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1、基于基于 RFID 技术的智能移动计算平台在非接触物流管技术的智能移动计算平台在非接触物流管理系统中的应用理系统中的应用（马延龙 张卫华 哈尔滨工程大学 高可信计算技术研究中心 黑龙江 哈尔滨 150001） 摘要：摘要：非 PC 系统组网的研究和应用正处在一个热潮时期。本文提出了一种 嵌入式智能移动计算平台的设计，该智能平台利用 RFID（Radio Frequency Identification）识别被管物件，并向上组网，作为物流智能管理系统的终端。 关键字：非关键字：非 PC 系统组网系统组网 嵌入式智能平台嵌入式智能平台 RFID 智能移动计算终端智能移动计算终端 自主网自主网1 概
2、述概述1.1 嵌入式系统介绍嵌入式系统介绍以嵌入式计算机为技术核心的嵌入式系统是继网络技术之后，又一个 IT 领 域新的技术发展方向。由于嵌入式系统具有体积小、性能强、功耗低、可靠性 高以及面向行业具体应用等突出特点，目前已经广泛的应用于军事国防、消费 电子、信息家电、网络通信、工业控制各个领域。 嵌入式系统是指以应用为中心，以计算机技术为基础，软件硬件可剪裁， 适应于应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等方面有很高要求的专用 计算机系统。它主要有嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统以及 用户应用软件等部分组成。用于实现对其它设备的控制、监视和管理功能，它 通常配合其他设备运行。其
3、特点主要是： 内核精简：适用于小型电子装置，系统资源有限，如本系统中的手持式智能平 台。 专用性强：软件紧密结合、个性化强、不同的产品都要进行裁剪和移植； 实时性高：同时具备软件实时性和硬件实时性； 标准化难：目前硬件和软件系统都呈现出“百家争鸣”的景象1。1.2 嵌入式微处理器及嵌入式微处理器及 ARM9 芯片芯片嵌入式系统组成的核心部件是各种类型的嵌入式处理器/DSP。嵌入式微处 理器技术的基础是通用计算机技术。现在许多嵌入式处理器也是从早期的 PC 机的应用发展演化过来的，目前嵌入式处理器主要有 AM186/88、386EX、SC- 400、PowerPC、68000、MIPS、ARM
4、等系列。ARM9 处理器核是英国先进 RISC 机器公司（Advanced RISC Machines,ARM）设计的主流嵌入式处理器，主要包括 ARM9TDMI 和 ARM9-S 等系列。与已经退出主流应用领域的 ARM7 处理器相比，ARM9 系列处理器在 时钟频率、指令周期等方面都得到了改进和提高。以下列出了 ARM9 的显著特 点： (1)32bit 定点 RISC 处理器，改进型 ARM/Thumb 代码交织，增强性乘法器设计；(2)片内指令和数据 SRAM，而且指令和数据的存储容量可调； (3)片内指令和数据高速缓冲器(cache)容量从 4K 字节到 1 M； (4)设置保护单元
5、(protection unit)，非常适合嵌入式应用中对存储器进行分段和 保护； (5)采用 AMBA AHB 总线接口，为外设提供统一的地址和数据总线； (6)支持外部协处理器，指令和数据总线有简单的握手信令支持； (7)支持标准基本逻辑单元扫描测试方法学，而且支持 BIST(built-in-self-test)； (8)支持嵌入式跟踪宏单元，支持实时跟踪指令和数据2。1.3 基于基于 ARM9 的嵌入式开发环境的嵌入式开发环境 作为嵌入式系统应用的 ARM 处理器，其应用软件的开发属于跨平台开发， 因此需要交叉开发环境。交叉开发是指在一台计算机上进行软件的编辑编译， 然后下载到嵌入式设
6、备中进行运行调试的开发方式。用来开发的通用计算机可 以选用比较常见的 PC 机、工作站等，运行通用的 Windows 或 Unix 操作系统。 开发计算机一般称宿主机，嵌入式设备称为目标机，在宿主机上编译好的程序， 下载到目标机上运行，交叉开发环境提供调试工具对目标机上运行的程序进行 调试。交叉开发环境一般由运行于宿主机上的交叉开发软件（最少必须包含编 译调试模块） 、宿主机到目标机的调试通道组成。如下图所示：1.4 RFID（Radio Frequency Identification）技术）技术RFID 利用感应、无线电波或微波能量进行非接触式双向通信、识别和交 换数据的自动识别技术。RF
7、ID 系统一般由标签、识读器、应用接口或中间软 件、传输网络、业务应用与管理系统等构成。RFID 在本质上是识别物品的手 段，它被认为将最终取代现今应用非常广泛的条形码技术，成为识别物品的最 有效方式。其主要优点有：快速扫描、读取方便快捷、数据容量大、使用寿命长、应用范围广、可重复使用、更好的安全性、动态实时通信、体积小型化、 形状多样化。最基本的 RFID 系统由三部分组成： 标签(Tag)：由耦合元件及芯片组成，每个标签具有唯一的电子编码，附着在物 体上标识目标对象； 阅读器（Reader）：主要任务是控制射频模块向标签发射读取信号，并接收标 签的应答，对标签的对象标识信息进行解码，将对象
8、标识信息连带标签上其他 相关信息传输到主机以供处理。根据应用不同，阅读器可以是手持式或固定式；无线（Antenna）：在标签和读取器间传递射频信号。标签根据应用场合、形状、 工作频率和工作距离等因素的不同采用不同类型的无线。一个 RFID 标签通常 包含一个或多个天线。标签和阅读器工作时使用的频率称为 RFID 工作频率。 目前 RFID 使用的频率跨越低频（LF） 、高频（HF） 、超高频（UHF） 、微波等 多个频段3。1.5 RFID 系统的工作原理系统的工作原理读写器通过天线发送出一定频率的射频信号，当 RFID 标签进入读写器工作 场时，其天线产生感应电流，从而 RFID 标签获得能
9、量被激活并向读写器发送 出自身编码等信息；阅读器接收到来自标签的载波信号，对接收的信号进行解 调和解码后送至计算机主机进行处理；计算机系统根据逻辑运算判断该标签的 合法性，针对不同的设定做出相应的处理和控制，发出指令信号；RFID 标签的 数据解调部分从接收大盘的射频脉冲中解调出数据并送到控制逻辑，空盒子逻 辑接收指令完成存储、发送数据或其他操作。如下图所示：2 嵌入式智能平台及其应用嵌入式智能平台及其应用2.1 嵌入式智能平台嵌入式智能平台目前嵌入式技术正向着低功耗、多媒体化、网络化、智能化的方向发展，作为其中的一个主要发展方向，嵌入式智能平台是将最先进的计算技术、半导体 技术、电子技术和各
10、个行业的具体应用相结合后的产物，这一点决定了它必然 是一个技术密集、资金密集、高度分散、和不断创新的知识集成系统。2.2 基于基于 RFID 智能移动计算平台的非接触物流管理系统智能移动计算平台的非接触物流管理系统该系统的硬件主要由 RFID 标签、RFID 智能移动计算终端、智能移动计算 终端、Internet 网关和具有信息实时处理能力的中央服务器构成。在这个系统中， RFID 智能移动计算终端和智能移动计算终端之间通过自组网的方式实现它们之 间的通信。即，系统利用无线自组网来实现移动终端之间的数据、语音和视频 信息的交换，并通过 Internet 网关实现 RFID 智能移动计算终端和远
11、程服务器之 间的信息交换。因此，这个系统能够实时地从 RFID 标签中采集数据，将收集 到的信息传输给中央服务器，并根据服务器的计算结果实时地完成货物的统计、 物流的追踪以及货物最合理的摆放。 该系统的软件主要包括无线通讯协议软件（自组网路由协议） 、在 RFID 智 能移动计算终端上实现移动物流管理系统的前端应用程序和在中央服务器上实 现物流管理程序的后端程序（计算货物的统计、物流的追踪以及货物最合理的 摆放） 。现已自行设计一个智能移动计算平台（如下图所示） 。从计算角度讲，该 平台具有与百兆主频以上的 PDA 相当的计算性能；从数据通讯角度讲，该平台 同时具有无线网络接口，能够以自组网（
12、ad hoc）的方式构成智能无线网。接 下来，以此智能移动平台为基础，将此平台与 RFID 技术结合，还可以设计一 个所谓的 RFID 智能移动计算平台(The Platform of Intelligent Mobile Computing with RFID)，它不但可以实现移动访问 RFID 标签的能力，而且同时将 RFID 网 络通过 ad hoc 进行有效扩展和延伸。ARMNOR FLASHSDRAMPOWERCLKJTAGUSB*2LCD 控制音频接口触模屏接口总线驱动器NANDFLASH无线通信智能移动计算平台的硬件结构2.3 基本性价比基本性价比本系统采用以 ARM920T 为
13、内核的 S3C2410X01 处理器。它是 16-/32-bit RISC CPU，拥有有独立的 16KB 指令和 16KB 数据 CACHE，MMU 虚拟内存管 理单元， NAND Flash boot loader，系统管理单元（SDRAM 控制器等） ，3 通 道 UART，4 通道 DMA，4 通道具备 PWM 功能的定时器，IO 口，RTC（实 时时钟） ，8 通道 10bit 精度 ADC 和触摸屏控制器，IIC 总线接口，IIS 数字 音频总线接口，USB 主机，USB 设备，SD/MMC 卡控制器，集成 LCD 控制 器（支持 STN 和 TFT） ，2 通道 SPI 和 PLL 数字锁相环。该处理器集成度 高，功能强大，便于开发手提便携设备。3 启示启示1 嵌入式技术可以不受控制，有很大的创新空间 2 将嵌入式技术应用到各个领域，并与其他先进的技术结合，是必然的趋势参考文献 1 ARM9 基础实验教程.深圳英蓓特信息技术有限公司 2 刘鲁新 权进国 林孝康. ARM9 处理器与 ARM7 处理器比较. 电子技术应用 2004 第 11 期 3 陈婀娜.RFID 射频识别技术.商场现代化. 2006，2
