双处理器架构嵌入式系统的研究及在RFID中的应用

摘要

射频识别(Radio Frequency Identification,RFID)技术是基于雷达原理利用射频信号通过电感耦合或是电磁反向散射耦合技术实现无接触信息传递,通过所传递的信息达到识别目的的自动识别技术。RFID阅读器(RFID Reader)是整个RFID系统的核心设备,它能够无接触识别电子标签(Tag)中的电子数据,对识别获取的信息的进行本地数据库管理,提供良好的用户界面进行显示,并支持数据信息的网络传输。 本文采用双处理器嵌入式系统架构,设计实现915MHz UHF频段RFID Reader中的主控和基带平台。该平台以ARM微处理器和DSP数字信号处理器为核心,DSP实现射频识别中编解码调制解调等核心算法；ARM微处理器运行嵌入式操作系统,对已获取的标签数据进行管理,并提供良好的用户界面和网络传输。 本文首先研究分析了RFID Reader的功能特性,提出了双处理器嵌入式系统的设计思想。然后系统的研究并实现了RFID Reader的主控和基带平台的硬件设计。硬件设计包括ARM主控子系统和DSP基带子系统的设计以及双处理器的通信接口设计。之后针对现代高速PCB设计中所面临的挑战,运用高速PCB仿真技术对关键网络进行硬件仿真。针对不同的信号完整性问题,本文提出了具体的解决方法,修改后的电路确保了硬件平台运行的稳定性与准确性。最后,在软件设计方面,根据主机接口(HPI)的硬件电路设计,开发了HPI接口的Linux驱动程序,实现了两个处理器之间高速、大吞吐量的数据通信,为后续的高层应用软件的业务处理奠定了基础。 目前,RFID Reader的开发已全部完成,通过了广东省科技厅重点工业攻关项目组专家的鉴定验收。经实测,该RFID Reader支持EPC GLOBAL UHF(GEN2)和ISO18000-6两种协议,电子标签的最快读取速率达到82个每秒。综上所述,本文采用双处理器嵌入式系统架构,实现RFID Reader的主控和基带处理平台,融合了两类不同嵌入式处理器的特性,在915MHz UHF频段RFID Reader实际项目中应用效果良好,具有很大的实用价值。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1意义与背景

1.2国内外研究发展现状

1.3嵌入式RFID阅读器的基本工作流程

1.4双处理器架构的嵌入式系统

1.5论文主要研究内容

第二章系统的硬件设计与实现

2.1方案及器件选型

2.2主控子系统设计与实现

2.2.1微处理器

2.2.2时钟电路与复位电路的实现

2.2.3存储器接口电路设计

2.2.4网络模块接口电路设计

2.2.5 LCD和视频接口电路设计

2.2.6串口及USB口电路设计

2.3 DSP子系统的设计与实现

2.3.1TMS320VC5416

2.3.2 DSP通用I／O接口

2.3.3HPI接口电路设计

2.3.4数模转换电路设计

2.3.5滤波电路设计

2.4本章小结

第三章高速PCB中的信号完整性设计

3.1高速电路的定义与高速信号的确定

3.2适用于线路板的传输线理论及特征阻抗

3.3高速数字信号完整性分析与设计

3.3.1阻抗匹配与端接方案

3.3.2串扰及其抑制措施

3.3.3信号完整性的仿真分析

3.4小结

第四章Linux设备驱动程序的开发

4.1Linux设备驱动程序

4.1.1 Linux驱动程序的概念

4.1.2设备和模块分类

4.1.3 Linux操作系统的地址类型

4.2HPI接口特性及电路设计

4.2.1 HPI接口构成

4.2.2 HPI接口电路

4.3HPI通信接口的Linux驱动程序设计

4.3.1内核空间与用户空间

4.3.2驱动程序的具体实现

4.4小结

第五章总结与展望

5.1总结

5.2系统进一步开发方向展望

附录

参考文献

攻读硕士学位期间取得的研究成果

致谢