我们在生活和工作中越来越多地遇到射频识别(RFID)系统。从库存控制到超市的快速结账，这项技术正在改变许多现有的应用，并使新的应用成为可能。在前端，“信号链”从附着在感兴趣单元上的小标签开始;标签以比特流的形式将信息传递给RFID阅读器，该阅读器检测标签何时出现在特定区域，并读取其携带的信息。在后端，基于服务器的系统维护和更新标签数据库，在企业中生成警报或启动其他基于信息的流程。

大多数RFID阅读器目前使用多个处理器来满足应用需求。通常，信号处理器与数字转换器(ADC)和数字转换器(DAC)相连。然后，网络处理器与本地或远程服务器通信以进行信息存储和检索。本文描述了这些看似不同的功能——信号转换和网络连接——如何通过Devices Blackfin处理器家族的单个处理器来管理。

我们从RFID技术的简要概述开始，并讨论它现在和未来的应用。然后，将重点放在RFID读取器功能上，我们将探索需要在RFID读取器上运行的基本软件组件以及服务器连接。最后，一些框图为系统配置提供了一些建议。

今天的应用和新兴的应用

RFID技术允许同时监控多个项目，而不需要人们“触摸”每个项目(例如，使用手持条形码扫描仪)，从而使许多新型应用成为可能。可以利用这种自动识别的各种应用程序包括各种领域，如库存控制、物流管理、监视和收费。

如今，面向商品的通用产品代码(UPC)是一种一维条形码，无处不在，几乎所有可供公众购买的商品都有它的身影。条形码包含其所附物品的相关信息，可能包括物品的建议零售价和/或制造地点和日期。1D和2D条形码也可用于跟踪货物的运输细节。

条形码对单个物品很有效，但当有很多东西需要扫描时，工作流程就变得不那么高效了。例如，打开并单独扫描包含数百或数千个最终产品的托盘上的每个项目是不切实际的。但是，即使需要扫描的物品相对较少，比如超市结账时的杂货，也必须在扫描仪和被扫描的标签之间建立适当的对齐。更重要的是，操纵一个大的物品来找到条形码可能是具有挑战性的。

RFID技术以比特流的形式用EPC(电子产品代码)代替UPC。至少，EPC允许自动收集和远程访问条形码中包含的相同类型的信息，而无需人工干预。此外，即使有许多相同的物品，EPC也可以包含与所标记物品的唯一标识特征相关的更多信息。此外，与传统条形码不同的是，它与物品面向哪个方向或环境照明条件无关——物品仍然可以被检测和跟踪。雾，黑暗，甚至仓库污垢都不再重要。

以下是当今RFID系统的更多使用方式:

• 在超市食品托盘和箱子中，他们可以跟踪资产，更好地管理资产池。由于能够写入标签，因此可以包含附加信息(例如，销售日期)。此外，可以实现自动重新排序，以保持货架上适当的库存。

• 在图书馆中，它们可以用来自动发放和归还资料，在早期，这些资料是通过条形码扫描器单独识别标签来识别的。

• 在服装标签中，他们可以识别出真正的物品来源。通过使用标签的识别号码，物品可以被证明是真品或被挑出来作为假货进行调查。

• 在制药业，它们可用于防范假冒药品。

• 在体育比赛中，他们可以准确地跟踪长跑运动员的进度。

RFID系统概述

RFID使用射频(RF)传输的比特流来与对象通信、识别、分类和/或跟踪对象。每个对象都有自己的RFID标签(也称为应答器)。整个系统采用一个标签读取器，一个从每个标签接收射频能量的子系统。阅读器具有嵌入式软件，用于管理所接收的标签信息的查询、解码和处理;它与存储标签数据库和其他相关信息的存储系统进行通信。图1显示了RFID系统的概念图。

RFID阅读器

RFID阅读器提供单个标签和跟踪/管理系统之间的连接。可提供各种形状因素，它通常足够小，可以安装在柜台，三脚架或墙壁上。根据应用和操作条件，可能会有多个读卡器来完全服务于特定区域。例如，在仓库中，读取器网络可以确保所有托盘在从a点到B点时都被查询和记录。

总的来说，阅读器提供了三个主要功能:与标签进行双向通信以隔离单个标签;对接收到的信息进行初步处理;并连接到服务器，将信息链接到企业。

RFID读取器必须处理感兴趣领域内的多个标签——对于在有限空间区域内具有许多标签的应用程序(例如，驻留在许多工厂托盘上的多个标签产品)，这是一个非常重要的考虑因素。

多阅读器/标签场景中的主要挑战是，当许多阅读器发出查询而多个标签同时响应时，会发生冲突。避免此问题的最常见方法是使用某种形式的时分多路复用算法。阅读器可以设置为在不同的时间询问，而标签可以配置为在随机的时间间隔后响应。很明显，在嵌入式软件中实现这个功能提供了额外的灵活性。

RFID转发器(“标签”)

射频识别标签由一个集成电路(IC)芯片组成，该芯片保存有关标签所贴对象的唯一信息(如EPC数据)，一个天线(通常是印刷电路图案)，用于从读取器接收射频能量并传输信息，以及包裹标签组件的某种外壳。值得记住的是，上述术语“对象”可以适用于任何数量的不同事物，从工厂产品到动物，再到人。标签到阅读器的距离是一个重要的系统变量，它直接受到标签技术的影响。标签可以是被动的、主动的或半主动的。

被动标记

被动标签是最简单的一种。它们完全由读取器发送的射频能量供电，没有集成电池，因此它们价格低廉，机械坚固，而且非常小(例如，大约缩略图的大小)。然而，被动标签具有有限的阅读器到标签的范围，因为接收到的功率取决于它们与RFID阅读器的物理接近程度。

所选择的射频频率也会影响链路的范围。低频(LF)标签通常使用频谱的125- khz至135- khz部分;由于它们的活动范围有限，它们主要用于访问控制和动物标记。高频(HF)标签，主要工作在13.56 mhz频段，允许几英尺的范围。它们通常用于简单的一对一对象读取，例如访问控制、收费和跟踪便携式物品(例如图书馆图书)。

另一方面，超高频标签的工作频率从850兆赫到950兆赫，并且具有相当长的范围- 10英尺或更多。此外，由于潜在的更宽的可用带宽，阅读器可以一次询问许多这些标签，而不是在较低频率下一对一的标签重新处理过程。这种特性有助于最大限度地减少对给定区域内多个读取器的需求，使超高频标签在库存跟踪和控制的工业应用中非常受欢迎。然而，超高频标签不能有效地穿透液体，这是一个主要的缺点，使得它们对饮料和人类等充满液体的物体用处不大。为了跟踪这些物品，经常使用高频标签。

在2004年对被动式标签供应商的调查中，超高频标签的价格预计将从2003年的57美分下降到2008年的16美分，从而继续使标签项目成为资产和库存跟踪的一种具有成本效益的方法。

半有源标签

与无源标签一样，半有源标签将射频能量反射(而不是发射)回标签阅读器以发送识别信息。然而，这些标签还包含为其ic供电的电池。这允许一些有趣的应用程序，例如当传感器包含在标记中时。除了静态识别数据外，每个应答器还可以传输实时属性，如温度、湿度和时间戳。通过使用电池仅为简单的IC和传感器供电，而不包括发射器，半有源标签在成本，尺寸和范围之间取得了折衷。

主动标签

有源标签更进一步，通过使用集成电池为标签IC(以及任何传感器)和射频发射器供电。由于是自供电的，它们可以在更大的读取器到标签的范围内运行(高达100多米)，这也意味着与被动或半主动标签系统相比，它们允许货物通过读取器的速度要快得多。此外，活动标签可以携带比EPC代码更多的产品信息。

缺点是，电池缩短了有源标签的使用寿命，并增加了其成本和尺寸。有源标签通常在433 mhz和2.4 ghz工业、科学和医疗(ISM)频段工作，这些频段在世界大部分地区都可以使用。因此，随着越来越多的无线消费产品采用基于2.4 ghz的802.11和蓝牙 模块，有源标签和这些设备之间的共存成为一个重要问题。

RFID读写器的软件体系结构

在描述了RFID读取器的基本功能之后，我们现在考虑如何使用blackfin类型的收敛处理器实现该读取器。RFID阅读器软件体系结构的三个要素是:后端服务器接口、中间件和前端标签阅读器算法。虽然各不相同，但所有这些软件架构元素都可以在单个Blackfin处理器上并行运行。

后端服务器和连接性

通常，RFID读取器包含一个网络元素—例如有线以太网(IEEE 802.3)、无线以太网(IEEE 802.11 a/b/g)或ZigBee (IEEE 802.15.4)—将单个RFID读取事件连接到中央服务器。中央服务器运行数据库应用程序，其功能包括匹配、跟踪和存储。在许多应用程序中，还存在“警报”功能(用于供应链和库存管理系统的重新订购触发器，或用于安全应用程序的对警卫的警报)。

顺便说一句，在与后端服务器通信时，围绕运行μ Clinux(也称为uClinux)的高性能嵌入式处理器构建的阅读器比不运行该处理器的阅读器具有很大的优势。健壮的TCP/IP栈的存在和SQL数据库引擎的可用性大大减少了开发过程中主要的集成负担。

中间件

在RFID中使用的术语中间件的定义与在其他嵌入式系统中的使用略有不同。在RFID术语中，中间件是前端RFID阅读器和后端企业系统之间的软件转换层。中间件过滤来自读取器的数据，并确保它没有多次读取或坏数据。在早期的RFID系统中，中间件在服务器上运行，但是现在RFID数据的过滤通常在通过企业网络发送之前在读取器上执行。这种程度的功能增强是嵌入式处理器为这个应用程序空间带来的另一个优势。

阅读器的前端

该系统的滤波和变换密集型信号处理发生在阅读器的前端，需要一个具有强大信号处理性能的设备，通常与Blackfin处理器相关。

A/D和D/A转换器现在我们已经大致了解了RFID系统的组件，让我们从RFID读取器的角度来关注连接性。为了与标签通信，混合信号前端(MxFE )IC形成感兴趣的接口。

MxFE器件是通用的中频子系统，包括A/D和D/A转换器、低噪声放大器、混频器、AGC电路和可编程滤波器。输出流的I&Q数据直接连接到处理器并行端口。MxFE IC系列成员构成了性能最高的窄带接收器，非常适合rfid和其他应用。

图2显示了典型MxFE设备的框图。

用于RFID应用的Blackfin处理器

Blackfin处理器提供有线和无线网络连接。一些处理器，如ADSP-BF536和ADSP-BF537，芯片上有一个10-Base-T/100-Base-T以太网MAC。在无线方面，所有Blackfin处理器都可以通过SPI 和SPORT外设直接连接到802.15.4 ZigBee和IEEE 802.11芯片组。可以在不消耗整个处理器带宽的情况下获得线速传输。

此外，Blackfin处理器还包括一个并行外设接口(PPI)，可以直接连接到上述adc和dac。一些Blackfin处理器包括两个ppi，这可以进一步扩展系统功能——例如，允许将摄像头连接到RFID读取器。除了RFID应用之外，Blackfin的这些功能对于1D和2D条形码应用也特别有吸引力，因为Blackfin能够在同一设备上执行系统控制，网络和图像处理。

对于RFID应用程序，由于RFID读取器询问标签的方式，单个PPI通常就足够了。首先，将PPI配置为传输模式，处理器将数字序列发送到DAC。传输的序列被转换成信号，然后向上转换并发送到激发/唤醒本地RFID标签，然后响应。同时，PPI被重新配置为少量处理器系统时钟脉冲的接收器(参见EE-Note 236)，如图3所示。通过这种方式，下变频射频信号可以通过ADC采样并直接带入Blackfin。在图中，每个接收(Rx)和发送(Tx)间隔之间的时间是用系统时钟周期来测量的。所经过的时间允许所传输的信号到达所述标签，并允许所述标签发送响应。

在一些RFID应用中，Blackfin处理器可以单独充当服务器，例如，当不需要大型数据存储和数据库操作时。例如，想象一下，一位年迈的父母戴着一个带有标签的手镯，可以在家里进行监控。如果在指定的时间间隔内没有发现任何活动迹象，监控机构就会提醒注册的朋友或亲戚。

组成Blackfin RFID阅读器基础设施的软件组件可在Blackfin.uClinux.org网站上获得。该产品包括与混合信号、前端IC接口所需的驱动程序，以及在通过系统移动数据时非常有用的DMA驱动程序。基于µclinux的网络栈和SQL数据库引擎也可以使用。从系统的角度来看，其他功能，如802.11 Wi-Fi卡、USB拇指驱动器和CompactFlash卡接口，可以非常快速地与Blackfin设备集成。更多信息请参考。

Rfid系统示例

有线RFID系统

RFID最常见的应用是资产管理，由于能够跟踪托盘在仓库中的移动，它可以减少库存损失、消除错误交付、改进配送物流和减少缺货。大型仓库中的RFID系统可以跟踪装载托盘的移动，从托盘进入仓库到离开仓库。这种系统依赖于整个仓库和进出站运输点的固定RFID读取器。

作为简化有线基础设施的一种手段，以太网供电网络(PoE)非常适合这些类型的应用程序。IEEE 802.3a/f PoE处理低功耗应用中的网络系统。如图4所示，PoE系统由供电设备(PSE)和供电设备(PD)组成。PSE提供以太网线路上的电源，而PD(出于本讨论的目的)构成汇聚的网络处理器及其周围组件。PoE的推荐最大电缆长度为100米，这适用于许多嵌入式RFID应用，因为它具有相对的移动性，并且消除了与安装传统交流布线和插座相关的成本。

支持嵌入式RFID应用的网络处理器需要足够的性能和集成度来处理复杂的多层IP堆栈，以及RFID采集软件。ADSP-BF537 Blackfin处理器——包括一个10-Base-T/100-Base-T以太网mac——是这种集成的一个很好的例子。例如，许多以太网PHY设备提供一个状态引脚，该引脚具有在状态变化时中断的能力。该功能与Blackfin中断功能无缝集成，从而产生强大，节能的系统。

低成本无线RFID

对于诸如安装在叉车上的扫描仪或便携式手持扫描仪之类的应用程序，在这些应用程序中不可能进行有线或PoE操作，像IEEE 802.11b/g这样的无线协议允许RFID读取器连接到无线接入点，如图5所示。Blackfin处理器可以通过串行或并行接口连接到802.11芯片组。此外，由于它们的计算能力，这些处理器支持拆分mac和全mac 802.11a/b/g实现。例如，一个完整的mac可能需要一个CompactFlash 802.11b卡的系统集成，它通过Blackfin的异步存储端口接口。拆分MAC实现通常通过SPORT或SPI接口进行接口——较低的MAC驻留在无线芯片组上，而较高的MAC在Blackfin软件中执行。

虽然它们的堆栈和处理需求可以在单核处理器上轻松处理，但无线应用程序正在测试性能与功耗的界限。使用ADSP-BF531等低成本融合处理器的动态电源管理功能，可以实现基于应用需求的可扩展性能的管理功耗。这些动态电源模式旨在为几乎任何网络系统提供灵活的性能和电源安排。

高性能的系统

在新兴应用中，RFID技术正在与其他设备配对，如生物识别传感器或CMOS图像传感器。如图6所示，在安全授权和人员访问控制的高级应用程序中，RFID与图像分析相结合，以确保在安全的环境中，不仅房间中恰好有N个人，而且他们都是“授权人员”。

这类应用的计算需求非常适合由双核收敛处理器(如ADSP-BF561)处理。一个额外的处理器核心不仅有效地使设备可以处理的计算负载翻倍;它还提供了一些令人惊讶的结构性好处，这些好处并不是立即显而易见的。

传统上，双核处理器在每个核上运行离散的、通常不同的任务。例如，一个核心可以执行所有与控制相关的任务，例如联网、与大容量存储的接口、RFID获取和总体流控制。这个核心也是操作系统或内核可能驻留的地方。同时，第二个核心可以专门用于应用程序的高强度处理功能。例如，人类识别算法的视频处理部分可能在第二个核心上运行，而产生的数据包可能会通过网络接口传递到第一个核心。

双核ADSP-BF561包含双高速L1指令和数据存储器(每个内核本地)，以及两个内核之间的共享L2存储器。每个核心都可以访问各种外设——视频端口、串行端口、定时器等等。如上所述，ADSP-BF561的一个核心可以管理RFID采集和网络组件，而另一个核心可以专门用于图像分类系统，可以实时检测，分类和跟踪对象。

µClinux

µClinux操作系统是促进网络连接的流行选择-这是阅读器最大的软件组件-以及健壮性和标准遵从性的关键要求。在使用RFID标签时，必须确保满足实时要求。由于µClinux调度器不是严格实时的，因此可以用ADEOS实时调度器替换它，这可以安全地阻止µClinux中断，直到实时关键处理完成。这意味着前端阅读器软件可以从ADEOS域中实时执行，而中间件和后端服务器接口可以在传统的µClinux环境中运行。这种划分为用户提供了对应用程序的硬实时控制，同时允许访问开源软件的所有好处。有关µClinux或ADEOS的更多信息，请参阅BlackfinµClinux Wiki。

图7显示了连接到Blackfin ADSP-BF537 STAMP开发平台的Devices MxFE评估板，该开发平台运行MxFE驱动程序代码、µClinux操作系统和TCP/IP网络堆栈。

结论

正如我们所示，RFID应用不再需要用于ADC/DAC接口的专用信号处理器和用于网络的微控制器。Blackfin家族的聚合处理器可以处理网络和控制，并为转换器接口和模式匹配算法提供了大量的性能。这反过来又会降低材料成本，加快下一波RFID应用的上市时间。