STM32的超高頻國標(biāo)讀寫器空口協(xié)議實現(xiàn)方法

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(天津科暢慧通信息技術(shù)有限公司 研發(fā)部，天津 300300)

引 言

超高頻讀寫器編碼解碼處理使用FPGA[3]較多，反向可以多路并行濾波并解碼，但成本高，硬件設(shè)計占用面積大，單板面積固定的情況下不容易擴展接口。由于STM32芯片成本、功耗、接口擴展都有優(yōu)勢，但對協(xié)議時序邏輯處理比較難[2]。因而本文提出了基于STM32的讀寫器物理層編解碼方法，并加以實現(xiàn)。

1 基本原理

RFID GB/T 29768協(xié)議規(guī)定讀寫器使用TPP對物理層數(shù)據(jù)進行編碼，使用DSB-ASK或者SSB-ASK方式調(diào)制射頻載波，向一個或者多個標(biāo)簽發(fā)送命令。命令發(fā)送后，讀寫器繼續(xù)發(fā)送未經(jīng)調(diào)制的射頻載波，并監(jiān)聽來自標(biāo)簽的響應(yīng)數(shù)據(jù)包[1]。標(biāo)簽從讀寫器發(fā)送的射頻載波中獲得工作能量，使用FM0對物理層數(shù)據(jù)進行編碼[5]，反向散射調(diào)制射頻載波的幅度和(或)相位。

本文使用STM32F205的TIMER和DMA進行TPP編碼，通過DAC控制射頻開關(guān)實現(xiàn)調(diào)制。電子標(biāo)簽接收到命令后反向散射載波應(yīng)答，經(jīng)過射頻模塊的天線接收后被解調(diào)電路還原成FM0波形。構(gòu)造FM0解碼算法，使用STM32的TIMER對FM0時序序列進行上升沿和下降沿捕獲，捕獲到的時間間隔脈寬通過DMA實時存儲，進而解調(diào)出標(biāo)簽數(shù)據(jù)。系統(tǒng)的硬件框圖[4]如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)硬件框圖

2 物理層編解碼

2.1 前向鏈路編碼

圖2 TPP符號

讀寫器使用如圖2所示的TPP對物理層數(shù)據(jù)進行編碼。圖中，符號00的持續(xù)時間為2Tc，符號01的持續(xù)時間為3Tc，符號11的持續(xù)時間為4Tc，符號10的持續(xù)時間為5Tc，Tc可以取6.25 μs或者12.5 μs，實現(xiàn)設(shè)計中Tc取12.5 μs，讀寫器應(yīng)在一個盤點循環(huán)內(nèi)使用固定的Tc。前向鏈路應(yīng)使用如圖3所示的前導(dǎo)碼通信，前導(dǎo)碼由分隔符、校準符一和校準符二組成[1]。

圖3 前向鏈路的前導(dǎo)碼

2.2 反向鏈路編碼

圖4 FM0 基本符號

反向鏈路應(yīng)使用如圖4所示的FM0編碼。

反向鏈路使用如圖5所示的前導(dǎo)碼通信，前導(dǎo)碼由12個0以及1、0、V序列組成[1]。

圖5 FM0基本符號和前導(dǎo)碼

2.3 反向鏈路解碼算法

前導(dǎo)碼解碼算法步驟如下：

① 檢測是否收到0的1/2位，若否，繼續(xù)接收，轉(zhuǎn)①；

② 判斷是否超時，若是，則退出；

③ 開始計數(shù)并判斷是否已經(jīng)連續(xù)收到12個0，若否，則轉(zhuǎn)①；

④ 檢測判斷是否收到1，若否，則解碼失敗，退出；

⑤ 檢測判斷是否共收到3個1，若否，則退出；

⑥ 檢測判斷是否收到0的1/2位，若否，則退出；

⑦ 檢測判斷是否收到1，若否，則退出；

⑧ 檢測判斷是否收到0的1/2位，若否，則退出；

⑨ 檢測判斷是否收到2個0，若否，則退出；

數(shù)據(jù)解碼算法流程如下：

① 檢測是否收到0的1/2位，若否，則轉(zhuǎn)④；

② 檢測是否收到0的1/2位，若否，則退出；

③ 將收到的0保存，判斷收到的數(shù)據(jù)長度是否已滿足，若否，則轉(zhuǎn)①；

④ 數(shù)據(jù)解碼成功。

⑤ 檢測是否收到1，若否，則退出；

⑥ 將收到的1保存，判斷收到的數(shù)據(jù)長度是否已滿足，若否，則轉(zhuǎn)①；

⑦ 數(shù)據(jù)解碼成功。

2.4 前向命令組幀

圖6中啟動查詢命令共44個二進制位，前8位是命令代碼，中間10位是參數(shù)，后16位是CRC校驗碼[1,6]。圖中編碼獲取命令共18個二進制位，前2位是命令代碼，后16位包括11位隨機數(shù)和5位CRC校驗碼[1,6](標(biāo)簽每次返回的隨機數(shù)和CRC不一樣，以X代替)。

圖6 啟動查詢和編碼獲取命令

2.5 反向數(shù)據(jù)波形

2.5.1 啟動查詢命令后標(biāo)簽響應(yīng)

圖7為標(biāo)簽返回的波形。

圖7 標(biāo)簽返回Handle

根據(jù)前導(dǎo)碼解碼算法解出前導(dǎo)碼后，根據(jù)數(shù)據(jù)解碼算法解碼數(shù)據(jù)，最終解碼出標(biāo)簽11位隨機數(shù)010 1001 1110和5位CRC 0 1001。

2.5.2 編碼獲取命令后標(biāo)簽響應(yīng)

圖8為是標(biāo)簽返回的波形。

圖8 標(biāo)簽返回的波形

根據(jù)前導(dǎo)碼解碼算法解出前導(dǎo)碼后，根據(jù)數(shù)據(jù)解碼算法開始解碼數(shù)據(jù)，解出標(biāo)簽數(shù)據(jù)：00000000 01000000 00000100 10001101 00101010 01110011 11。根據(jù)協(xié)議規(guī)定最終解出的編碼數(shù)據(jù)為0x 1234，表明解碼成功。

結(jié) 語