我們在生活和工作中越來越多地遇到射頻識別（RFID）系統。從庫存控制到超市的快速結賬，該技術正在改變許多現有應用并啟用新應用。在前端，“信號鏈”以附加到感興趣單元的小標簽開始;標簽以比特流的形式將信息傳送到RFID讀取器，RFID讀取器檢測標簽何時存在于特定區域中，并讀取它們攜帶的信息。在后端，基于服務器的系統維護和更新標簽數據庫，在企業內生成警報或啟動其他基于信息的流程。

大多數RFID閱讀器目前使用多個處理器來滿足應用要求。通常，信號處理器連接到模數轉換器（ADC）和數模轉換器（DAC）。然后，網絡處理器與本地或遠程服務器通信以進行信息存儲和檢索。本文介紹了這些看似完全不同的功能 - 信號轉換和網絡連接 - 如何通過ADI公司Blackfin處理器系列的單個處理器進行管理。

我們首先簡要介紹RFID技術，并討論它能夠實現當前和未來的應用。然后，我們專注于RFID閱讀器功能，探索需要在RFID閱讀器上運行的基本軟件組件以及服務器連接。最后，一些框圖提供了一些系統配置建議。

今天的應用和新興應用

RFID技術通過允許同時監控多個項目來實現許多新類型的應用，而無需人們“觸摸”每個項目（使用手持式條形碼掃描儀，例如）。可以利用這種自動識別的應用程序包括各種領域，如庫存控制，物流管理，監控和收費。

今天，無處不在的面向商品的通用產品代碼《 / em》（UPC），一維（1D）條形碼，幾乎可以滿足公眾購買的所有需求。條形碼包含與其相關的項目的相關信息，可能包括項目的建議零售價格和/或制造地點和日期。 1D和2D條形碼也可用于跟蹤物品的裝運詳細信息。

條形碼適用于單個物品，但當有許多物品需要掃描時，工作流程效率會降低。例如，打開并單獨掃描包含數百或數千種最終產品的托盤上的每個項目是不切實際的。但即使掃描的物品相對較少，例如超市收銀臺的雜貨，也必須在掃描儀和被掃描的標簽之間建立正確的對齊方式。更重要的是，操縱一個大項目來查找條形碼可能具有挑戰性。

RFID技術以比特流的形式用EPC（電子產品代碼）取代UPC。至少，EPC允許自動收集條形碼中包含的相同類型的信息并遠程訪問，而人為干預最少。此外，即使存在許多相同的項目，EPC也可以包括與標記項目的唯一識別特征有關的更多信息。此外，與傳統條形碼不同，物品面向哪個方向或者環境照明條件是什么并不重要 - 仍然可以檢測和跟蹤物品。霧，黑暗，甚至倉庫污垢都不再重要。

以下是RFID系統的更多使用方式：

在超市食品托盤和箱子中，它們是可以跟蹤資產并更好地管理資產池。通過寫入標簽的能力，可以包括附加信息（例如，銷售日期）。此外，還可以實施自動重新排序以保持貨架的正確庫存。

在庫中，它們可用于自動發布和退回材料，這些材料在較早的時候通過條形碼單獨讀取標簽來識別掃描儀。

在服裝標簽中，他們可以識別真實的物品來源。通過使用標簽的標識號，該物品可以被認證為真品或單獨作為偽造品進行調查。

在制藥行業，它們可用于防止假冒偽劣物品。

在體育比賽中，他們可以在長時間比賽中準確跟蹤跑步者的進度。

RFID系統概述

RFID使用比特流的射頻（RF）傳輸進行通信用，識別，分類和/或跟蹤對象。每個對象都有自己的RFID 標簽（也稱為轉發器）。整個系統采用標簽閱讀器，這是一個從每個標簽接收RF能量的子系統。閱讀器具有嵌入式軟件，用于管理所接收的標簽信息的詢問，解碼和處理;它與存儲標簽數據庫和其他相關信息的存儲系統進行通信。圖1顯示了RFID系統的概念圖。

RFID閱讀器

RFID 閱讀器提供各個標簽與跟蹤/管理系統之間的連接。它有多種外形尺寸，通常小到可以安裝在柜臺，三腳架或墻壁上。根據應用和操作條件，可能有多個讀者可以完全服務于特定區域。例如，在倉庫中，讀者網絡可以確保在從A點到B點時，100％的托盤都被查詢和記錄。

總的來說，讀者提供三個主要功能：雙向與標簽通信以隔離各個標簽;接收信息的初始處理;和連接到將信息鏈接到企業的服務器。

RFID閱讀器必須處理感興趣的領域內的多個標簽 - 在有限空間區域內具有許多標簽的應用中非常重要的考慮因素（對于例如，多個標記產品駐留在眾多工廠托盤上。）

多讀者/標簽場景中的主要挑戰是當許多讀者發出查詢并且多個標簽同時響應時會發生沖突。避免此問題的最常見方法是使用某種形式的時分復用算法。可以將讀取器設置為在不同時間進行詢問，而可以將標簽配置為在隨機時間間隔后進行響應。很明顯，能夠在嵌入式軟件中實現此功能提供了額外的靈活性。

RFID應答器（“標簽”）

RFID標簽由集成 - 電路（IC）芯片，保存有關貼有標簽的物體的獨特信息（如EPC數據），天線（通常是印刷電路圖案），用于接收來自閱讀器的射頻能量和傳輸信息，以及某種包含標簽組件的外殼。值得記住的是，上述術語“對象”可以適用于任何數量的不同事物，從工廠貨物到動物，再到人。從標簽到閱讀器的距離是一個重要的系統變量，它直接受到標簽技術的影響。標簽可以是被動，活動或半活動。

被動標簽

被動標簽是最簡單的類型。由讀取器發送的RF能量專門供電，它們沒有集成電池，因此它們可以便宜，機械堅固且非常小（例如，大約縮略圖的大小）。然而，無源標簽具有有限的讀取器到標簽范圍，因為接收功率取決于它們與RFID讀取器的物理接近度。

鏈路的范圍也受所選RF頻率的影響。低頻（LF）標簽通常使用頻譜的125-kHz至135-kHz部分;由于它們的范圍受到限制，它們主要用于訪問控制和動物標記。高頻（HF）標簽主要工作在13.56-MHz頻段，允許范圍為幾英尺。它們通常用于簡單的一對一對象讀取，例如訪問控制，收費和跟蹤便攜式項目，例如圖書館書籍。

另一方面，UHF標簽在頻率從850 MHz到950 MHz，并且具有相當長的范圍 - 10英尺或更長。此外，由于可用的帶寬可能更寬，讀者可以一次查詢許多這些標簽，而不是在較低頻率下進行一對一的標簽讀取過程。這一特性有助于最大限度地減少對特定區域內多個讀卡器的需求，使UHF標簽在工業應用中非常受歡迎，可用于庫存跟蹤和控制。然而，UHF標簽不能有效地滲透液體，這是一個主要缺點，使得它們對于諸如飲料和人類的液體填充物體不太有用。為了跟蹤這些項目，通常使用HF標簽。

在2004年的無源標簽供應商調查中，預計2008年UHF標簽的價格將達到每個標簽16美分，低于2003年的57美分 - 繼續使標記項目成為資產和庫存跟蹤的一種經濟有效的方法。

半有源標簽

與無源標簽一樣，半有源標簽將RF能量反射（而不是傳輸）回標簽閱讀器以發送識別信息。但是，這些標簽還包含為其IC供電的電池。這允許一些有趣的應用，例如當標簽中包含傳感器時。除靜態識別數據外，每個發送應答器還可以傳輸實時屬性，例如溫度，濕度和時間戳。通過僅使用電池為簡單的IC和傳感器供電 - 而不包括發射器 - 半有源標簽實現了成本，尺寸和范圍之間的折衷。

有源標簽

通過使用集成電池為標簽IC（連同任何傳感器）和 RF發射器供電，有源標簽更進一步。由于是自供電的，它們可以在更大的讀取器到標簽范圍（高達100米以上）上操作，這也意味著允許貨物比無源或半有源標簽更快地通過讀取器。系統。此外，有源標簽可以攜帶比EPC代碼更多的產品信息。

在不利方面，電池會縮短有源標簽的使用壽命，并增加其成本和尺寸。有源標簽通常在433 MHz和2.4 GHz工業，科學和醫療（ISM）頻段中運行，這些頻段可在全球大部分地區使用。因此，隨著更多無線消費產品出現在基于2.4 GHz的802.11和藍牙?模塊中，有源標簽與這些設備之間的共存成為一個重要問題。

RFID閱讀器的軟件架構

在介紹了RFID閱讀器的基本功能之后，我們現在考慮如何使用Blackfin型會聚處理器實現閱讀器。 RFID閱讀器軟件架構的三個要素是：后端服務器接口，中間件和前端標簽閱讀器算法 。雖然不同，但軟件架構的所有這些元素可以在單個Blackfin處理器上同時運行。

后端服務器和連接

通常，RFID閱讀器包含一個網絡元件 - 有線例如，以太網（IEEE 802.3），無線以太網（IEEE 802.11 a / b / g）或ZigBee ?（IEEE 802.15.4） - 將單個RFID讀取事件連接到中央服務器。中央服務器運行數據庫應用程序，其功能包括匹配，跟蹤和存儲。在許多應用程序中，還存在“警報”功能（供應鏈和庫存管理系統的重新訂購觸發器，或安全應用程序的警報器警報）。

順便提一下，讀者圍繞運行μClinux（也是 uClinux ）的高性能嵌入式處理器構建，與在與后端服務器通信時不具備的優勢相比具有明顯的優勢。強大的TCP / IP堆棧的存在以及SQL數據庫引擎的可用性極大地減少了開發過程中的主要集成負擔。

中間件

RFID中使用的術語 middleware 與其在其他嵌入式系統中的使用有一些不同的定義。在RFID方面，中間件是前端RFID閱讀器和后端企業系統之間的軟件轉換層。中間件過濾來自閱讀器的數據，并確保它沒有多次讀取或壞數據。在早期的RFID系統中，中間件在服務器上運行，但RFID數據的過濾現在通常在讀取器上通過企業網絡發送之前進行。這種增加的功能是嵌入式處理器為此應用程序空間帶來的另一個優勢。

讀取器的前端

系統的過濾器和變換密集型信號處理，發生在前面閱讀器末端需要具有通常與Blackfin處理器相關的強信號處理性能的設備。

A / D和D / A轉換器現在我們有了RFID系統組件的一般意義，讓我們從RFID閱讀器的角度關注連接。為了與標簽通信，混合信號前端（MxFE ?）IC構成了感興趣的界面。

MxFE設備是通用的中頻子系統，包括A / D和D / A轉換器，低噪聲放大器，混頻器，AGC電路和可編程濾波器。 I＆amp; Q數據的輸出流直接連接到處理器并行端口。 ADI公司的MxFE IC系列產品構成了性能最高的窄帶接收器，非常適合RFID和其他應用。

圖2顯示了典型MxFE器件的框圖。

用于RFID應用的Blackfin處理器

Blackfin處理器提供與有線和無線網絡的連接。某些處理器（如ADSP-BF536和ADSP-BF537）在芯片上具有10 Base-T / 100-Base-T以太網MAC。在無線方面，所有Blackfin處理器都可以通過SPI ?和SPORT外設直接連接到802.15.4 ZigBee和IEEE 802.11芯片組。可以在不消耗整個處理器帶寬的情況下獲得線速傳輸。

此外，Blackfin處理器還包括并行外設接口（PPI），它可以直接連接到ADC和DAC，如上所述。一些Blackfin處理器包括兩個PPI，可以進一步擴展系統功能 - 例如，允許將攝像機連接到RFID閱讀器。除了RFID應用之外，這些Blackfin功能對于一維和二維條碼應用也特別有吸引力，因為Blackfin能夠在同一設備上執行系統控制，網絡和圖像處理。

對于RFID應用，單一由于RFID閱讀器詢問標簽的方式，PPI通常是足夠的。首先，PPI配置為傳輸模式，處理器將數字序列發送到DAC。傳輸的序列被轉換為模擬信號，然后被上變頻并發送出去激勵/喚醒本地RFID標簽，然后響應。同時，PPI在少量處理器系統時鐘脈沖中被重新配置為接收器（見EE-Note 236），如圖3所示。這樣，下變頻的RF信號可以被ADC采樣并進入Blackfin直接。在該圖中，每個接收（Rx）和發送（Tx）間隔之間的時間是在系統時鐘周期中測量的。經過的時間允許傳輸的信號到達標簽并且標簽傳輸響應。

在某些RFID應用中，Blackfin處理器本身可以充當服務器 - 例如，何時不需要大數據存儲和數據庫操作。例如，想象一位年邁的父母戴著帶有標簽的手鐲，可以在房子內進行監控。如果在指定的時間間隔內沒有發現任何活動跡象，監測機構可以提醒已登記的朋友或親屬。

構成Blackfin RFID閱讀器基礎設施的軟件組件可在Blackfin.uClinux.org網站上找到。該產品包括與混合信號前端IC接口所需的驅動程序，以及在通過系統移動數據時非常有用的DMA驅動程序。基于μClinux的網絡堆棧和SQL數據庫引擎也可用。從系統角度來看，其他功能（如802.11 Wi-Fi卡，USB拇指驅動器和CompactFlash卡接口）可以非常快速地與Blackfin設備集成。有關更多信息，請參閱http://blackfin.uclinux.org。

RFID系統示例

有線RFID系統

RFID的最常見應用是資產管理，通過減少庫存損失，消除錯誤交貨，改善配送物流以及減少缺貨，從而能夠跟蹤托盤在倉庫中的移動。大型倉庫中的RFID系統可以跟蹤裝載貨物的托盤從托盤進入倉庫到離開時的運動。這樣的系統依賴于整個倉庫和入站/出站運輸點的固定RFID閱讀器。

作為簡化有線基礎設施的一種手段，以太網供電網絡（ PoE）是這些類型應用的理想選擇。 IEEE 802.3a / f PoE處理低功耗應用中的網絡系統。 PoE系統（如圖4所示）由供電設備（PSE）和供電設備（PD）組成。 PSE為以太網線路提供電源，而PD（為此討論的目的）構成了會聚網絡處理器及其周圍組件。 PoE建議最大電纜長度為100米，適用于許多嵌入式RFID應用，因為它具有相對的移動性，并且消除了與安裝傳統交流布線和插座相關的成本。

除RFID采集軟件外，支持嵌入式RFID應用的網絡處理器還需要足夠的性能和集成來處理復雜的多層IP堆棧。 ADSP-BF537 Blackfin處理器 - 包括一個10-Base-T / 100-Base-T以太網MAC-就是這種集成的一個很好的例子。例如，許多以太網PHY設備提供狀態引腳，具有在狀態改變時中斷的能力。此功能與Blackfin中斷功能無縫集成，可生成強大，低功耗的系統。

低成本無線RFID

適用于叉車式掃描儀或便攜式設備等應用手持式掃描儀，無法進行有線或PoE操作，IEEE 802.11b / g等無線協議允許RFID閱讀器連接到無線接入點，如圖5所示.Blackfin處理器可以連接通過串行或并行接口連接到802.11芯片組。此外，由于其計算能力，這些處理器支持分離MAC和全MAC 802.11a / b / g實現。例如，CompactFlash 802.11b卡的系統集成可能需要一個完整的MAC，該卡通過Blackfin的異步存儲器端口進行接口。拆分MAC實現通常通過SPORT或SPI接口接口 - lower MAC 駐留在無線芯片組上，而上部MAC 執行在Blackfin軟件中。

雖然可以在單核處理器上輕松處理其堆棧和處理要求，但無線應用正在測試性能與功耗的界限。使用低成本收斂處理器（如ADSP-BF531）的動態電源管理功能，可實現管理功耗，可根據應用要求提供可擴展的性能。這些動態功耗模式旨在為幾乎任何網絡系統提供靈活的性能和功率安排。

高性能系統

在新興應用中，RFID技術與其他設備（如生物識別傳感器或CMOS圖像傳感器）配對。如圖6所示，在安全授權和人員訪問控制的高級應用中，RFID與圖像分析相結合，以確保在安全的環境中，不僅房間內有 N 人，而且都是“授權人員”。

這類應用的計算需求非常適合處理雙核融合處理器，如ADSP-BF561 。額外的處理器內核不僅可以有效地使設備可以處理的計算負荷加倍;它還提供了一些令人驚訝的結構優勢，這些優勢并不是很明顯。

傳統上，雙核處理器采用在每個核上運行的離散且通常不同的任務。例如，一個核心可能執行所有與控制相關的任務 - 例如網絡，與大容量存儲的接口，RFID采集和整體流量控制。該核心也是操作系統或內核可能駐留的位置。同時，第二核心可以專用于應用程序的高強度處理功能。例如，人類識別算法的視頻處理部分可能在第二個核心上運行，結果數據包可能會傳遞到第一個核心，以便通過網絡接口傳輸。

雙核ADSP-BF561包含雙高速L1指令和數據存儲器（每個內核本地），以及兩個內核之間的共享L2存儲器。每個核心都可以同等地訪問各種外圍設備 - 視頻端口，串行端口，定時器等。如上所述，ADSP-BF561的一個核心可以管理RFID采集和網絡組件，而另一個核心可以專用于可以實時檢測，分類和跟蹤物體的圖像分類系統。

μClinux

μClinux操作系統是一種流行的選擇，可以促進網絡連接 - 這是讀卡器中最大的軟件組件 - 以及穩健性和標準合規性的關鍵要求。在閱讀RFID標簽時，必須確保滿足實時要求。由于μClinux調度程序不是嚴格實時的，因此可以用ADEOS實時調度程序替換，它可以安全地阻止μClinux中斷，直到實時關鍵處理完成。這意味著前端讀卡器軟件可以實時從ADEOS域執行，而中間件和后端服務器接口可以在傳統的μClinux環境中運行。這種劃分為用戶提供了對應用程序的硬實時控制，同時允許訪問開源軟件的所有好處。有關μClinux或ADEOS的更多信息，請參閱BlackfinμClinuxWiki。

圖7顯示了連接到Blackfin ADSP-BF537 STAMP開發平臺的ADI公司MxFE評估板，該平臺運行MxFE驅動程序代碼，μClinux操作系統，以及TCP / IP網絡堆棧。

結論

正如我們所示，RFID應用不再需要用于ADC / DAC接口的專用信號處理器和用于網絡的微控制器。 Blackfin系列的融合處理器可以處理網絡和控制，具有足夠的性能，可用于轉換器接口和模式匹配算法。反過來，這可以為下一波RFID應用帶來更低成本的物料清單和更快的上市時間。