RFID电子标签卡的防碰撞模块设计

2007-03-09 19:03:27来源: 互联网 关键字:rfid电子标签  电子  电子标签  标签
[b]引 言 [/b] RFID(RadioFrequency IdentifiCation,射频识别)电子标签是一种把天线和IC封装到塑料基片上的新型无源电子卡片;具有数据存储量大、无线无源、小巧轻便、使用寿命长、防水、防磁和安全防伪等特点;是近几年发展起来的新型产品,是未来几年代替条形码走进“物联网”时代的关键技术之一。阅读器(即PCE,机)和电子标签(即PICC卡)之间通过电磁场感应进行能量、时序和数据的无线传输,如图l所示。在PCD机天线的可识别范围内,可能会同时出现多张PICC卡。如何准确识别每张卡,是A型 PICC卡的防碰撞(即anticollision,也叫防冲突)技术要解决的关键问题。 1 A型卡防碰撞的工作原理 A型PICC卡采用了ISO/IECl4443系列协议,配合PCD机共同实现防碰撞的快速交互通信。为了从多张PICC卡中快速识别出一张来单独进行通信,A型卡采用了位碰撞监测协议实现防碰撞过程,即阅读器对卡返回的唯一识别号(即UID)数据帧中的每一位进行冲突监测。当多张A型PICC卡在同一时刻向PCD机传送UID数据帧时,一定会在同时返回的某一位上有不同的位值。根据Manchester编码规则,这一位正负边沿抵消了,故PCD机无法识别的该数据位即为碰撞位。碰撞位监测到后马上启动防碰撞过程。PCD机主动地发出一系列命令数据帧(即下传),主要是ANTICOLLISION命令和SEELECT命令。PICC卡被动地响应每一条指令(即上传)完成交互的会话过程。 对于ANTICOLLISION命令,如果PICC卡本身固有的UID CLn和命令中所带的UID CLn数据位相等,则发送UIDCLn的其余位;否则,不发送响应.根据协议规定,ANTICOLLISION命令(即第l部分:下传数据)和PICC卡的响应(即第2部分:上传数据)组合成一个防碰撞帧.而且防碰撞帧的数据位总数为56位。16≤下传数据位数≤55;l≤上传数据位数≤40。防碰撞帧举例如图2所示。由于56位的防碰撞帧可以在任意位置上分开,因此分两种情况:在一个完整的数据字节之后分开,则在第1部分的最后一个数据位之后有一个校验位;在一个数据字节内分开,则在第1部分的最后一个数据位之后不加校验位。情况1和情况2的不同分开方法如图2所示。 对于SELECT命令,如果PICC卡内固有的UIDCLn和命令中的UID CLn相等,则发送SAK帧,否则不发送响应。 2 防碰撞模块的设计 2.1 引脚定义 防碰撞模块的外部信号引脚定义及其在卡中与其他模块的连接如图3所示。 防碰撞模块外部信号定义的VHDL代码如下。 entity ANTICOLLICSION_BLOCK is port (clk:in std_logic;—— 时钟信号 reset:in steL_logic;——复位信号 rxd:in std_logic;一一外部数据串行输入 active:in std_logic;——外部数据输入的状态 Csn_fb:in std_logic_vector(7 downto 0) —— 来自ROM的并行数据 Csn_full:in std_logic;——ROM接口中的输出Latch“满” Rd_csn:out std_logic;一一允许读ROM Txd:out std_logic;一一数据串行输出 Txd_active:out std_logic--一数据输出的状态 ); end ANTiCOLLlCsIoN_BLOCK; 2.2 模块划分 防碰撞模块主要分为4个部分:数据接收模块(A)、读ROM模块(B)和数据比较(C)发送模块(D),如图4所示。A的作用是:接收PCD机发送的命令信号,从rxd引脚串行输入后对每个字节进行校验。并进行串并转换,按字节逐个存入7个Latch中。B的作用是:从ROM接口模块中读出卡内固有的UID CLn,按字节存入4个Latch后,计算UIDCLn的4个字节的异或值(即卡的BCC字节),并存入锁存器。C和D的作用是:比较PCD机命令中的UIDCL.和卡的UIDCLn,并根据比较结果决定是否输出响应.如果比较结果相同,则根据命令的类型(ANTICOLLISION命令或SELECT命令)从txd引脚串行输出不同的响应数据。由于篇幅所限,后面主要介绍数据的发送模块是如何设计实现的。 2.3 发送模块的设计 数据发送模块的设计实现如图5所示。 2.3.1 实现对ANTICOLLISl0N命令的响应 (1)输出数据txd产生模块的设计 当来自PCD机的指令数据接收完毕(即Data_input_end=“1”)和读卡内ROM的UID数据结束(即Csn_input_end=“l”)后,判别器启动位计数器和字计数器来控制数据比较模块,逐个比较Latch中的数据.比较结果相等(即Bit_not_match=“0”)时,令位计数器停止计数一个时钟周期,此时字计数器和位计数器的值仍然分别等于NVB的高4位和低4位。以图2情况1为例,字计数器值(即Byte_num)为2H,位计数器值(即Bit_num)为5H,输出信号产生模块从txd引脚发送起始位“0”;根据字计数器地址,从卡的UID CLn和BCC中选取字节,输出数据产生模块在Bit_num为0H"7H时,发送该字节的0"7位。在Bit_num为8H时,计算并发送该字节的奇校验位;当字计数器值为7H,位计数器值为OH时,表示所有的剩余UID CLn数据位和BCC已全部发送,此时发送结束位。 (2)输出状态Txd__active产生模块的设计 在比较结果相等(即Bit_not_matCh_“l”)时,令输出状态信号Txd_active变为“l”,表明发送开始,在Bytenum为7H,Bit_num为lH时,变为“0”,表明发送结束。 2.3.2 实现对SELECT命令的响应 (1)输出数据txd产生模块设计 在比较结果相等时,输出起始位“0”,并且令位计数器停止计数一个时钟周期,此时Bytc_num为7H,Bit_num为OH。在接下来的8个时钟周期里,即Bytc_num为7H,Bit_num为O"7H时,串行输出SAK帧,在Bit_num为8H时,输出奇校验位.接着Byte_num变为8H,Bitnum变为OH,此时输出结束位“O”。 (2)输出状态.Txd_active产生模块设计 令输出状态信号Txd_active在比较结果相等时变为“l”,在Byte_num为8H。Bit_num为1H时变为“O”。 3 仿真结果分析 3.1 防碰撞模块对ANTICOLLISION命令的响应 在数据线rxd上设置一串数据,与图情况2中下传数据相同,其中定义帧头S为“10”和帧尾E为“0l”。启动Maxplus仿真器,得到输出信号的波形,如图6所示。对照图2情况2可见,在txd线上得到的输出数据和图2情况2中上传数据(即UID CLn的其余位)相同。说明设计的防碰撞模块对ANTICOLLISION命令的响应是正确的。 3.2 防碰撞模块对SELECT命令的响应 在输入数据线rxd上设置如图7所示的一串数据。由图8可见,输出数据线txd上的数据为“S00000000|1|E,这是正确的SAK响应。说明设计的

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