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    （中山职业技术学院，广东 中山 528404）李泳湛，廖静很，洪志刚
                          
    李泳湛（1981-）男，工学硕士，主要研究方向为工业控制网络与系统集成技术。

    摘要：随着RFID和以太网的普及，RFID技术和以太网技术的结合将是RFID应用的一个很好的发展方向。因此，本文提出了一种基于Cortex M3[1]的RFID读写器的以太网接入方案。本方案实现的系统分为两部分：RFID读写器和以太网接入器，RFID读写器利用STC89C52RD2作为处理器，通过MFRC500实现对IC卡的基本操作以及提供基本的串口通信功能；以太网接入器利用LPC1766[1]（内核为Cortex M3）作为处理器进行串行网络与以太网网络的协议转换，实现RFID读写器的以太网接入。

    关键词：无线射频识别（RFID）；以太网；Cortex M3内核；非接触式IC卡

    Abstract: With the popularity of RFID and Ethernet, a combination of RFID technology and Ethernet technology will be a good development of RFID application. Therefore, this paper presents a solution of the RFID reader's Ethernet access based on Cortex M3. The system from this solution is divided into two parts: the RFID read-write part and the Ethernet access part. The RFID read-write part uses the STC89C52RD2 as the processor, and uses the MFRC500 to realize the basic operation of IC card and the basic serial communication function. The Ethernet access part uses the LPC1766 (Cortex M3 kernel) as the processor for the conversion of serial network protocol to Ethernet network protocol, which achieves the RFID read-write part's access to Ethernet.

    Key words: Radio Frequency Identification(RFID); Ethernet; Cortex M3 Core;Contactless IC Card

    随着计算机技术和网络技术的迅猛发展，以太网得到了广泛的应用，以实现信息的高速传输和资源共享。随着以太网络的普及，很多企业将公司或小区的管理挂接在以太网络上，实现信息的统一管理。随着RFID技术的广泛应用，RFID技术已经深入到大家的工作和生活之中，用以太网实现RFID信息的统一管理已经是RFID联网的主要发展方向了。本文提出的基于Cortex M3的RFID以太网接入系统正是给予上述情况而提出的一种解决方案。

    本方案使用STC89C52RD2作为处理器，通过MFRC500实现对IC卡的基本操作以及提供基本的串口通信功能，实现RFID读写器的基本功能；使用LPC1766（内核为Cortex M3）作为处理器进行串行网络与以太网网络的协议转换，把RFID读写器接入到以太网，实现以太网接入器的基本功能。ARM公司的Cortex M3是一个速度快、功耗低、芯片面积小和价格便宜的32位内核，能很好地实现以太网产品的功能。NXP的LPC1766内核正是Cortex M3，主频高达100MHZ，含有Ethernet MIC接口，能有效地实现以太网的接入功能。

    1 系统设计

    1.1 系统总体框架

    本系统的主要设备为基于LPC1766的以太网接入器。用户通过以太网接入器进行与RFID读写器的通信，从而实现对IC卡的操作。
               
                            

    1.2 RFID读写器的简单介绍

    STC89C52RD2作为中央处理器[4]通过MFRC500来驱动天线对Mifare卡进行读写操作。另一方面，STC89C52RD2通过RS-485与以太网接入器进行通信，实现读写器的以太网接入。

    读写器对IC卡的操作流程分为：

    （1）复位请求

    （2）反碰撞操作

    （3）卡选择操作

    （4）认证操作

    （5）读写操作

    1.3 以太网接入器的系统设计

    以太网接入器实现多个RFID读写器接入到以太网网络，从而用户可以通过以太网来实现对RFID读写器的操作，进一步实现RFID技术的网络信息化。为了实现这一功能，一方面以太网接入器能完成RS-485网络到以太网网络的数据流通的功能；另一方面，以太网接入器有一定的内存进行数据的存储和缓存。

    （1）以太网接入器的硬件系统设计

    以太网接入器选用LPC1766芯片为中央处理器，LPC1766芯片使用高性能的ARM? Cortex?-M3 32位的RISC内核[6]，工作频率为100MHz。它内置高速存储器，丰富的增强I/O端口和联接到两条APB总线的外设，拥有一个EtherNet控制器、4个UART、256KFlash、64KSRAM[6]。LPC1766工作于-40℃~+105℃的温度范围，供电电压为2.0V~3.6V，它的一系列省电模式突显出了它的低功耗的特点。丰富的外设配置，得到RealView MDK[2]集成开发环境的支持，使得LPC1766微控制器适合于多种应用领域。

    以太网接入器的硬件系统的电路组成部分包含有：电源电路、时钟电路、JTAG接口电路、复位电路、RS485串行通信接口电路、存储电路和以太网接口电路。

    LPC1766芯片包含10/100Mbps MAC以太网模块， LPC1766的以太网MAC只有RMII接口，需要与具有RMII接口的以太网PHY器件进行连接。以太网接入器的以太网的主要电路如图2和图3所示。

                
                                   图2 LPC1766与以太网PHY电路的连接 

                       
                                   图3  以太网网络变压器电路

以太网接入器的RS-485串行通信接口电路如图4所示。
   
      
                                    图4  RS-485串行通信接口电路

    （2）以太网接入器的软件系统设计

    考虑到以太网接入器日后的软件升级和开发工作的分工与管理，软件系统设计采用μC/OS-Ⅱ[3]实时多任务操作系统作为程序的运行平台。需要对μC/OS-Ⅱ进行针对LPC1766芯片的移植。移植的工作在于修改μC/OS-Ⅱ操作系统源代码[5]中的三个源代码文件：OS_CPU.H、OS_CPU_A.ASM、OS_CPU_C.C。

    另一方面，由于以太网接入器需要把RFID读写器进行以太网的接入，所以以太网接入器需要实现TCP/IP的通信。以太网接入器的软件系统的设计需要在μC/OS-Ⅱ操作系统的基础上实现能完成TCP/IP的通信小型TCP/IP协议栈[7]。

    在完成了μC/OS-Ⅱ实时多任务操作系统和小型TCP/IP协议栈在LPC1766上的运行后，就可以提供基本的任务管理、任务的通信同步、简单的内存管理和TCP/IP通信管理的API函数[7]。在这样的基础上做以太网接入器软件系统的开发，工作的主要任务就是实现串行网络和以太网网络的协议转换了，对IC卡的具体信息进行数据封装，封装成TCP数据包[8]通过以太网传输到访问终端。

    2 调试与试用

    RFID读写器通过RS-485接口与以太网接入器相连接，以太网接入器通过以太网口接入交换机与PC机进行连接，在PC机上用.NET写一个TCP/IP通信程序对IC卡的信息进行读取与写入。另一方面，采用网络协议检测软件Ethereal对以太网接入器与PC机的通信进行协议检测和分析。

    经过对系统的试验调试和验证，系统基本上达到了IC卡数据采集和数据处理的要求，通信的速度和通信的稳定性能满足商业应用要求。为了进一部调试分析，把本系统安装到某大楼实验室的刷卡系统中，本系统的运行基本上达到了实际应用的要求。

    3 总结与展望

    本文基于Cortex M3的RFID以太网接入系统采用基于CortexM3内核的LPC1700处理器和μC/OS-Ⅱ实时多任务操作系统来设计以太网接入器，以及采用STC89C52RD2处理器和MFRC500读卡器芯片来设计RFID读写器，实现了通过以太网对IC卡进行信息的读写和基本操作。

    由于RFID读写器和以太网接入器是整个系统的两个模块，各自实现不同的功能。所以下一步将要把这两个模块融合到一起，用一个模块来实现IC卡读写和以太网的连接。

    参考文献：

    [1] Joseph Yiu. ARM Cortex-M3 权威指南[M]. 北京航空航天大学出版社，2009.

    [2] 李宁. ARM开发工具RealView MDK使用入门[M]. 北京航空航天大学出版社，2008.

    [3] 任哲，潘树林，房红征. 嵌入式操作系统基础μC/OS-Ⅱ和Linux[M]. 北京航空航天大学出版社，2006.

    [4] 龚运新. 单片机C语言开发技术[M]. 清华大学出版社，2006.

    [5] Jean J.Labrosse. 嵌入式实时操作系统μC/OS-Ⅱ[M]. 北京航空航天大学出版社，2003.

    [6] 周立功. 深入浅出Cortex M3——LPC1700[M]. 广州致远电子有限公司，2009.

    [7] W.Richard Stevens. TCP/IP 详解(卷1:协议) [M]. 机械工业出版社，2007.

    [8] 周立功. ARM嵌入式系统软件开发实例[M]. 北京航空航天大学出版社，2005.

    摘自《自动化博览》2010年第六期