专利名称：兼容Type A和Type B协议的RFID阅读器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种RFID阅读器，具体来说，涉及一种低成本、高可靠性和通用性更强的兼容IS014443Type A和Type B通讯协议的RFID阅读器。
背景技术：
RFID 是 Radio Frequency Identif ication 的缩写，即射频识别技术，RFID 射频识别是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无须人工干预，可工作于各种恶劣环境，且RFID技术可识别高速运动物体，并可同时识别多个标签，操作快捷方便。IS0/IEC14443规定了邻近卡(PICC)的物理特性；需要供给能量的场的性质与特征，以及邻近耦合设备(P⑶)和邻近卡(PICC)之间的双向通信； + (PICC)进入邻近耦合设备(PCD)时的轮询，通信初始化阶段的字符格式，帧结构，时序信息；非接触的半双工的块传输协议并定义了激活和停止协议的步骤，传输协议同时适用于IS0/IEC14443TYPEA和TYPE B。PICC和P⑶使用电磁耦合进行能量的传输和信息的交互，PICC上有两个天线TXl和TX2，P⑶上有三个天线TXl，TX2和RX。P⑶通过天线将能量通过13. 56Mhz的电磁波传输给PICC，并与PICC进行通讯，IS014443规定，最高传输速率为848kbps。PICC中的信息传送到信息处理终端(个人计算机、网络或手执设备)进行处理，阅读器芯片在其中作为信息的通道，有两方面的作用，首先，控制射频电路进行信号的收发，调制与解调，与PICC进行通讯；其次，将PICC中的信息，通过外部接口(串口，并口)发送到上位机中。PICC与PCD的通讯协议有Type A和Type B两种，Type A型PCD向PICC传送信号时，通过13. 56MHz的射频载波传送信号，其采用方案为同步、改进的Miller编码方式，通过100%ASK传送；当PICC向P⑶传送信号时，通过调制载波传送Manchester编码的的副载波信号。Type B型P⑶在向PICC传送信号时，也是通过13. 56MHz的射频载波信号，但采用的是异步、NRZ编码方式，通过用10%ASK传送的方案；在？10向P⑶具传送信号时，则采用BPSK编码进行调制。传统的P⑶中的下位机(MCU)通过控制阅读器芯片中的多个寄存器地址决定在一次通讯中使用何种协议，P⑶中通过阅读器芯片的寄存器进行数据编解码方式的控制，以及数模接口进行模拟电路的配置，最终进行信号的发送和接收，实现两种协议兼容的模拟前端需要实现不同的结构，数字调制解调部分也有较大区别，基于效率和实现代价，不同协议之间的切换和轮询由MCU执行，成本高，可靠性一般。
发明内容
针对以上的不足，本发明提供了一种低成本、高可靠性和通用性更强的兼容TypeA和Type B协议的RFID阅读器，包括射频模拟前端电路和数字基带电路，所述数字基带电路根据外部微控制器的控制命令对RFID标签进行指令控制和读控制，射频模拟前端电路采用无线通讯的方式将IS014443协议中规定的指令发送给RFID标签，同时采用无线通讯的方式接收RFID标签的应答信号和待读取的数据，以供外部微控制器处理，所述数字基带电路包含Type A和Type B两种通讯模式，数字基带电路首先根据外部微控制器的控制命令进行初始化配置，将选择的通讯模式和运行参数写入寄存器阵列中，然后通过查询寄存器阵列中相应的寄存器而获取PICC发送过来的编码信号采用的速率和使用的通信协议，以确定对应的通讯模式。所述数字基带电路包括MCM控制电路、Type A编码电路、Type B编码电路、TypeA解码电路、Type B解码电路、先入先出存储器、先入先出存储器控制电路、缓冲区、寄存器阵列、寄存器控制、中断控制和定时器，首先，MCM控制电路根据外部微控制器的控制命令对数字基带电路进行初始化配置，将选择的工作模式和运行参数写入寄存器阵列中；然后，利用MCM控制电路查询寄存器阵列中的RxControl I寄存器，获取PICC发送过来的编码信号采用的速率和使用的通信协议，以确定对应的通讯模式；接着，MCM控制电路选择对应的编码格式对外部微控制器的控制命令进行编码，以实现对RFID标签的读控制，MCM控制电路选择同样通讯模式下的编码格式对从RFID标签读取的数据进行解码；最后，MCM控制电路将解码后的RFID标签数据保存在缓存缓冲区中，在中断控制和定时器的控制下，RFID标签数据最终放在先入先出存储器中以供外部微控制器处理。所述MCM控制电路查询RxControll寄存器，以获取PICC发送过来的信号到底是曼彻斯特编码还是BPSK编码，如果是曼彻斯特编码，则选择Type A编码电路和Type A解码电路进行编码和解码操作；如果是BPSK编码，则选择Type B编码电路和Type B解码电路进行编码和解码操作。 所述数字基带电路还包括冗余校验协处理器、奇校验电路和防冲突检测电路。所述定时器选择13. 56MHz时钟的不同分频作为计时时钟。本发明的有益效果本发明的数字基带电路包括MCM控制电路、Type A编码电路、Type B编码电路、Type A解码电路和Type B解码电路，它首先利用MCM控制电路根据外部微控制器的控制命令对数字基带电路进行初始化配置，将选择的工作模式和运行参数写入寄存器阵列中；然后，利用MCM控制电路查询寄存器阵列中的RxContiOll寄存器，获取PICC发送过来的编码信号采用的速率和使用的通信协议，以确定对应的通讯模式；接着，MCM控制电路选择对应的编码格式对外部微控制器的控制命令进行编码，以实现对RFID标签的读控制，MCM控制电路选择同样通讯模式下的编码格式对从RFID标签读取的数据进行解码，使得本发明可以在IS014443Type A和Type B两种通讯模式下工作,通用性更好,而且成本更低，可靠性更高。
图1为本发明的兼容Type A和Type B协议的RFID阅读器整体框架图；图2为本发明的数字基带电路部分的系统框架图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明进行进一步阐述。
如图1和图2所示，本发明的兼容Type A和Type B协议的RFID阅读器包括射频模拟前端电路和数字基带电路，数字基带电路包含Type A和Type B两种通讯模式，它根据外部微控制器MCU (上位机)的控制命令对RFID标签(PICC)进行指令控制和读控制，射频模拟前端电路采用无线通讯的方式将IS014443协议中规定的指令发送给RFID标签，同时采用无线通讯的方式接收RFID标签的应答信号和待读取的数据，以供外部微控制器处理。其中，数字基带电路包括MCM控制电路、Type A编码电路、Type B编码电路、Type A解码电路、Type B解码电路、先入先出存储器、先入先出存储器控制电路、缓冲区、寄存器阵列、寄存器控制、中断控制和定时器，首先，MCM控制电路根据外部微控制器的控制命令对数字基带电路进行初始化配置，将选择的工作模式和运行参数写入寄存器阵列中；然后，本发明利用MCM控制电路查询寄存器阵列中的RxControll寄存器，获取RFID标签发送过来的编码信号采用的速率和使用的通信协议，以确定对应的通讯模式；接着，MCM控制电路选择对应的编码格式对外部微控制器的控制命令进行编码，以实现对RFID标签的读控制，MCM控制电路选择同样通讯模式下的编码格式对从RFID标签读取的数据进行解码；最后，MCM控制电路将解码后的RFID标签数据保存在缓存缓冲区中，在中断控制和定时器的控制下，RFID标签数据最终放在先入先出存储器中以供外部微控制器处理。下面对本发明的各单元进行进一步阐述MCM控制电路在本发明中主要处理命令翻译和状态之间的转换，阅读器芯片进入初始化状态时，利用MCM控制电路对寄存器组进行赋初值、清空先入先出存储器和内部状态寄存器清零等操作，在工作状态时，它还负责数据的调制和解调状态转换、写入读出先入先出存储器FIFO、冗余校验协处理器CRC和发送接收数据状态中断的产生等逻辑功能，另一方面，MCM控制电路还用来查询RxControll寄存器获得PICC发送过来的编码信号采用的速率和使用的通信协议，即MCM控制电路查询寄存器获得对应的编码格式，即PICC发送过来的信号到底是曼彻斯特编码还是高速时采用的BPSK编码，如果是曼彻斯特编码，则说明应该选择IS014443Type A通讯模式，即采用Type A编码电路和Type A解码电路进行相关的编码和解码操作；如果是BPSK编码，则说明应该选择IS014443Type B通讯模式，即采用Type B编码电路和Type B解码电路进行相关编码和解码操作。Type A解码电路decoder_a实现对采用Type A通讯协议的标签芯片发过来的编码信号进行解码，在数字电路上可以实现106kbps、212kbps、424kbps和848kbps等不同速率的编码信号进行解码，得到正常的数据帧，保存在缓存buffer，并最终放在FIFO中以供外部微控制器MCU处理,对于TypeA来说,采用的是曼彻斯特Manchester编码信号，Type B解码电路decoder_b实现对采用Type B通讯协议的标签芯片发过来的编码信号进行解码，在数字电路上可以实现106kbps、212kbps、424kbps,甚至848kbps等不同速率的信号进行编码，得到正常的数据帧，保存在缓存buffer，并最终放在FIFO中以供外部微控制器MCU处理。对于Type B来说，采用的是BPSK编码信号。Type A 编码电路 encoder_a 可以对 106kbps、212kbps、424kbps 和 848kbps 等不同速率的信号进行编码，对于Type A来说，采用的是100%ASK调制的改进型miller编码信号，根据速率的不同，编码一个比特所占用的时间将不同，同时应该注意到速率改变后凹槽出现的时间也相应的改变。Type B 编码电路 encoder_b 可以实现对 106kbps、212kbps、424kbps 甚至 848kbps等不同速率的信号进行编码，对于Type B来说，采用的是10%ASK调制的NRZ-L编码信号，根据速率的不同，编码一个比特所占用的时间将不同。其中，一般106kbps速率采用的编码信号为曼彻斯特编码00K，212kbps、424kbps或者848kbps速率均采用BPSK调制的NRZ-L信号。防冲突检测电路anti_collision_a在防冲突命令期间，只有一张卡的存在是不会引起任何冲突，当有两张以上卡出现在同一场强，就会引起编码信号的冲突。由于编码信号采用的是曼彻斯特编码，这种编码信号支持位冲突检测，当出现冲突时，该位肯定是同时出现I和0，I和O的编码信号通过副载波调制时将重叠在一起形成冲突导致不能正确解码，此时阅读器应能识别到这个冲突位并在CollPos寄存器设置冲突位。如果在数据位检测到冲突，需要在ErrorFlag寄存器中将错误标志CollErr置I ;如果在奇偶校验位检测到冲突，则需要在ErrorFlag寄存器中将错误标志ParityErr置I。另外解码电路不受冲突位的影响，继续执行解码任务。如果出现异常情况，比如在SOF中检测到位冲突，那么就会出现帧格式错误，此时解码数据不发送到FIFO中，而解码电路仍继续工作直到数据解码完毕，产生一个帧格式错误信号给外部微控制器MCU (上位机)，MCU将决定什么时候允许发送数据给RFID标签。CRC协处理器可以计算IS0/IEC Type A以及Type B的算法,Type A和Type B两个协议的CRC多项式是一样的，均为xl6+xl2+x5+l，两个协议CRC处理的区别在于初始值不同以及多项式运行的结果是否需要取反，因此一开始需要配置CRC的初始值。CRC协处理器只受外部微控制器MCU的控制，MCU发送CalcCRC-Command命令，CRC协处理器就会利用FIFO里面存储的内容逐个计算，CRC计算的最终结果可从CRCResultLSB和CRCResultMSB寄存器中读到，CRC不会自动停止，必须接受MCU的控制，由Idle-Command中止CRC的计算。奇校验电路parity在接受Type A巾贞格式的时候才需要,Type B格式不需要做奇校验处理，在编解码期间，受MCM控制电路控制，得到校验结果，该模块可以嵌入到MCM控制电路和编码模块中。先入先出存储器FIFO在阅读器芯片中有两个作用，一个是从外部MCU处输入数据并交给MCM控制电路发送给标签芯片，一个是将标签芯片发送过来的数据解码后存放在FIFO中，以供MCU处理。FIFO—共64字节，然而并不代表阅读器只能一次发送64字节，MCU可以根据FIFO的状态不断填充数据，因此一次可以发送256字节的数据。定时器TMER部件选择芯片13. 56MHz时钟的不同分频作为计时时钟，可以用来计算两个事件的时间间隔或标识某一事件在某一精确的时间后发生，HMER可以被若干事件触发，但不会影响任何事件的进行，TMER相关的标识位也可以被用来产生中断请求。HMER的主要部分是一个自减计数器，只要该计数器值不为0，就会在时钟控制下做自减操作；如果寄存器AutoRestart置1，则HMER不会自减到O。同时，当HMER计数到I时会在下一个时钟自动加载TimerReolad寄存器的值。中断控制IRQ产生中断并控制中断请求，相应寄存器组也由此单元进行控制，以下是各种中断类型中断TimerIRq表明HMER有中断请求当HMER自减到O (TAutoRestart置O)或TpreLoad预设值(TautoRestart置I)的时候，TimerlRq标识建立。TxIRq标识在三种情况下会被建立1.所有数据发送完毕；2. CRC协处理器将FIFO中所有数据计算完毕，此时CRCReady也被置I。RxIRq表明接收器接收数据完毕IdleIRq表明指令执行完毕。HiAlerIRq 表明 HiAlert 被置 I。LoAlertIRq 表明 LoAlert 被置 I。总线模块BUS支持SP1、EPP、串行总线和并行总线等四种模式，本阅读器芯片可以在上电之后，使用NCS、NWR、NRD、ALE和A2，A1，A0的不同电平进行自动探测，并选择正确的总线传输方式，同时BUS模块处于SPI模式下面实现数据的输入和输出。本发明兼容IS0/IEC14443TypeA和14443TypeB国际标准，本发明工作在
13.56Mhz,可以在106kbps、212kbps、424kbps和848kbps的通讯速率下面工作，同时兼容CMOS和TTL两种工作电压，本发明与MCU进行通讯，可以根据接口进行自动配置，读写距离可以达到10cm，同时支持场区内多张卡进行读写。本发明由外部微控制器MCU进行控制，在具体应用场景中，MCU通过寄存器配置的形式控制进行与RFID标签的通讯，如下是一个典型Type A的应用流程；1. MCU对阅读器芯片进行配置，写入相关寄存器，选择工作模式和运行参数。2. MCU控制开场，并进行轮询，MCU通过总线将‘300200’指令发送给阅读器芯片。3.阅读器芯片对‘300200’指令进行解释并执行，将阅读器芯片的模拟前端中的发送电路的控制信号开启。4. MCU发送寻卡命令REQA ‘0x52’指令给阅读器芯片。5.阅读器芯片对REQA ‘0x52’指令进行解释并执行，芯片使用改进型Miller方式对‘0X52’进行编码，并将其通过发送电路使用ASK调制后发送到电磁场中。6.在电磁场中未休眠的RFID标签接收到REQA ‘0x52’指令后，发送请求应答ATQA ‘0d’到电磁场中。7.阅读器芯片接收到请求应答ATQA指令，接收模块以OOK曼彻斯特方式进行解调。8.阅读器芯片继续发送IS014443协议中规定的指令。9.阅读器RFID标签与芯片进行通信。(省略初始化过程)10. RFID标签发送数据给芯片，芯片接收数据并进行解调后送入FIFO中。11.如果MCU向芯片发送CRC校验指令，则对数据进行CRC校验。12.阅读器芯片将数据通过总线部件BUS发送到MCU中。13.阅读器芯片在通信过程中产生中断请求IRQ并发送到下位机MCU中。14.阅读器芯片根据应用，对HMER进行操作。(其他应用过程省略)15. MCU通过阅读器芯片向RFID标签发送暂停命令HLTA指令，RFID标签关闭。以上所述仅为本发明的较佳实施方式，本发明并不局限于上述实施方式，在实施过程中可能存在局部微小的结构改动，如果对本发明的各种改动或变型不脱离本发明的精神和范围，且属于本发明的权利要求和等同技术范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型。
权利要求
1.一种兼容Type A和Type B协议的RFID阅读器，包括射频模拟前端电路和数字基带电路，所述数字基带电路根据外部微控制器的控制命令对RFID标签进行指令控制和读控制，射频模拟前端电路采用无线通讯的方式将ISO 14443协议中规定的指令发送给RFID标签，同时采用无线通讯的方式接收RFID标签的应答信号和待读取的数据，以供外部微控制器处理，其特征在于，所述数字基带电路包含Type A和Type B两种通讯模式，数字基带电路首先根据外部微控制器的控制命令进行初始化配置，将选择的通讯模式和运行参数写入寄存器阵列中，然后通过查询寄存器阵列中相应的寄存器而获取RFID标签发送过来的编码信号采用的速率和使用的通信协议，以确定对应的通讯模式。
2.根据权利要求1所述的兼容TypeA和Type B协议的RFID阅读器，其特征在于，所述数字基带电路包括MCM控制电路、Type A编码电路、Type B编码电路、Type A解码电路、Type B解码电路、先入先出存储器、先入先出存储器控制电路、缓冲区、寄存器阵列、寄存器控制、中断控制和定时器， 首先，MCM控制电路根据外部微控制器的控制命令对数字基带电路进行初始化配置，将选择的工作模式和运行参数写入寄存器阵列中； 然后，利用MCM控制电路查询寄存器阵列中的RxControl I寄存器，获取RFID标签发送过来的编码信号采用的速率和使用的通信协议，以确定对应的通讯模式； 接着，MCM控制电路选择对应的编码格式对外部微控制器的控制命令进行编码，以实现对RFID标签的读控制，MCM控制电路选择同样通讯模式下的编码格式对从RFID标签读取的数据进行解码； 最后，MCM控制电路将解码后的RFID标签数据保存在缓存缓冲区中，在中断控制和定时器的控制下，RFID标签数据最终放在先入先出存储器中以供外部微控制器处理。
3.根据权利 要求2所述的兼容TypeA和Type B协议的RFID阅读器，其特征在于，所述MCM控制电路查询RxControl I寄存器，以获取RFID标签发送过来的信号到底是曼彻斯特编码还是BPSK编码，如果是曼彻斯特编码，则选择Type A编码电路和Type A解码电路进行编码和解码操作；如果是BPSK编码，则选择Type B编码电路和Type B解码电路进行编码和解码操作。
4.根据权利要求2所述的兼容TypeA和Type B协议的RFID阅读器，其特征在于，所述数字基带电路还包括冗余校验协处理器、奇校验电路和防冲突检测电路。
5.根据权利要求2所述的兼容TypeA和Type B协议的RFID阅读器，其特征在于，所述定时器选择13.56MHz时钟的不同分频作为计时时钟。
全文摘要
本发明公开了一种兼容Type A和Type B协议的RFID阅读器，它包括射频模拟前端电路和数字基带电路，数字基带电路包括MCM控制电路、Type A编码电路、Type B编码电路、Type A解码电路、Type B解码电路、先入先出存储器、先入先出存储器控制电路、缓冲区、寄存器阵列、寄存器控制、中断控制和定时器。本发明首先根据外部微控制器的控制命令进行初始化配置，将选择的通讯模式和运行参数写入寄存器阵列中；然后MCM控制电路通过查询寄存器阵列而获取RFID标签发送过来的编码信号采用的速率和使用的通信协议，以确定对应的通讯模式；最后，射频模拟前端电路在确定的通讯模式下将各种指令发送给RFID标签，同时接收RFID标签的应答信号和待读取的数据，以供外部微控制器处理。
文档编号G06K7/00GK103077365SQ201210586430
公开日2013年5月1日 申请日期2012年12月28日 优先权日2012年12月28日
发明者胡建国, 路崇, 段志奎, 吴劲, 吕峰 申请人:广州中大微电子有限公司