寫、網絡通信和鍵盤顯示功能。由于應用軟件運行在Linux操作系統上,因此在驅動程序編寫好后,只需在操作系統中對相應接口進行操作。
2.1 射頻卡讀寫軟件設計
  在本設計中,ARM與射頻模塊間通過UART接口連接,而通信方式為命令-響應方式。因此,在軟件編寫上,都是由ARM發出命令,然后等待模塊響應[3]。
  ARM向ZLG500A發出的命令模式的格式為:


2.2 數據存儲軟件設計
  讀寫卡信息的存儲,對于所有的應用來說,都是必要的。如門禁系統需要存儲ID、刷卡時間等記錄,公交儲值卡需要存儲ID、卡上金額等信息。在嵌入式Linux操作系統上,數據的存儲操作可直接由標準C的文件操作讀寫函數完成,和在PC上的操作并無區別。而當存儲容量不夠,基于ARM和嵌入式Linux操作系統的嵌入式系統,很容易能擴展出附加的SD卡、U盤或大容量硬盤存儲。當系統需要較復雜的數據管理功能時,可移植嵌入式數據庫,如SQL Lite等,使數據管理起來更加方便有序。
2.3 網絡通信軟件設計
  而TCP/IP通信方式具有標準統一、通信速度快、可擴展性能好等優點,在當前的嵌入式系統中已廣泛使用。而在嵌入式Linux中,使用標準的socket編程就能完成網絡通信功能,軟件實現非常容易。對于具有多終端的大中型系統,TCP/IP網絡協議的特性,也使得多終端以及后臺服務器的互聯變得格外簡單。
2.4 鍵盤與顯示軟件設計
  在Linux操作系統下,鍵盤的處理也是由標準C函數,如open()、read()、write()等實現。而對于顯示部分,在移植了Minigui或Qtopia后,不僅界面美觀大方,其軟件也具有編寫容易、移植性強等優點。
  設計了基于ARM和嵌入式Linux的網絡化射頻卡讀卡終端。在準確的實現射頻卡讀寫,網絡互聯的基礎上,本終端還具有存儲容量大、互聯簡單、移植性好以及良好的人機交互等優點。可廣泛應用于企業、校園一卡通,公交儲值卡,高速公路收費,停車場、小區管理等各個領域。
參考文獻
[1] 游戰清,李蘇劍. 無線射頻識別技術(RFID)理論與應用[M]. 北京:電子工業出版社,2004.
[2] 劉淼. 嵌入式系統接口設計與Linux驅動程序開發[M].北京: 北京航天航空大學出版社,2006.
[3] 牛斗,常國權,李丹,等.基于MF-RC500和Mifare射頻卡識別模塊的設計[J]. 微計算機信息,2007(2):216-218.
 

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