引 言

　　隨著北京市政交通一卡通工程和門禁系統(tǒng)的普及,射頻技術在消費電子、通信設備、工業(yè)控制等領域也取得了飛速的發(fā)展。因此在硬件設備大部分相同的情況下,軟件系統(tǒng)就成了該設備性能好壞的關鍵。本文主要介紹一款專用射頻讀卡器的軟件系統(tǒng)的設計及實現(xiàn)。

　　1 系統(tǒng)概述

　　本系統(tǒng)主要作為一種專用的訓練器材。除具備通用的Mifare卡的讀寫器功能外,還可作為一種專用的訓練評估五金|工具。例如將該設備安裝在跑道的周圍,并將MifareOne卡安裝在測試者的鞋上,每個訓練者都有自己的ID號。當他從起跑線起跑時,安裝在起跑線的專用讀卡器就會將自己的設備ID號和當時的時間寫入測試者的MifareOne卡中;當經(jīng)過下一個基站時讀卡器會將自己的設備ID和當時的時間寫入測試者的Mirare One卡中,同時會將測試者的ID號、姓名等個人信息(包括經(jīng)過上個測試基站時間)都讀進設備中保存。由于Mifare One卡共有16個扇區(qū),每個扇區(qū)又分為4塊、每塊又有16個字節(jié)。除了系統(tǒng)使用的外,用戶還可以使用的有48×16字節(jié)。而通過Mifare One卡存儲的數(shù)據(jù)均不大,只占用一塊存儲區(qū)。換句話說,Mifare One卡的數(shù)據(jù)存儲區(qū)可以存儲48次,當超過48次時就從前面覆蓋數(shù)據(jù)。所以,在Mifare one卡中存儲的永遠是最近48個基站的信息。訓練結束后,就可以通過主站將各個基站的數(shù)據(jù)收集起來以評估測試者的信息。而主站和基站之間通信可以采用的方式也是多樣的。當主站和基站的距離比較近時,可以采用RS232、RS485,為提高通信質(zhì)量也可以采用工業(yè)總線的方式,如CAN總線、I2C總線或One Wire總線等。當距離比較遠時,也可采用無線通信的方式,如GSM等。除此之外,各個基站還可以通過打印機將數(shù)據(jù)輸出。

　　2 系統(tǒng)硬件框圖及工作原理

　　系統(tǒng)硬件框圖如圖1所示。主板上電后,讀取存儲器中的系統(tǒng)設置,然后根據(jù)其中的設置初始化整個系統(tǒng),包括本設備的ID號、主站、從站、開機時間、關機時間、數(shù)據(jù)的存儲方式等。

　　3 系統(tǒng)的軟件結構及特點

　　整個系統(tǒng)的軟件結構框圖如圖2所示。

       
　　
　　整個系統(tǒng)主要是由核心控制單元P89LPC932、與Mi-fare One卡通信的MFRC632、與PC機通信的RS232、提供時間基準的實時時鐘芯片PCF8563和存儲系統(tǒng)設置數(shù)據(jù)的存儲器AT45DB021等。因此針對本系統(tǒng)整個軟件系統(tǒng)的開發(fā)也主要分為系統(tǒng)啟動、硬件驅(qū)動、任務調(diào)度等。

　　4 系統(tǒng)軟件設計及實現(xiàn)

　　4.1 啟動代碼

　　在本系統(tǒng)中,主要指在系統(tǒng)剛一上電后先將所有的外圍電路和CPU本身初始化成靜止狀態(tài),然后根據(jù)系統(tǒng)的要求將所有的外圍電路和CPU本身進行初始化設置。設置完畢后再將CPU的中斷源打開。在本系統(tǒng)中,系統(tǒng)一上電首先執(zhí)行Init_System()函數(shù)。部分代碼如下：

　　程序執(zhí)行完Init_System()函數(shù)后執(zhí)行RcChipReady函數(shù)。此函數(shù)的功能是初始化MF RC630芯片。

　　4.2 硬件驅(qū)動

　　4.2.1 PCF8563驅(qū)動

　　由于本芯片是一款標準的I2C總線設備,所以硬件驅(qū)動實際上就是標準的I2C總線控制。由于篇幅有限,這里就不介紹了。

　　4.2.2 MF RC632驅(qū)動

　　MF RC632是MF RC500芯片的升級產(chǎn)品,所以MFRC630的大部分寄存器與MF、RC500均相同,它們對Mifare One卡的操作流程也基本相同。下面介紹對Mifare One卡的操作流程。

　　(1)Mifare One卡的操作流程

　　整個系統(tǒng)的工作由對Mifare卡操作和系統(tǒng)后臺處理兩大部分組成。由于篇幅有限,本文只對Mifare卡的操作流程進行簡單介紹。Mifare One卡的操作可以分為以下幾項：

　　①復位請求。當一張Mifare卡片處在卡片讀寫器天線的工作范圍之內(nèi)時,程序員控制讀寫器便向卡片發(fā)出REQUEST all(或REQUEST std)命令?？ㄆ腁TR將啟動,將卡片Block 0中的卡片類型(TagType)號共2個字節(jié)傳送給讀寫器,建立卡片與讀寫器的第一步通信聯(lián)絡。如果不進行“得位請求”操作,讀寫器對卡片的其他操作將不會進行。

　?、诜磁鲎膊僮鳌Ｈ绻卸鄰圡ifare卡片處在卡片讀寫器天線的工作范圍之內(nèi),PCD將首先與每一張卡片進行通信,取得每一張卡片的序列號。由于每一張Mifare卡片都具有其唯一的序列號,決不會相同,因此PCD根據(jù)卡片的序列號來保證一次只對一張卡操作。該操作PCD得到PICC的返回值為卡的序列號。

　?、劭ㄟx擇操作。完成了上述2個步驟之后,PCD必須對卡片進行選擇操作。執(zhí)行操作后,返回卡上的SIZE字節(jié)。

　?、苷J證操作。經(jīng)過上述3個步驟,在確認已經(jīng)選擇了一張卡片時,PCD在對卡進行讀／寫操作之前,必須對卡片上已經(jīng)設置的密碼進行認證。如果匹配,才允許進一步的讀／寫操作。

　?、葑x／寫操作。對卡的最后操作是讀、寫、增值、減值、存儲和傳送等操作。

　　(2)MF RC500軟件開發(fā)包移植

　　在本系統(tǒng)中,主要是將標準的MF RC500軟件開發(fā)包進行移植來完成MF RC632驅(qū)動的編寫。在本系統(tǒng)中使用的是SPI總線,所以只要將MF RC500標準軟件開發(fā)包中對寄存器讀／寫的函數(shù)改成SPI總線的讀／寫函數(shù)即可。在本系統(tǒng)中主要是增加了SpiSendByte()和SpiReByte()函數(shù),同時修改了 ReadRawRc(uchar Address)和WriteR-awRc(uchar Address,uchar value)函數(shù)。部分代碼如下：

　　4.2.3存儲器驅(qū)動

　　在本系統(tǒng)中主要是指AT45DB021的驅(qū)動。因為AT45DB021也是標準的I2C總線設備,所以硬件驅(qū)動實際上就足標準的I2C總線控制。由于篇幅有限,這里就不介紹了。

　　4.2.4其他電路驅(qū)動

　　其他電路驅(qū)動在本系統(tǒng)中主要是指一些硬件電路電源|穩(wěn)壓器的控制,為降低功耗所有的外圍電路都通過一個三級管來控制。所有三級管的基極均與CPU的I／O口相連,這樣通過CPU的I／O口即可控制所有外圍電路的電源。

　　4.3 任務調(diào)度

　　為提高CPU的工作效率和系統(tǒng)任務的處理速度,本系統(tǒng)使用分時處理流程。代碼如下：

　　4.4 可靠性對策

　　由于本系統(tǒng)是一臺標準的射頻讀卡器設備,所以在系統(tǒng)軟件開發(fā)上為降低二次開發(fā)的難度,增強任務處理能力。在系統(tǒng)的任務調(diào)度上采用了比較流行的分時處理流程,這樣只要所加的任務處理時間小于任務輪詢的時間均可采用此種方式。同時為增加Mare I卡的使用壽命,在對Mare I卡的內(nèi)存進行讀寫時采用平均讀寫的方式,即從長時間讀寫來看,Mare I卡的每塊存儲區(qū)所得到的讀寫次數(shù)相同,避免了由于單塊存儲區(qū)讀寫次數(shù)太多而損壞。

　　5 結 論

　　經(jīng)過調(diào)試,由本系統(tǒng)軟件所開發(fā)出的讀寫器具有 高性能、高穩(wěn)定性和強兼容性。典型的讀寫距離為11 cm,在有效讀寫區(qū)域內(nèi)無死區(qū),讀寫操作可靠。在桌面工作環(huán)境中,卡片在有效感應區(qū)域內(nèi)連續(xù)讀寫出錯率低于0.01％。其兼容性表現(xiàn)在不僅能夠讀取標準的卡片,對于偏離標準很多的卡片也能夠進行讀取。