基于MTK平臺的RFID射頻手持設(shè)備的設(shè)計

李正鵬，羅倩倩

(襄樊學(xué)院 物理與電子工程學(xué)院，湖北 襄樊 441053)

基于MTK平臺的RFID射頻手持設(shè)備的設(shè)計

李正鵬，羅倩倩

(襄樊學(xué)院 物理與電子工程學(xué)院，湖北 襄樊 441053)

提出一種基于MTK手機平臺的RFID射頻手持設(shè)備的設(shè)計方案. 系統(tǒng)以MTK手機平臺為主體，外部擴展RFID射頻模塊，MTK手機平臺以MT6255為核心處理單元；RFID模塊采用STC89LE516RD作為獨立CPU控制，使用MF RC500對射頻卡進行讀寫，通過UART接口將數(shù)據(jù)送入MTK平臺處理. 本方案采用外部擴展模塊的設(shè)計思想，對RFID模塊電路及其接口進行了硬件電路設(shè)計，對RFID模塊和MTK手機平臺進行了程序設(shè)計，可以完成對射頻卡的讀寫，可對射頻卡上的數(shù)據(jù)進行重置、加減等處理，具有一定的應(yīng)用價值.

MT6225; MF RC500; STC89LE516RD+; RFID

RFID射頻讀寫器在運輸、零售、金融、醫(yī)療等行業(yè)已得到了廣泛的應(yīng)用. 在RFID系統(tǒng)中，RFID射頻讀寫器將通過識別電子標(biāo)簽采集的信息傳送后臺主機處理. 目前，大部分 RFID射頻讀寫器都是以臺式機器形式出現(xiàn)，通過數(shù)據(jù)線直接與主機相連，用戶辦理相關(guān)業(yè)務(wù)需到固定點辦理，非常不便. 為了解決在線式的RFID射頻讀寫器不能移動的限制，本文設(shè)計了一款基于MTK手機平臺的RFID射頻手持設(shè)備，設(shè)備可以通過GPRS無線傳輸技術(shù)隨時隨地地將信息傳送到遠(yuǎn)端主機.

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計

整個終端系統(tǒng)由MTK手機平臺和RFID模塊兩大部分組成. MTK手機平臺采用臺灣聯(lián)發(fā)科公司提供的一整套手機系列芯片，以低成本的 MT6225作為基帶處理器，作為上位機主控平臺，其硬件電路由多個模塊組成：MT6225最小系統(tǒng)、射頻處理模塊、音頻處理模塊、觸摸屏控制模塊、背光驅(qū)動模塊、TFT液晶屏驅(qū)動模塊、按鍵電路模塊、電源管理模塊、SIM卡接口、存儲器模塊、T-Flash卡接口和USB接口. RFID射頻模塊采用宏晶公司的8051單片機STC89LE516RD+作為主控芯片，其硬件電路由3個模塊組成：STC89LE516RD最小系統(tǒng)、MF RC500射頻讀寫電路和電源管理模塊. MTK手機平臺和 RFID外部擴展模塊之間采用URAT接口連接，電源獨立控制，避免影響各自的穩(wěn)定性. 整機系統(tǒng)框圖如圖1所示.

2 MT6225手機平臺

圖1 整機系統(tǒng)框圖

2.1 MT6225簡介

由于聯(lián)發(fā)科技(MTK)等上游芯片廠商創(chuàng)新性的Turnkey Solution模式(將芯片與手機開發(fā)所需的軟件平臺乃至第三方軟件捆綁銷售)提供了較健全的多媒體平臺解決方案[1]，使得手機開發(fā)周期縮短，開發(fā)難度降低. MT6225是MTK在2006年推出的一個高度集成的GSM/GPRS基帶信號處理器，采用雙處理器結(jié)構(gòu)：主處理器是ARM7EJ-S，提供整機的主要控制功能；另一個處理器是數(shù)字信號處理器(DSP)，用于處理信道編譯碼、語音的壓縮與擴展. MT6225采用246-Ball的TFBGA封裝，內(nèi)部集成了非常豐富固定的接口. 設(shè)計中用到的接口有存儲器接口、SIM卡接口、鍵盤掃描器、UART、LCD接口、基帶前端、音頻前端、射頻控制、電源管理[2].

2.2 存儲器模塊設(shè)計

存儲器模塊采用一片東芝TV0057A002存儲芯片和一片三星K9F1G08U0A存儲芯片，TV0057A002采用PSRAM+NorFlash+NandFlash ST-MCP存儲結(jié)構(gòu)，具有4MByte的PSRAM和16MByte的NorFlash，PSRAM作為ARM7和DSP執(zhí)行運算時的數(shù)據(jù)緩存，NorFlash用來存放Nucleus-RTOS、MMI系統(tǒng)代碼和相關(guān)數(shù)據(jù). K9F1G08U0A是一片128MByte的NandFlash，用來存放文件和JAVA應(yīng)用程序. MT6225有26位地址線EA[25:0]，16位數(shù)據(jù)線ED[15:0]，并提供多個控制信號引腳，可與存儲芯片直接相連.

2.3 射頻模塊設(shè)計

一般手機設(shè)計的難點是射頻電路，但MTK提供了與MT6225基帶信號處理器相配套的射頻處理器，使設(shè)計容易很多. 射頻模塊電路采用三片集成芯片，即 MTK的射頻處理器 MT6139、瑞薩的集成功放PF08155B和天線開關(guān)芯片 HWXR1075，與 MT6225的基帶前端單元接口相連. 圖 2為三片集成芯片和MT6225的連接電路圖，芯片之間為了達到最佳的信號傳輸，連接時使用電阻匹配網(wǎng)絡(luò)和一些分離元器件.另外，為了防止電源干擾芯片內(nèi)部單元電路，在電源接地設(shè)計中必須加上IC去耦電容.

圖2 射頻模塊簡化電路

2.4 其他模塊設(shè)計

音頻模塊電路直接利用MT6225音頻前端單元的外接端口，按鍵電路利用MT6225的鍵盤掃描器，SIM卡電路利用MT6225提供的專用智能卡( SIM) 接口，MT6225集成了一個多功能的液晶顯示控制器，該控制器支持多種類型的LCD模組，設(shè)計采用了一2.8英寸65536色240×320像素(QVGA)TFT彩色觸摸屏，觸摸屏控制模塊采用MTK提供的觸摸控制芯片MT6301. 電源管理模塊電路采用MTK的GSM手機專用電源與充電控制芯片MT6318，它提供LDO電壓調(diào)節(jié)器、高效率的直流變換電路、開機復(fù)位和啟動定時器、電池充電電路、過熱保護、欠壓保護等[1]，MT6318與手機平臺的各個芯片的電源引腳直接相連，不需許多外部器件，有利于減小手機體積，降低整機功耗. 對于USB接口、T-Flash接口、程序下載接口和其它接口，MT6225提供了相應(yīng)的單元接口，只需少量的分離元器件，就可引出.

3 RFID擴展模塊設(shè)計

3.1 相關(guān)芯片簡介

RFID擴展模塊電路包括微處理器STC89LE516RD、MF R500、電源管理和天線電路. 其中，MF R500是整個模塊的核心，它將完成讀寫射頻卡的所有必需功能，包括RF信號的產(chǎn)生、調(diào)制、解調(diào)、安全認(rèn)證和防碰撞等. MF R500是Philips生產(chǎn)的RFID芯片，支持ISO14443所有的層，便于系統(tǒng)開發(fā)[3]； STC89LE516RD+是宏晶公司生產(chǎn)的一款LQFP44小型封裝超低功耗的C51芯片，它通過對MF R500的內(nèi)部寄存器的讀寫來控制MF R500. MF RC500實際上是MCU與射頻卡之間進行信息交換的媒介. 任何射頻卡上數(shù)據(jù)讀寫均須通過MF RCS00來傳遞. 傳送不同類型的指令給MF RC500，就能實現(xiàn)對MF RC500的控制.

3.2 MF R500電路設(shè)計

RFID射頻讀寫器硬件電路原理如圖3所示. 為了驅(qū)動天線，MF RC500通過 TX1和 TX2提供13.56MHz的能量載波. 根據(jù)寄存器的設(shè)定對數(shù)據(jù)進行調(diào)制得到已調(diào)信號. 射頻卡采用RF場的負(fù)載調(diào)制進行響應(yīng). 天線拾取的信號經(jīng)過天線匹配電路送到 RX腳. MF RC500內(nèi)部接收器對信號進行檢測和解調(diào)并根據(jù)寄存器的設(shè)定進行處理，然后數(shù)據(jù)傳輸?shù)讲⑿薪涌谟?STC89LE516RD進行讀取. 使用內(nèi)部電路產(chǎn)生的VMID電壓作為RX引腳的輸人電壓. 為了提供穩(wěn)定的參考電壓，在VMID引腳與地之間應(yīng)接入一個電容，在引腳VMID與RX之間需接入一個分壓電阻. 另外，在天線與分壓電阻之間加入一系列電容也會提高電路的性能[4].

圖3 MF R500電路圖

圖4 STC89LE516RD電路原理圖

3.3 STC89LE516RD+電路設(shè)計

STC89LE516RD+[5]數(shù)據(jù)端口P0口和MF RC500射頻模塊的D0-D7數(shù)據(jù)端口直接相接進行數(shù)據(jù)傳送，中斷INT0端口與MF RC500的IRQ端口連接，即單片機利用MF RC500提供的中斷信息對其進行控制. MT6225基帶芯片提供了3個UART單元，它提供基帶芯片與外部設(shè)備進行全雙工串行通信的通道，采用第二個UART端口UTXD2(H14引腳)和URXD2(H15引腳)與單片機的RXD和TXD相連進行數(shù)據(jù)通信，另外采用MT6225提供的外部中斷EINT4(T3引腳)與單片機的INT1端口相連，這樣可實現(xiàn)中斷查詢的功能STC89LE516RD電路原理圖如圖4所示.

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計

4.1 MTK平臺軟件設(shè)計

MTK使用Nucleus實時操作系統(tǒng)，整個軟件系統(tǒng)包括Nucleus操作系統(tǒng)、平臺設(shè)備驅(qū)動、協(xié)議棧、文件系統(tǒng)、WGUI、MMI、J2ME等[6]. MTK手機平臺上的程序開發(fā)基于J2ME軟件平臺、采用JAVA語言[7]. 首先系統(tǒng)進行初始化，設(shè)置串口參數(shù)；然后進入主菜單，顯示4個功能操作：開戶、充值、刷卡消費、卡號余額查詢；交易操作通過自定義的命令集來完成. 當(dāng)用戶進入刷卡消費功能，通過串口向RFID模塊發(fā)送刷卡消費命令，然后處于中斷信號等待狀態(tài)，當(dāng)有卡貼進，RFID模塊向MTK平臺發(fā)送中斷請求，MTK平臺進入中斷處理程序，解析RFID模塊發(fā)送過來的數(shù)據(jù)，提取卡中余額數(shù)據(jù). 圖5為刷卡消費正常交易流程圖.

4.2 RFID模塊程序設(shè)計

RFID模塊的程序開發(fā)基于Keil C51開發(fā)環(huán)境采用C語言和匯編結(jié)合的方式. RFID模塊利用MF RC500進行一個簡單的讀寫卡過程包括：詢卡、讀寫卡、停卡，這一系列操作必須順序進行[8].

1) 詢卡過程 當(dāng)一張射頻卡處在RFID模塊的天線工作范圍之內(nèi)時，MCU將通過MF RC500發(fā)送一個詢卡請求，詢卡請求有兩種，一種是request all，這指令是非連續(xù)性的讀卡指令，只讀一次；另一種是request std，這是連續(xù)性的讀卡指令. 當(dāng)卡片收到該指令后，卡片內(nèi)的ATR將啟動.并將卡片的Block0中的卡片類型(TagType)號共2個字節(jié)傳送給RFID模塊，從而建立卡片與RFID模塊的第一步通信聯(lián)絡(luò).完成詢卡過程[9].

2) 讀寫卡 讀寫操作是對卡的各種操作，包括讀(Read)、寫(Write)、增值(Increment)、減值(Decrement)、存儲(Restore)和傳送(Transfer)等操作[10].

3) ?？?當(dāng)一系列的操作完成后，MCU發(fā)送一個?？罱o卡片，使其退出工作.

圖5 刷卡消費正常交易流程圖

圖6 RFID模塊主程序流程圖

5 結(jié)語

目前，很多手機生產(chǎn)廠商都采用MTK手機平臺，原因是MTK平臺使得手機開發(fā)變得非常容易，開發(fā)周期縮短，成本比較低. 本文提出的基于MTK平臺的RFID手持設(shè)備的設(shè)計方案，實際上是將MTK手機通過電路模塊擴展變成了企業(yè)級手持設(shè)備，使手機具備了新的功能. 此解決方案對從事相關(guān)電子產(chǎn)品的研發(fā)具有一定的參考價值.

[1] 張興偉. MTK芯片組手機電路原理與維修[M]. 北京: 電子工業(yè)出版社, 2008.

[2] 林在添. 最新手機芯片資料手冊[M]. 北京: 電子工業(yè)出版社, 2008.

[3] 游戰(zhàn)清, 李蘇劍, 張益強, 等. 無線射頻識別技術(shù)(RFID)理論與應(yīng)用[M]. 北京: 電子工業(yè)出版社, 2004.

[4] 南忠良, 盧修竹, 王義忠, 等. 基于MF RC500的RFID射頻讀寫器設(shè)計[J]. 自動化儀表, 2007, 28(9):21-24.

[5] 劉煥成. 工程背景下的單片機原理及系統(tǒng)設(shè)計[M]. 北京: 電子工業(yè)出版社, 2008.

[6] 和凌志, 郭世平. 手機軟件平臺架構(gòu)解析[M]. 北京: 電子工業(yè)出版社, 2009.

[7] 陸昌輝. J2ME應(yīng)用開發(fā)詳解[M]. 北京: 電子工業(yè)出版社, 2009.

[8] 張 挺, 熊 璋, 王劍昆, 等. 一個面向低功耗設(shè)計的RFID系統(tǒng)研究與實現(xiàn)[J]. 小型微型計算機系統(tǒng), 2006, 27(11): 2090-2093.

[9] 康 東, 石喜勤, 李勇鵬. 射頻識別(RFID)核心技術(shù)與典型應(yīng)用開發(fā)案例[M]. 北京: 人民郵電出版社, 2008.

[10] 單承贛, 單玉峰, 姚 磊, 等. 射頻識別(RFID)原理與應(yīng)用[M]. 北京: 電子工業(yè)出版社, 2008.

（責(zé)任編輯：饒 超）

Design of RFID Portable Device Based on MTK Platform

LI Zheng-peng, LUO Qian-qian
(Physics and Electronics Information Technology Department, Xiangfan University, Xiangfan 441053, China)

A design scheme of RFID portable device based on MTK platform is proposed; The main subject of this system is MTK platform, the external expansion of it is RFID RF module, MTK mobile platform’s core processing unit is MT6255; RFID module adopts STC89LE516RD as the independent CPU controller, using the MF RC500 to read and write the RF card, then through the UART interface sends the data to MTK platform, at last it adopts the GPRS technology to transmit the data accurate and reliable to the remote host computer.

MT6225；MF RC500；STC89LE516RD+；RFID

TN803

A

1009-2854(2010)02-0042-04

2009-11-04

李正鵬(1983— ), 男, 湖北宜城人, 襄樊學(xué)院物理與電子工程學(xué)院助教.