基于RFID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

基于RFID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（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：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（RadioFrequencyIdentification）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PC系统组网嵌入式智能平台RFID智能移动计算终端自主网1概述1.1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ARM9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等系列。ARM9处理器核是英国先进RISC机器公司（AdvancedRISCMachines,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1M；(4)设置保护单元(protectionunit)，非常适合嵌入式应用中对存储器进行分段和保护；(5)采用AMBAAHB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ARM9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：1.4RFID（RadioFrequencyIdentification）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。RFID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]。1.5RFID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2.1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RFID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（adhoc）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(ThePlatformofIntelligentMobileComputingwithRFID)，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adhoc进行有效扩展和延伸。智能移动计算平台的硬件结构ARMNORFLASHSDRAMPOWERCLKJTAGUSB*2LCD控制音频接口触模屏接口总线驱动器NANDFLASH无线通信2.3基本性价比本系统采用以ARM920T为内核的S3C2410X01处理器。它是16-/32-bitRISCCPU，拥有有独立的16KB指令和16KB数据CACHE，MMU虚拟内存管理单元，NANDFlashbootloader，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1ARM9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