一种基于ZYNQ的RFID协议一致性测试平台及其工作方法

摘要

本发明涉及一种基于ZYNQ的RFID协议一致性测试平台及其工作方法。RFID协议一致性测试平台，包括可重构RFID基带处理系统和可扩展接口；所述可重构RFID基带处理系统包括核心处理单元、PCI接口逻辑单元、PLX9054和分别与核心处理单元连接的高速存储单元、QSPI存储单元、SD卡接口电路；所述可扩展接口包括CPCI接口和分别与核心处理单元连接的FMC接口、PMOD接口、显示接口电路和用户控制接口电路；CPCI接口依次连接PLX9054、PCI接口逻辑单元后与核心处理单元连接。具有较高的集成度和可扩展性，支持实时仿真模式，成功失败模式，监听模式等，实现多模式混合。

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于ZYNQ的RFID协议一致性测试平台及其工作方法，属于语音识别和 的北斗定位的技术领域。

背景技术

RFID协议一致性测试规范是随着RFID标准的发展而不断发展的，制定测试规范的目的 是确定被测设备的特性与协议标准的规定是否一致。如今国际标准化组织ISO和EPCglobal 都根据已发布的RFID协议标准制定了相应的测试规范，用于指导进行规范、可靠的RFID协 议一致性测试。

RFID是无线通信领域的新兴技术，其协议一致性测试目前仍然是较多的依靠信号发生器， 频谱分析仪和额示波器等传统仪器的组合，但由于RFID技术在具有无线通信共有的特性之 外，又有其独有的特殊性，采用传统仪器的组合很难构建完善的协议一致性测试系统。原因 如下：(1)RFID读写器与标签的测试与传统设备的测试差异较大，采用预生成的信号无法 完成实时通信过程，测试系统必须在极短的时间内实时生成信号的能力，传统的信号发生器 无法满足该协议的时序要求；(2)RFID协议一致性的关键在于测试的完整性，必须根据一 致性测试对被测单元进行完整的物理层和协议层测试；(3)RFID协议标准种类众多，有适 用于近距离通信的LF；HF频段标准，还有使用于远距离通信的UHF(微波段标准)，各个频 段内的标准还由于工作模式，数据等的不同而不同。因此，如何用一个通用的测试平台来覆 盖所有的RFID协议标准，可靠的实现RFID协议一致性测试，是急需解决的问题。

目前应用于RFID协议一致性的系统主要有以下几种架构方式：成功失败模式、监听模式、 激励/响应方式、实时仿真模式；上述几种模式依次覆盖了从简单到复杂的不同层次的一致性 测试要求。

成功失败模式：该模式测试系统采用一个参考读写器与标签进行通信，得到通信成功与 失败的结果。系统构成简单，测试时间极短，适合生产线等测试速度要求高而测试项目要求 较少的测试场合

监听模式：在成功失败模式下，增加频谱分析仪和示波器等仪器。参考单元的选择很大 程度上决定了该测试模式的效果，由于测试过程中不仅需要测试协议规定的正常流程，还需 要执行非正常流程来测试被测单元在特定条件下的反应。因此，此模式更适合物理层测试。

激励响应模式：激励响应模式中，参考单元被矢量信号发生器取代，矢量信号发生器可 以发射特定的RFID信号给被测单元，同时给矢量信号分析仪发送一个数字触发标志，在收到 这种触发时，矢量信号分析仪开始同步采集通信信号以进行分析。这种测试模式具有较强的 可控性，可以通过激励信号主动控制被测单元的状态，继而控制整个流程。

实时仿真模式：实时仿真模式采用通用的基于FPGA的基带处理器，同时替代了矢量信号 发生器的信号发送模块和矢量信号分析仪的信号分析模块，配合射频前端协同工作。将原本 分离的信号发生和信号分析模块合二为一。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种基于ZYNQ的RFID协议一致性测试平台。

本发明还提供一种上述RFID协议一致性测试平台的工作方法。

本发明的技术方案如下：

一种基于ZYNQ的RFID协议一致性测试平台，包括可重构RFID基带处理系统和可扩展接 口；所述可重构RFID基带处理系统包括核心处理单元、PCI接口逻辑单元、PLX9054和分别 与核心处理单元连接的高速存储单元、QSPI存储单元、SD卡接口电路；所述可扩展接口包括 CPCI接口和分别与核心处理单元连接的FMC接口、PMOD接口、显示接口电路和用户控制接口 电路；CPCI接口依次连接PLX9054、PCI接口逻辑单元后与核心处理单元连接；所述核心处 理单元包括ASIC互联驱动、RFID功能库、RFID协议分析库、应用程序库、PCI互联逻辑和 信号处理逻辑；所述FMC接口设置有射频互联接口。

可重构RFID基带处理系统为多协议测试的高集成性提供支撑。

通过FMC接口扩展各类射频前端，涵盖ADI的FMCOMSS系列等，覆盖300Hz～2.4G的频 率范围；

通过PMOD接口扩展各类RFID专用ASIC模块(SPI通信接口，UART通信接口等)；

通过CPCI接口集成到传统的频谱仪，作为RFID应用组件，扩展传统频谱仪的功能，使 其适应日益复杂的物联网的测试要求。

ASIC互联驱动用于与RFIDASIC芯片模块进行通信。

RFID功能库用于控制射频前端解调器、时钟发生器等，并根据ADC采集的信号分析出RFID 协议测试要求的参数。

RFID协议分析库用于控制射频前端调制器、解调器，涵盖RFID协议测试所需要的信号 发生函数、RFID协议测试中所需要的流程控制函数，并根据ADC采集的信号分析RFID测试 所需要的参数。

应用程序库主要包含控制应用程序和显示应用程序；控制应用程序主要用于控制按键， 鼠标键盘等控制接口，支持用户与本平台进行交互；显示应用程序主要用于将测试结果显示 于VGA或者HDMI等显示接口。

射频互联接口实现与ADC和DAC互联，根据相应的物理接口形式收发数据，并通过DMA 方式与高速存储单元为进行数据交互；

信号处理逻辑通过硬件进行信号的解调，FFT变换，抽样等处理。

本发明所述基于ZYNQ的RFID协议一致性测试平台包括系统运行软件与固件。平台运行 需要软件和固件两部分，软件用于ARM执行，固件用于FPGA执行。系统运行软件主要包含 ASIC互联驱动、RFID功能库、RFID协议分析库和应用程序库。固件包括射频互联接口、信 号处理逻辑和PCI互联逻辑。

优选的，所述核心处理单元为XC7Z045，所述高速存储单元为DDR3；DDR3为XC7Z045中 ARM和FPGA的共享内存空间；所述PCI接口逻辑单元为ArtixFPGA；QSPI存储单元为QSPI Flash存储芯片。XC7Z045为xilinxZYNQ7000系列高端SOPC产品，集成软件可编程的高性 能ARMCortexA9处理器和硬件可编程的FPGA资源满足了RFID标准协议众多的要求。DDR3 采用镁光32bit位宽DDR3颗粒，高达2.8GB/S数据吞吐量的带宽，为RFID协议一致性分析 过程中存储大量波形数据，暂停波形结果等提供支持；同时，DDR3作为XC7Z045中ARM和FPGA 的共享内存空间，为二者数据交换提供缓冲池。QSPIFlash存储芯片选用镁光大容量Nor Flash，在系统启动时快速配置ZYNQ中的ARM和FPGA。ArtixFPGA处于XC7Z045和PLX9054 之间，为二者实现数据转接。PLX9054是由美国PLX公司生产的先进的PCII/O加速器，采 用了先进的PLX数据流水线结构技术，是32位、33MHz的PCI总线主I/O加速器；符合PCI 本地总线规范2.2版，突发输速率达到132MB/s，本地总线支持复用/非复用的32位地址/数 据，支持RFID协议一致性测试平台通过PCI总线连接传统测试仪器。

PCI互联逻辑：运行于ARTIXFPGA中，实现XC7Z045与PLX9054进行通信。PLX9054将 PCI总线协议转为localbus协议，工作区映射空间分为S0和S1空间。S0空间映射成UART 接口逻辑，与ZYNQ7000中的ARM进行串行通信(低速通道)，主要用来传输命令字和状态字。 S1空间映射为FIFO接口逻辑，与XC7Z045中的FPGA进行并行通信，主要实现RFID信号波 形数据的传输(高速通道)。DMA逻辑实现FIFO接口逻辑与DDR3存储芯片的数据搬移。

优选的，所述SD卡接口电路设置有大容量SD卡，所述显示接口电路包括HDMI接口和 VGA接口。大容量SD卡采用离线方式存储波形数据，实现波形数据从测试平台到通用处理平 台(如X86)等转移，利用通用处理平台的强大数据分析处理功能进行更加完善的数据分析。 此外，也可作为Linux系统设备树，文件系统等存储空间。

一种上述RFID协议一致性测试平台的工作方法，包括步骤如下：

1)选择测试模式，通过PMOD接口和FMC接口连接外接板卡；具体实施步骤如下：

a)成功/失败模式：

i.如果测试高频Tag，则通过PMOD接口连接相应协议的高频RFIDASIC模块；

ii.如果测试超高频Tag，则通过PMOD接口连接相应协议的超高频RFIDASIC模块；

b)监听模式：

i.如果测试高频Tag，则通过PMOD接口连接相应协议的高频RFIDASIC模块；

ii.如果测试超高频Tag，则通过PMOD接口连接相应协议的超高频RFIDASIC模块；

iii.FMC接口连接支持相应RFID通信频段的射频前端；

c)实时仿真模式：

i.FMC接口连接支持相应RFID通信频段的射频前端；

2)根据测试模式，加载相应的软件和固件；具体加载步骤如下：

a)成功/失败模式:

i.XC7Z045的ARM加载RFIDASIC模块相对应的互联驱动程序；

ii.XC7Z045的ARM加载用户控制应用程序和显示应用程序；

b)监听模式：

i.XC7Z045的ARM加载RFIDASIC模块相对应的互联驱动程序；

ii.XC7Z045的ARM加载用户控制应用程序和显示应用程序；

iii.XC7Z045的ARM加载RFID射频前端中DAC、时钟发生器、解调器、可调增益放大器 的驱动库和RFID相应协议的解码库；

iv.XC7Z045的FPGA加载固件；

c)实时仿真模式：

i.XC7Z045的ARM加载用户控制应用程序和显示应用程序；

ii.XC7Z045的ARM加载RFID射频前端中DAC、ADC、调制器、解调器、时钟发生器、可 调增益放大器的驱动库和RFID相应协议的编码库、解码库；

iii.XC7Z045的FPGA加载固件；

3)在用户控制下进行测试，并输出测试结果；

a)成功/失败模式：

i.对RFIDASIC模块的参数进行设置；包括发射机功率、天线状态以及接受部分灵敏度 的参数；

ii.启动测试，并从RFIDASIC模块返回测试结果；

b)监听模式

i.对RFIDASIC模块的参数进行设置；包括发射机功率、天线状态以及接受部分灵敏度 的参数；

ii.根据测试协议，设置射频前端ADC的采样率、时钟发生器的时钟输出；

iii.启动测试，并从RFIDASIC模块返回测试结果；

iv.根据射频前端ADC返回的数据，进行解调、解码等信号处理，获取相应测试参数；

c)实时仿真模式

i.根据测试协议，设置射频前端模块ADC的采样率、时钟发生器的时钟输出；

ii.根据测试协议，设置射频前端模块的ADC采样率、可调增益放大器的放大倍数；

iii.启动测试，根据相应协议，构建RFID协议相关的数据帧，然后进行编码、调制， 最后通过射频前端发出相应的射频信号；与待测的读卡器或者标签进行通信；

iv.根据射频前端ADC返回数据，进行解调，解码等信号处理，获取相应测试参数。

优选的，所述步骤1)中的射频前端为ADI的FMC接口的射频前端系列。

优选的，所述步骤2)中RFIDASIC模块互联驱动库，为SPI驱动或UART驱动，以及与 RFIDASIC模块通信的协议库。

优选的，所述步骤2)中，监听模式中，FPGA加载的固件为DAC接口固件、信号处理固 件；实时仿真模式，FPGA加载的固件为ADC和DAC接口固件、信号处理固件DAC为AD9122 的含DMA通道的接口固件。

该发明的有益之处是：

1、本发明所述基于ZYNQ的RFID协议一致性测试平台，具有较高的集成度和可扩展性， 支持实时仿真模式，成功失败模式，监听模式等，实现多模式混合，通用性高；

2、本发明所述基于ZYNQ的RFID协议一致性测试平台，涵盖丰富的接口，通过FMC接口 扩展各种射频前端，CPCI接口完成与传统仪器集成，实现可扩展性和可集成性，结构简单， 实用性高，操作简单。

附图说明

图1为本发明所述基于ZYNQ的RFID协议一致性测试平台的结构示意图；

图2为本发明所述核心处理单元的结构示意图；

图3为本发明所述基于ZYNQ的RFID协议一致性测试平台的工作方法流程图。

具体实施方式

下面结合实施例和说明书附图对本发明做详细的说明，但不限于此。

实施例1

如图1-3所示。

一种基于ZYNQ的RFID协议一致性测试平台，包括可重构RFID基带处理系统和可扩展接 口；所述可重构RFID基带处理系统包括核心处理单元、PCI接口逻辑单元、PLX9054和分别 与核心处理单元连接的高速存储单元、QSPI存储单元、SD卡接口电路；所述可扩展接口包括 CPCI接口和分别与核心处理单元连接的FMC接口、PMOD接口、显示接口电路和用户控制接口 电路；CPCI接口依次连接PLX9054、PCI接口逻辑单元后与核心处理单元连接；所述核心处 理单元包括ASIC互联驱动、RFID功能库、RFID协议分析库、应用程序库、PCI互联逻辑和 信号处理逻辑；所述FMC接口设置有射频互联接口。

可重构RFID基带处理系统为多协议测试的高集成性提供支撑。

通过FMC接口扩展各类射频前端，涵盖ADI的FMCOMSS系列等，覆盖300Hz～2.4G的频 率范围；

通过PMOD接口扩展各类RFID专用ASIC模块(SPI通信接口，UART通信接口等)；

通过CPCI接口集成到传统的频谱仪，作为RFID应用组件，扩展传统频谱仪的功能，使 其适应日益复杂的物联网的测试要求。

ASIC互联驱动用于与RFIDASIC芯片模块进行通信。

RFID功能库用于控制射频前端解调器、时钟发生器等，并根据ADC采集的信号分析出RFID 协议测试要求的参数。

RFID协议分析库用于控制射频前端调制器、解调器，涵盖RFID协议测试所需要的信号 发生函数、RFID协议测试中所需要的流程控制函数，并根据ADC采集的信号分析RFID测试 所需要的参数。

应用程序库主要包含控制应用程序和显示应用程序；控制应用程序主要用于控制按键， 鼠标键盘等控制接口，支持用户与本平台进行交互；显示应用程序主要用于将测试结果显示 于VGA或者HDMI等显示接口。

射频互联接口实现与ADC和DAC互联，根据相应的物理接口形式收发数据，并通过DMA 方式与高速存储单元为进行数据交互；

信号处理逻辑通过硬件进行信号的解调，FFT变换，抽样等处理。

本发明所述基于ZYNQ的RFID协议一致性测试平台包括系统运行软件与固件。平台运行 需要软件和固件两部分，软件用于ARM执行，固件用于FPGA执行。系统运行软件主要包含 ASIC互联驱动、RFID功能库、RFID协议分析库和应用程序库。固件包括射频互联接口、信 号处理逻辑和PCI互联逻辑。

实施例2

如实施例1所述的基于ZYNQ的RFID协议一致性测试平台，其区别在于，所述核心处理 单元为XC7Z045，所述高速存储单元为DDR3；DDR3为XC7Z045中ARM和FPGA的共享内存空 间；所述PCI接口逻辑单元为ArtixFPGA；QSPI存储单元为QSPIFlash存储芯片。XC7Z045 为xilinxZYNQ7000系列高端SOPC产品，集成软件可编程的高性能ARMCortexA9处理器和 硬件可编程的FPGA资源满足了RFID标准协议众多的要求。DDR3采用镁光32bit位宽DDR3 颗粒，高达2.8GB/S数据吞吐量的带宽，为RFID协议一致性分析过程中存储大量波形数据， 暂停波形结果等提供支持；同时，DDR3作为XC7Z045中ARM和FPGA的共享内存空间，为二 者数据交换提供缓冲池。QSPIFlash存储芯片选用镁光大容量NorFlash，在系统启动时快 速配置ZYNQ中的ARM和FPGA。ArtixFPGA处于XC7Z045和PLX9054之间，为二者实现数据 转接。PLX9054是由美国PLX公司生产的先进的PCII/O加速器，采用了先进的PLX数据流 水线结构技术，是32位、33MHz的PCI总线主I/O加速器；符合PCI本地总线规范2.2版， 突发输速率达到132MB/s，本地总线支持复用/非复用的32位地址/数据，支持RFID协议一 致性测试平台通过PCI总线连接传统测试仪器。

PCI互联逻辑：运行于ARTIXFPGA中，实现XC7Z045与PLX9054进行通信。PLX9054将 PCI总线协议转为localbus协议，工作区映射空间分为S0和S1空间。S0空间映射成UART 接口逻辑，与ZYNQ7000中的ARM进行串行通信(低速通道)，主要用来传输命令字和状态字。 S1空间映射为FIFO接口逻辑，与XC7Z045中的FPGA进行并行通信，主要实现RFID信号波 形数据的传输(高速通道)。DMA逻辑实现FIFO接口逻辑与DDR3存储芯片的数据搬移。

实施例3

如实施例1所述的基于ZYNQ的RFID协议一致性测试平台，其区别在于，所述SD卡接口 电路设置有大容量SD卡，所述显示接口电路包括HDMI接口和VGA接口。大容量SD卡采用离 线方式存储波形数据，实现波形数据从测试平台到通用处理平台(如X86)等转移，利用通 用处理平台的强大数据分析处理功能进行更加完善的数据分析。此外，也可作为Linux系统 设备树，文件系统等存储空间。

实施例4

如实施例1-3任意一项所述的基于ZYNQ的RFID协议一致性测试平台的工作方法，包括 步骤如下：

一种上述RFID协议一致性测试平台的工作方法，包括步骤如下：

1)选择测试模式，通过PMOD接口和FMC接口连接外接板卡；具体实施步骤如下：

a)成功/失败模式：

i.如果测试高频Tag，则通过PMOD接口连接相应协议的高频RFIDASIC模块；

ii.如果测试超高频Tag，则通过PMOD接口连接相应协议的超高频RFIDASIC模块；

b)监听模式：

i.如果测试高频Tag，则通过PMOD接口连接相应协议的高频RFIDASIC模块；

ii.如果测试超高频Tag，则通过PMOD接口连接相应协议的超高频RFIDASIC模块；

iii.FMC接口连接支持相应RFID通信频段的射频前端；

c)实时仿真模式：

i.FMC接口连接支持相应RFID通信频段的射频前端；

2)根据测试模式，加载相应的软件和固件；具体加载步骤如下：

a)成功/失败模式:

i.XC7Z045的ARM加载RFIDASIC模块相对应的互联驱动程序；

ii.XC7Z045的ARM加载用户控制应用程序和显示应用程序；

b)监听模式：

i.XC7Z045的ARM加载RFIDASIC模块相对应的互联驱动程序；

ii.XC7Z045的ARM加载用户控制应用程序和显示应用程序；

iii.XC7Z045的ARM加载RFID射频前端中DAC、时钟发生器、解调器、可调增益放大器 的驱动库和RFID相应协议的解码库；

iv.XC7Z045的FPGA加载固件；

c)实时仿真模式：

i.XC7Z045的ARM加载用户控制应用程序和显示应用程序；

ii.XC7Z045的ARM加载RFID射频前端中DAC、ADC、调制器、解调器、时钟发生器、可 调增益放大器的驱动库和RFID相应协议的编码库、解码库；

iii.XC7Z045的FPGA加载固件；

3)在用户控制下进行测试，并输出测试结果；

a)成功/失败模式：

i.对RFIDASIC模块的参数进行设置；包括发射机功率、天线状态以及接受部分灵敏度 的参数；

ii.启动测试，并从RFIDASIC模块返回测试结果；

b)监听模式

i.对RFIDASIC模块的参数进行设置；包括发射机功率、天线状态以及接受部分灵敏度 的参数；

ii.根据测试协议，设置射频前端ADC的采样率、时钟发生器的时钟输出；

iii.启动测试，并从RFIDASIC模块返回测试结果；

iv.根据射频前端ADC返回的数据，进行解调、解码等信号处理，获取相应测试参数；

c)实时仿真模式

i.根据测试协议，设置射频前端模块ADC的采样率、时钟发生器的时钟输出；

ii.根据测试协议，设置射频前端模块的ADC采样率、可调增益放大器的放大倍数；

iii.启动测试，根据相应协议，构建RFID协议相关的数据帧，然后进行编码、调制， 最后通过射频前端发出相应的射频信号；与待测的读卡器或者标签进行通信；

iv.根据射频前端ADC返回数据，进行解调，解码等信号处理，获取相应测试参数。

实施例5

如实施例4所述的基于ZYNQ的RFID协议一致性测试平台的工作方法，其区别在于，所 述步骤1)中的射频前端为ADI的FMC接口的射频前端系列。

实施例6

如实施例4所述的基于ZYNQ的RFID协议一致性测试平台的工作方法，其区别在于，所 述步骤2)中RFIDASIC模块互联驱动库，为SPI驱动或UART驱动，以及与RFIDASIC模块 通信的协议库。

实施例7

如实施例4所述的基于ZYNQ的RFID协议一致性测试平台的工作方法，其区别在于，所 述步骤2)中，监听模式中，FPGA加载的固件为DAC接口固件、信号处理固件；实时仿真模 式，FPGA加载的固件为ADC和DAC接口固件、信号处理固件DAC为AD9122的含DMA通道的 接口固件。