終端機在無線物流中的設計與應用

【摘 要】本文提出一種基于ARM920T內核的ARM9芯片S3C2440的無線物流終端機方案。系統充分利用S3C2440的片內資源，通過串行通信方式擴展各個應用模塊，包括RFID讀寫器、GPS、GPRS/CDMA等。軟件采用嵌入式Linux操作系統作為系統軟件。該終端機實用、方便、快捷，解決了傳統的有線連接和數據要在遠端處理的不足。

【關鍵詞】終端機；無線物流

1.項目背景及系統設計原理

傳統的RFID讀寫器必須通過串口或者網絡接口用外部電纜的方式與PC機進行互聯，由PC機進行讀寫器的配置、管理以及信息處理，而且相對于單一的有線通信方式也常常受到現場環(huán)境的限制。因此，設計出數據采集與信息處理一體化；同時支持多種不同的數據通信方式——有線和無線通信的新型物流讀寫器。此設計方案完全突破了原有讀寫器的種種瓶頸，采用通過內部設計的模塊化，可以完全根據應用現場需求進行配置。

該方案具有一臺能夠識別遵循13.56MHz和902~928MHz頻段的EPC標準標簽的雙頻RFID讀寫器。它的硬件體系是一個信息處理平臺通過擴展子板上的擴展口外接多個RFID讀寫模塊與無線通信模塊。眾多模塊均以串行通信的方式進行數據傳輸。

讀寫器由4個部分組成，其中每個部分又劃分為小的模塊：

1)RFID讀寫模塊。讀寫器所支持的頻段包括13.56MHz和915MHz。

2)通信模塊。讀寫器可以同時支持Internet網絡接口，GPRS，CDMA等多種不同的通信模式，同時也可以對通信模塊進行功能定制。

3)電源模塊。

4)信息處理平臺。為了充分利用現有的軟硬件資源及開發(fā)經驗，以三星公司的ARM芯片S3C2440A作為處理器設計系統。

2.系統硬件設計

處理器采用韓國三星公司的16/32位RISC處理器S3C2440。該處理器采用0.13μmCMOS工藝，低功耗、高性能、低成本、使用方便。主要應用于手持產品設備領域。S3C2440處理器采用ARM公司設計的ARM920T內核，該內核采用哈佛結構，內部有獨立的數據總線和代碼總線，有分離的數據Cache和代碼Cache，支持MMU，IP核內部各部件之間使用AMBA總線。主頻處理速度可達到400MHz，完全可以滿足設計的需要。

硬件系統用S3C2440構成核心電路系統。芯片采用RISC結構，除具有一般嵌入式芯片所具有的總線，SDRAM控制器以外，還具有非常豐富的擴展功能接口。內部集成了TFT/STN LCD和觸摸屏控制器、USB Slave、USB Host、IrDA紅外接口、SD/MMC存儲卡接口等大量的功能模塊。

通過S3C2440構建核心板，結構框圖如圖1所示。

核心板上除了包括CPU運行的基本的SDRAM、Flash、復位電路和晶振外，還增加了JTAG調試接口。圖2是整個系統的結構框圖。

S3C2440采用1.2V的工作電壓，功耗很低，能滿足便攜產片對低功耗的要求。同時電源管理模塊給系統提供多重電壓，包括芯片內核電壓采用1.8V供電，芯片的I/O部分采用3.3V供電，而片外的一些常規(guī)集成電路采用5V供電。智能電源管理模塊很好的解決了對系統各個部分供電要求的不同，降低了功耗，減少了不同電源之間的干擾噪聲，提高了系統的穩(wěn)定性和集成度。

處理器采用S3C2440，芯片內部集成一個LCD控制器和AD轉換接口，可實現TFT觸摸液晶屏接口；還集成USB控制器，一個主控制器，一個從控制器。主控制器可用USB HUB芯片GL850A擴展為多個，提供給多個設備使用。RFID讀寫模塊均采用串行通信方式和S3C2440進行通信；GPS模塊采用美國GARMIN公司的模塊，和S3C2440之間采用232串口通信；GPRS/CDMA模塊采用德國PHILIPS公司的模塊，和S3C2440之間的通信采用USB通信。這樣終端就具有了有線和無線兩種網絡連接方式。

S3C2440系統本身沒有大容量存儲器，設計為系統增加一個CF卡作為存儲程序和數據的第二硬盤，接口電路如圖3所示。

CF卡有3種工作模式：memory方式、I/O方式以及True IDE方式。這里選擇的是True IDE方式。

3.軟件設計

采用μClinux操作系統作為系統軟件。μClinux操作系統高效穩(wěn)定，提供了完成嵌入功能的基本內核，能夠處理嵌入式任務和用戶界面，更由于其開發(fā)源碼，定制方便以及易于移植，可廣泛應用于各種嵌入式系統中。軟件系統總流程圖如圖3所示。

軟件包括引導加載程序、操作系統和用戶應用程序。引導加載程序Boot Loader使系統加電后運行的第一段代碼，通過這段代碼可以初始化硬件設備，建立內存空間的映射圖，從而將系統的軟硬件環(huán)境帶到一個合適的狀態(tài)，以便為最終調用操作系統內核或用戶應用程序做好準備。初始化完成后各個功能模塊均處于等待狀態(tài)，可通過觸摸屏按鍵啟動各個功能模塊，實現用戶需求。μClinux操作系統支持多線程任務同時執(zhí)行，所以可以同時運行多各功能模塊。

RFID的讀寫是本設計的核心功能，所以這里將讀取RFID數據程序流程單獨列出。讀取RFID的程序流程圖如圖4所示。程序啟動完成后可以通過觸摸屏選擇開始讀取RFID數據。啟動讀取RFID后，設備處于等待狀態(tài)，直到讀到數據。處理器將讀取的數據在后臺進行處理。處理完成后返回，等待下一次數據讀入。數據讀取結束，可通過退出鍵退出讀取RFID數據功能，返回待機界面。

4.總結

基于ARM9內核的處理器S3C2440，以其片上資源豐富、處理能力強、功耗低性價比高等優(yōu)點而成為眾多嵌入式平臺的首選。此設計方案基于S3C2440為核心，突破了以往傳統的設計方式和理念，采用數據采集與處理一體化的設計思想。產品便于攜帶，操作方便，具有多種外部接口，且升級方便。

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作者簡介：王磊，男，現就讀于西安外事學院工學院電子信息工程專業(yè)。