基于MF RC632的專(zhuān)用讀卡器軟件系統設計
文章出處：http://psychicreadingswithdeb.com 作者：于興晗 李正熙 李君 沈保鎖 人氣： 發(fā)表時(shí)間：2011年10月23日
引 言
隨著(zhù)北京市政交通一卡通工程和門(mén)禁系統的普及，射頻技術(shù)在消費電子、通信設備、工業(yè)控制等領(lǐng)域也取得了飛速的發(fā)展。因此在硬件設備大部分相同的情況下，軟件系統就成了該設備性能好壞的關(guān)鍵。本文主要介紹一款專(zhuān)用射頻讀卡器的軟件系統的設計及實(shí)現。
1 系統概述
本系統主要作為一種專(zhuān)用的訓練器材。除具備通用的Mifare卡的讀寫(xiě)器功能外，還可作為一種專(zhuān)用的訓練評估工具。例如將該設備安裝在跑道的周?chē)?，并將MifareOne卡安裝在測試者的鞋上，每個(gè)訓練者都有自己的ID號。當他從起跑線(xiàn)起跑時(shí)，安裝在起跑線(xiàn)的專(zhuān)用讀卡器就會(huì )將自己的設備ID號和當時(shí)的時(shí)間寫(xiě)入測試者的MifareOne卡中；當經(jīng)過(guò)下一個(gè)基站時(shí)讀卡器會(huì )將自己的設備ID和當時(shí)的時(shí)間寫(xiě)入測試者的Mirare One卡中，同時(shí)會(huì )將測試者的ID號、姓名等個(gè)人信息(包括經(jīng)過(guò)上個(gè)測試基站時(shí)間)都讀進(jìn)設備中保存。由于Mifare One卡共有16個(gè)扇區，每個(gè)扇區又分為4塊、每塊又有16個(gè)字節。除了系統使用的外，用戶(hù)還可以使用的有48×16字節。而通過(guò)Mifare One卡存儲的數據均不大，只占用一塊存儲區。換句話(huà)說(shuō)，Mifare One卡的數據存儲區可以存儲48次，當超過(guò)48次時(shí)就從前面覆蓋數據。所以，在Mifare one卡中存儲的永遠是最近48個(gè)基站的信息。訓練結束后，就可以通過(guò)主站將各個(gè)基站的數據收集起來(lái)以評估測試者的信息。而主站和基站之間通信可以采用的方式也是多樣的。當主站和基站的距離比較近時(shí)，可以采用RS232、RS485，為提高通信質(zhì)量也可以采用工業(yè)總線(xiàn)的方式，如CAN總線(xiàn)、I2C總線(xiàn)或One Wire總線(xiàn)等。當距離比較遠時(shí)，也可采用無(wú)線(xiàn)通信的方式，如GSM等。除此之外，各個(gè)基站還可以通過(guò)打印機將數據輸出。
2 系統硬件框圖及工作原理
系統硬件框圖如圖1所示。主板上電后，讀取存儲器中的系統設置，然后根據其中的設置初始化整個(gè)系統，包括本設備的ID號、主站、從站、開(kāi)機時(shí)間、關(guān)機時(shí)間、數據的存儲方式等。
3 系統的軟件結構及特點(diǎn)
整個(gè)系統的軟件結構框圖如圖2所示。
整個(gè)系統主要是由核心控制單元P89LPC932、與Mifare One卡通信的MFRC632、與PC機通信的RS232、提供時(shí)間基準的實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片PCF8563和存儲系統設置數據的存儲器AT45DB021等。因此針對本系統整個(gè)軟件系統的開(kāi)發(fā)也主要分為系統啟動(dòng)、硬件驅動(dòng)、任務(wù)調度等。
4 系統軟件設計及實(shí)現
4.1 啟動(dòng)代碼
在本系統中，主要指在系統剛一上電后先將所有的外圍電路和CPU本身初始化成靜止狀態(tài)，然后根據系統的要求將所有的外圍電路和CPU本身進(jìn)行初始化設置。設置完畢后再將CPU的中斷源打開(kāi)。在本系統中，系統一上電首先執行Init_System()函數。部分代碼如下：
程序執行完Init_System()函數后執行RcChipReady函數。此函數的功能是初始化MF RC630芯片。
4.2 硬件驅動(dòng)
4.2.1 PCF8563驅動(dòng)
由于本芯片是一款標準的I2C總線(xiàn)設備，所以硬件驅動(dòng)實(shí)際上就是標準的I2C總線(xiàn)控制。由于篇幅有限，這里就不介紹了。
4.2.2 MF RC632驅動(dòng)
MF RC632是MF RC500芯片的升級產(chǎn)品，所以MFRC630的大部分寄存器與MF、RC500均相同，它們對Mifare One卡的操作流程也基本相同。下面介紹對Mifare One卡的操作流程。
(1)Mifare One卡的操作流程
整個(gè)系統的工作由對Mifare卡操作和系統后臺處理兩大部分組成。由于篇幅有限，本文只對Mifare卡的操作流程進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹。Mifare One卡的操作可以分為以下幾項：
?、購臀徽埱?。當一張Mifare卡片處在卡片讀寫(xiě)器天線(xiàn)的工作范圍之內時(shí)，程序員控制讀寫(xiě)器便向卡片發(fā)出REQUEST all(或REQUEST std)命令?？ㄆ腁TR將啟動(dòng)，將卡片Block 0中的卡片類(lèi)型(TagType)號共2個(gè)字節傳送給讀寫(xiě)器，建立卡片與讀寫(xiě)器的第一步通信聯(lián)絡(luò )。如果不進(jìn)行“得位請求”操作，讀寫(xiě)器對卡片的其他操作將不會(huì )進(jìn)行。
?、诜磁鲎膊僮?。如果有多張Mifare卡片處在卡片讀寫(xiě)器天線(xiàn)的工作范圍之內，PCD將首先與每一張卡片進(jìn)行通信，取得每一張卡片的序列號。由于每一張Mifare卡片都具有其唯一的序列號，決不會(huì )相同，因此PCD根據卡片的序列號來(lái)保證一次只對一張卡操作。該操作PCD得到PICC的返回值為卡的序列號。
?、劭ㄟx擇操作。完成了上述2個(gè)步驟之后，PCD必須對卡片進(jìn)行選擇操作。執行操作后，返回卡上的SIZE字節。
?、苷J證操作。經(jīng)過(guò)上述3個(gè)步驟，在確認已經(jīng)選擇了一張卡片時(shí)，PCD在對卡進(jìn)行讀／寫(xiě)操作之前，必須對卡片上已經(jīng)設置的密碼進(jìn)行認證。如果匹配，才允許進(jìn)一步的讀／寫(xiě)操作。
?、葑x／寫(xiě)操作。對卡的最后操作是讀、寫(xiě)、增值、減值、存儲和傳送等操作。
(2)MF RC500軟件開(kāi)發(fā)包移植
在本系統中，主要是將標準的MF RC500軟件開(kāi)發(fā)包進(jìn)行移植來(lái)完成MF RC632驅動(dòng)的編寫(xiě)。在本系統中使用的是SPI總線(xiàn)，所以只要將MF RC500標準軟件開(kāi)發(fā)包中對寄存器讀／寫(xiě)的函數改成SPI總線(xiàn)的讀／寫(xiě)函數即可。在本系統中主要是增加了SpiSendByte()和SpiReByte()函數，同時(shí)修改了 ReadRawRc(uchar Address)和WriteR-awRc(uchar Address，uchar value)函數。部分代碼如下：
4.2.3存儲器驅動(dòng)
在本系統中主要是指AT45DB021的驅動(dòng)。因為AT45DB021也是標準的I2C總線(xiàn)設備，所以硬件驅動(dòng)實(shí)際上就足標準的I2C總線(xiàn)控制。由于篇幅有限，這里就不介紹了。
4.2.4其他電路驅動(dòng)
其他電路驅動(dòng)在本系統中主要是指一些硬件電路電源的控制，為降低功耗所有的外圍電路都通過(guò)一個(gè)三級管來(lái)控制。所有三級管的基極均與CPU的I／O口相連，這樣通過(guò)CPU的I／O口即可控制所有外圍電路的電源。
4.3 任務(wù)調度
為提高CPU的工作效率和系統任務(wù)的處理速度，本系統使用分時(shí)處理流程。代碼如下：
4.4 可靠性對策
由于本系統是一臺標準的射頻讀卡器設備，所以在系統軟件開(kāi)發(fā)上為降低二次開(kāi)發(fā)的難度，增強任務(wù)處理能力。在系統的任務(wù)調度上采用了比較流行的分時(shí)處理流程，這樣只要所加的任務(wù)處理時(shí)間小于任務(wù)輪詢(xún)的時(shí)間均可采用此種方式。同時(shí)為增加Mare I卡的使用壽命，在對Mare I卡的內存進(jìn)行讀寫(xiě)時(shí)采用平均讀寫(xiě)的方式，即從長(cháng)時(shí)間讀寫(xiě)來(lái)看，Mare I卡的每塊存儲區所得到的讀寫(xiě)次數相同，避免了由于單塊存儲區讀寫(xiě)次數太多而損壞。
5 結 論
經(jīng)過(guò)調試，由本系統軟件所開(kāi)發(fā)出的讀寫(xiě)器具有 高性能、高穩定性和強兼容性。典型的讀寫(xiě)距離為11 cm，在有效讀寫(xiě)區域內無(wú)死區，讀寫(xiě)操作可靠。在桌面工作環(huán)境中，卡片在有效感應區域內連續讀寫(xiě)出錯率低于0.01％。其兼容性表現在不僅能夠讀取標準的卡片，對于偏離標準很多的卡片也能夠進(jìn)行讀取。
