基于虚拟仪器的rfid标签空中接口协议符合性自动化测试方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于虚拟仪器的RFID标签空中接口协议符合性自动化测试方法，对阅读器原型机和RFID标签间的接口协议进行符合性自动化测试，其中阅读器原型机是基于虚拟仪器构建的；阅读器原型机主要包括底层FPGA控制设备和上层主控制器，底层FPGA控制设备包括发射机、接收机和MAC协议控制层，上层主控制器对通信协议交互参数和符合性自动化测试参数进行设置。在实现了完整的链路时序通信后，将底层数字信号传输至主控器进行处理，实现协议符合性自动化测试，整个过程自动生成测试报告，相比传统手动控制测试效率得到了大大的提高。
【专利说明】
基于虚拟仪器的RF ID标签空中接口协议符合性自动化测试 方法
技术领域
[00011本发明涉及一种基于虚拟仪器的RFID标签空中接口协议符合性自动化测试方法， 属于RFID射频识别测试技术。
【背景技术】
[0002]在物联网技术中，射频识别（Radio Frequency Identification，RFID)作为一项 关键技术，正大量使用在各种应用行业，例如运输、航空、医疗、自动收费、安全以及通行控 制等等。RFID标签是一种无线微电子芯片，它可以嵌入在目标物体内部用以标示和区别。 RFID阅读器可以读取唯一的ID码以及其他一系列存储在标签内部的信息，其交互过程通过 发送和接受无线频率信号。在一个完整的RFID系统内，阅读器是通过后台处理标签的交互 数据来进行通信过程的。
[0003] 射频识别技术是一项复杂的应用技术，它不仅包含了电磁学理论与微波技术，而 且还涉及半导体集成电路以及通信原理等技术，是一项新兴的融合了多学科的应用技术， 目前，RFID技术已经成为一个新的经济增长点。RFID标签有很多的类型，其特性也是有所不 同的，例如功率源，操作频率，具体功能等等，如此这些标签可以以许多方式分类。通常的分 类方式为有源标签和无源标签之分。一个激活了的RFID标签必须提供稳定的功率。因此这 些标签能够持续响应来自不同环境的命令。如今，低频和高频段的射频识别系统已经广泛 应用于成熟的技术当中，然而天线尺寸的大小限制了他们的商业应用。典型的应用为甚高 频段(UHF)860MHz-960MHz 标签。
[0004] RFID是一种中短距离射频技术，用于固定物体和移动物体之间的通信，其中以数 字通信为主。RFID系统通常具备以下特点，其链路的一端为简单的设备，而链路的另一端为 更多复杂的设备。简单的设备通常称为标签，或者转换器，其外形较小且造价便宜，因而可 以在数量上得到大量的部署，同时其通过改变负载标签的编码方式或者调制方式来向阅读 器发送数据，这其中运用了大量的调制和编码技术，可以分为只读标签和读写两用标签。面 对纷繁复杂的测试项以及测试频段，研究RFID协议符合性自动化测试具有十分重要的意 义。
【发明内容】
[0005] 发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种基于虚拟仪器的 RFID标签空中接口协议符合性自动化测试方法，能够快捷方便的实现RFID协议符合性测试 流程并将可靠的测试结果方便统一地记录到格式化的测试报告中，同时能够在进行计算标 签速率时准确快速计算出相关结果，还能够针对不同测试目的进行自主原则，有效提高了 测试效率。
[0006] 技术方案:为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
[0007] 一种基于虚拟仪器的RFID标签空中接口协议符合性自动化测试方法，对阅读器原 型机和RFID标签间的接口协议进行符合性自动化测试，其中阅读器原型机是基于虚拟仪器 构建的；阅读器原型机主要包括底层FPGA控制设备和上层主控制器，底层FPGA控制设备包 括发射机、接收机和MAC协议控制层，上层主控制器对通信协议交互参数和符合性自动化测 试参数进行设置;发射机状态机包括前导码信息、信号组帧、等待时间和下电状态，接收机 包含检测、同步、解调、解码和字节存储功能，MC协议交互层模型包括命令的组帧、封装、译 码信息的解析、拆装解析以及整个通信过程的协议控制。最后在实现了完整的链路时序通 信后，将底层数字信号传输至主控器进行处理，并实现了标签工作频率测试、标签解调测 试、标签数据编码测试、标签前导码测试、标签频率允差测试、标签链接时序Tl测试和标签 状态机测试一系列协议符合性自动化测试，整个过程自动生成测试报告，相比传统手动控 制测试效率得到了大大的提高。该方法包括以下步骤：
[0008] (1)阅读器原型机根据接口协议设计发射机、接收机和MAC协议控制层，实现阅读 器原型机和RFID标签间的正常通信；
[0009] (2)根据符合性测试要求对通信协议交互参数和符合性自动化测试参数进行设 置；
[0010] (3)通过发射机向RFID标签发送测试信号，通过RFID标签向接收机反馈信号，将接 收机的接收信号称为实际接收信号，基于测试信号、理论接收信号和实际接收信号进行符 合性自动化测试计算，包括标签工作频率测试、标签解调测试、标签数据编码测试、标签前 导码测试、标签频率允差测试、标签链接时序Tl测试和标签状态机测试；
[0011 ] (4)计算结果通过MFCLibraryExcel .dll动态链接库写入到Excel表格文件中，并 通过sel.xml文件进行表格中文字内容的配置，最终生成自动化测试报告。
[0012]具体的，所述步骤(3)具体包括如下步骤：
[0013] (31)对实际接收信号进行模数转换并送入上层主控制器，利用MathScript节点模 块对时域数字信号进行分析；
[0014] (32)在MathScript节点模块中，首先对时域数字信号进行滤波平滑处理，然后根 据索引倌诜取出对应理论捽收信号的冈间，对冈间内的信号桉以下规则计算判决门限值：
[0015]
[0016]
[0017] 式中：Hig2h LowTh表示标签副载波高于载波电平时的门限值，low2High Th表示 标签副载波低于载波电平时的门限值，W表示标签副载波参考电平，己伊表示载波参考 电平值；
[0018] (33)根据判决门限值，对区间内的时域数字信号进行错位异或处理，将区间内的 时域数字信号转换为基带信号，计算基带信号的占空比和反向链路散射速率；
[0019] (34)基于测试信号、理论接收信号和步骤(33)得到的基带信号进行符合性自动化 测试计算。
[0020] 有益效果:本发明提供的基于虚拟仪器的RFID标签空中接口协议符合性自动化测 试方法，相比较现有技术，具有如下优点：1、本发明适用于各类通信协议标准进行构建软件 架构和硬件架构，具有灵活性和可扩展性;2、本发明提供的自动化测试系统方便操作，人性 化设计测试内容，其中计算协议相关符合性要求所用算法高效准确;3、本发明生成的自动 化测试报告格式统一，便于快速判定标签性能，改进了传统测试繁琐于不便的缺点，大大提 高了测试效率。
【附图说明】
[0021]图1为本发明应用系统的结构框图；
[0022]图2为本发明应用系统的架构图；
[0023]图3为发射机状态机结构框图；
[0024]图4为接收机状态机结构框图；
[0025] 图5为MAC状态机结构框图。
【具体实施方式】
[0026] 下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
[0027] 一种基于虚拟仪器的RFID标签空中接口协议符合性自动化测试方法，对阅读器原 型机和RFID标签间的接口协议进行符合性自动化测试，其中阅读器原型机是基于虚拟仪器 构建的；阅读器原型机主要包括底层FPGA控制设备和上层主控制器，底层FPGA控制设备包 括发射机、接收机和MAC协议控制层，上层主控制器对通信协议交互参数和符合性自动化测 试参数进行设置。
[0028]阅读器原型机的底层硬件基于NI-PXIe模块化硬件平台进行构建，包括主控器 PXIe-8115、上变频器PXIe-5610、下变频器PXIe-5600、基带射频收发器PXIe-5641RVST、平 板天线和PXIe采集传输总线，各个硬件模块通过高速总线连接，并通过同一板载时钟分频 来完成各个模块之间的同步。具体框架图如2所示。
[0029]发射机的底层硬件主要是在通过NI平台的提供的Labview开发环境进行硬件结构 的设计。发射机状态包括：Idle状态、Power Up状态和Frame Pack状态。其中Frame Pack状 态里面分子结构，分别为Preamble、Signal、Tail和Power Off，如图3所示。Idle状态是一个 将发送命令传入FIFO寄存器前的等待状态。Power Up状态是为了能够激发标签内部的磁感 应电路，阅读器需发射一定功率的CW信号状态。Frame Pack状态是在完成前同步序列和有 效组帧信号的发送后持续给卡设备供能的一段CW信号。Frame Pack状态机中又包含三个子 状态，分别为帧头部序列、发送信息和帧结束。Power OfT状态用于一个信号发送的结束延 迟时间。
[0030] 接收机的底层硬件包括6个级联状态，分别为初始化Initpara、载波平均能量计算 CalCW、信号检测RevSig、同步PreambSync、译码Decode和字节存储Binary2Byte状态。其中 最后一个状态结束以后再跳转回初始的状态以等待起始触发信号。详细的流程图如图4所 示。InitPara状态用于同步发射机写入状态。CalCW状态用于计算出CW波的平均能量值，以 设定能量检测的阈值以及解码门限值。RevSig状态将会完成微小标签信号检测的功能，并 行执行自适应能量检测、超时判断、标签信号的定位功能。PreambSync状态下实现同步序列 的检测功能。Decode状态下用于标签编码信息的解码功能。Binary2Byte状态中将比特流转 换为字节流。
[0031] MAC协议控制层，主要实现了命令的组帧、封装、译码信息的解析、拆装解析以及整 个通信过程的协议控制。MAC层状态机主要包含Idle状态、CmdSelect状态、CmdWrite状态、 Wait状态、ErrFound状态和CmdRead状态，如图5所示。Idle状态用于控制命令发送形式，并 且等待用户下一次按下开始键的触发。CmdSelect状态中MAC层会根据标签所处状态来发送 下一条指令。CmdWrite状态实现了 MAC层选择的命令以字节的形式依次写入命令寄存器 CMDFIF0中，并通过CMDFIF0在发射机模块接收命令字节。Wait状态主要用来等待发射机或 者接收机的控制信号，从而决定是否状态跳转。ErrFound状态中实现了链路时序的控制或 者差错控制。CmdRead状态下将会完成标签信息的解码读取，包括16位随机数、唯一 UID识别 码、会话句柄、读标签内存信息及标签状态、安全密码、写标签内存状态。
[0032]最后符合性自动化测试功能的实现主要是在主控器中设计完成的。先根据要测试 的项目配置相关底层发射机接收机参数，使得完整的时序通信链路时域波形数据能够准确 的从底层传输至主控器中。然后对时域波形数据进行滤波处理，计算出平均高电平和低电 平电压值，从而得出高低电平的阈值门限，再根据此阈值门限进行波形逻辑值转化，从而得 到波形上升下降沿的索引值，并根据协议规定的占空比和波形速率进行计算，并最终根据 和协议要求误差范围内的标准值进行判别验证。通过MFCLibraryExcel. dll动态链接库写 如到相关的Excel表格文件中，并通过sel .xml文件进行表格中文字内容的配置，最终完成 自动化测试报告的生成。整个自动化测试过程是在循环嵌套中实现的，可以根据具体的测 试项设置不同的要求，比如循环次数，频点频段，功率增益等等。本系统主要根据标签工作 频率测试、标签解调测试、标签数据编码测试、标签前导码测试、标签频率允差测试、标签链 接时序Tl测试和标签状态机测试几项内容进行设计，如果实际要求别的测试项还可以拓 展。
[0033]整个状态机的工作流程如下：
[0034] (1)发射机：用户点击发送按钮触发Idle状态跳转至Power Up状态。Power Up状态 发送CW波以满足标签的上电要求，一段延时后进入Frame Pack状态。在Frame Pack状态中 先进入Preamble子状态，为发送信号加入帧头信息。然后等待MAC层的信号发送触发信号来 进入Signal子状态，将CMDFIF0中的发送信号进行时域发送。最后进入Tail子状态加入发送 信号的帧尾信息。若会话结束则进入Power OfT状态结束发送，否则继续进入Frame Pack状 态继续发送命令。
[0035] (2)接收机：Init Para状态用于等待发射机发送命令完毕的触发信号，之后进入 CalCW状态。在CalCW状态用于计算CW波的平均能量。之后进入RcvSig状态，进行对于标签返 回信号的自适应检测，用于定位标签信号。若在规定时间内没有检测到标签信号则进行超 时判断。进入PreambSync状态中对标签返回的帧头信息进行解码方式的判断，用以确定解 码方式。进入Decode状态根据上一状态确定的解码方式对标签返回信号进行解码。最后进 入Binary2Byte状态将解码后的比特流数据转换为字节流数据。
[0036] (3)MAC协议控制层：Idle状态根据用户发送命令的触发跳转至Cmd Select状态。 在Cmd Select状态下根据用户选择的命令或者标签所处状态，相应地组成将要发送的时域 信号。在进入Cmd Write状态后，将上一状态组好的发送命令写入到CMDFIF0寄存器中并用 于发射机读取，转入Wait状态。在Wait状态中根据接收机的解码状态是否完成进行跳转，若 收到超时触发信号或者解码错误信号则转入Err Found状态，否则转入Cmd Read状态。在 Cmd Read状态中对接收机传过来的字节流信号进一步翻译，从而可知标签所处通信状态。 最后继续循环进入Cmd Select状态维持整个协议控制层的运行。
[0037] 该方法包括以下步骤：
[0038] (1)阅读器原型机根据接口协议设计发射机、接收机和MAC协议控制层，实现阅读 器原型机和RFID标签间的正常通信；
[0039] (2)根据符合性测试要求对通信协议交互参数和符合性自动化测试参数进行设 置；
[0040] (3)通过发射机向RFID标签发送测试信号，通过RFID标签向接收机反馈信号，将接 收机的接收信号称为实际接收信号，基于测试信号、理论接收信号和实际接收信号进行符 合性自动化测试计算，包括标签工作频率测试、标签解调测试、标签数据编码测试、标签前 导码测试、标签频率允差测试、标签链接时序Tl测试和标签状态机测试;具体包括如下步 骤：
[0041] (31)对实际接收信号进行模数转换并送入上层主控制器，利用MathScript节点模 块对时域数字信号进行分析；
[0042] (32)在MathScript节点模块中，首先对时域数字信号进行滤波平滑处理，然后根
据索引倌诜取出对府理论梓收信号的反间，对反间内的信号按以下规则计算判决门限值：
[0043]
[0044]
[0045] 式中：Hig2h LowTh表示标签副载波高于载波电平时的门限值，Low2HighThresh表 示标签副载波低于载波电平时的门限值，表示标签副载波参考电平，石爾表示载波参 考电平值；
[0046] (33)根据判决门限值，对区间内的时域数字信号进行错位异或处理，将区间内的 时域数字信号转换为基带信号，计算基带信号的占空比和反向链路散射速率；
[0047] (34)基于测试信号、理论接收信号和步骤(33)得到的基带信号进行符合性自动化 测试计算；
[0048] (4)计算结果通过MFCLibraryExcel.dll动态链接库写入到Excel表格文件中，并 通过sel.xml文件进行表格中文字内容的配置，最终生成自动化测试报告。
[0049] 测试报告应根据每项测试案例的通信参数以及测试判定给出，通过条件为当信号 分析仪被触发意味着标签在测试频率下能够工作，以及占空比满足45%~55%区间之内的 数值，以及计算的返回信号链路速率与协议对应值得误差比不超过2%。
[0050] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人 员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应 视为本发明的保护范围。
【主权项】
1. 一种基于虚拟仪器的RFID标签空中接口协议符合性自动化测试方法，其特征在于： 对阅读器原型机和RFID标签间的接口协议进行符合性自动化测试，其中阅读器原型机是基 于虚拟仪器构建的；阅读器原型机主要包括底层FPGA控制设备和上层主控制器，底层FPGA 控制设备包括发射机、接收机和MAC协议控制层，上层主控制器对通信协议交互参数和符合 性自动化测试参数进行设置;该方法包括W下步骤： (1) 阅读器原型机根据接口协议设计发射机、接收机和MAC协议控制层，实现阅读器原 型机和RFID标签间的正常通信； (2) 根据符合性测试要求对通信协议交互参数和符合性自动化测试参数进行设置； (3) 通过发射机向RFID标签发送测试信号，通过RFID标签向接收机反馈信号，将接收机 的接收信号称为实际接收信号，基于测试信号、理论接收信号和实际接收信号进行符合性 自动化测试计算，包括标签工作频率测试、标签解调测试、标签数据编码测试、标签前导码 测试、标签频率允差测试、标签链接时序T1测试和标签状态机测试； (4) 计算结果通过MF化ibra巧Excel .dll动态链接库写入到Excel表格文件中，并通过 sel.xml文件进行表格中文字内容的配置，最终生成自动化测试报告。2. 根据权利要求1所述的基于虚拟仪器的RFID标签空中接口协议符合性自动化测试方 法，其特征在于:所述步骤(3)具体包括如下步骤： (31) 对实际接收信号进行模数转换并送入上层主控制器，利用MathScript节点模块对 时域数字信号进行分析； (32) 在MathScript节点模块中，首先对时域数字信号进行滤波平滑处理，然后根据索 引值选取出对应理论接收信号的区间，对区间内的信号按W下规则计算判决口限值：式中：Hig化Low化表示标签副载波高于载波电平时的口限值，Low2HighThresh表示标 签副载波低于载波电平时的口限值，忘為表示标签副载波参考电平，若承表示载波参考电 平值； (33) 根据判决口限值，对区间内的时域数字信号进行错位异或处理，将区间内的时域 数字信号转换为基带信号，计算基带信号的占空比和反向链路散射速率； (34) 基于测试信号、理论接收信号和步骤(33)得到的基带信号进行符合性自动化测试 计算。
【文档编号】G06K7/00GK105844190SQ201610159351
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年3月18日
【发明人】裴文江, 张逊, 王开, 夏亦犁
【申请人】东南大学