1硬件系统设计
1．1处理器本手持终端的设计主要满足仓储管理过程中数据的采集、处理及显示，本硬件设计处理器选用AＲM9S3C2440处理器。三星公司的S3C2440为16/32位AＲM9TDMI，内核带有16kBcache的ＲISC处理器，被设计用来为手持设备等提供一个低成本、高性能的方案;集成了UAＲT、ISP等串行接口控制器、8通道10位ADC转换器、存储单元控制器、时钟和电源控制器、DMA控制器、LCD控制器、I2C控制器等外围控制器，可以实现丰富的外围接口功能;130个可编程通用GPIO口，处理速度高达533MHz［5］。核心处理器包括专门为诸如移动电话、数字多媒体、GPＲS通信系统和嵌入式设备等移动设备消费型产品设计的高性能、低成本处理器，其开发技术已经相对成熟。1．2阅读器硬件设计ＲFID阅读器的任务是控制射频发射射频信号，通过射频收发器接收来自标签的信息。由于高频段数据传输率相对较高且通信质量较好，对移动终端网络不会产生影响，有利于手持读写器的进一步研发;此外，射频收发芯片MFＲC522具有低电压、低功耗、低成本和便于手持设备开发等优点，所以本系统采用NXP公司的MFＲC522作为ＲFID模块电路开发的核心芯片。MFＲC522利用调制和解调的原理，在13．56MHz频段集成了各种非接触式通信方法和协议。芯片内部集成的发送器部分可以驱动读写器的天线部分与ISO14443A/Mifare卡和应答机之间的通信而不需要另外的电路;数字电路部分可以处理完整的ISO14443A帧和错误检测。MFＲC522芯片内部连接27．12MHz的晶体;具有64B的发送和接收FIFO缓冲区、灵活的中断模式和低功耗硬件复位功能;通信距离高达50mm，但这取决于天线的长度和调谐;支持SPI、I2C和串行UAＲT接口，供电电压为3．3V，封装形式为HVQFN32。本系统采用SPI接口方式完成S3C2440处理器与MFＲC522之间的数据传输，处理数据的速率达到10Mbit/s。本系统通过MFＲC522芯片提供的5个引脚来实现SPI接口电路。这5个引脚分别为:D5(MISO)、D6(MISI)、D7(SCK)、ＲST、SDA。MFＲC522作为从机与S3C2440进行SPI通信。数据可以通过D5引脚从MFＲC522发回到S3C2440处理器，通过D6引脚从S3C2440处理器发送到MFＲC522处理。D7引脚为时钟引脚，由S3C2440处理器产生。处理器可以通过使能ＲST引脚为低电平来产生硬掉电。在硬掉电模式下，MFＲC522内部所有消耗能量的部件全部关闭(包括振荡器)。1．3WiFi模块的电路设计本设计中WiFi模块使用的是Murata公司的LBWA18HEPZ模块。该模块内部采用88w8686芯片，提供SDIO和GSPI接口;内置一块38．4MHz的晶体振荡器，内置的8kbitEEPＲOM和1．8V稳压器可以用3．3V或1．8V供电，使用方便。88w8686芯片适用于IEEE802．11a/g/b标准，它具有传输速率高、覆盖范围广、功耗低、集成度高等特点;WiFi的覆盖半径基本上能达到100m，而普通的蓝牙技术基本上只能覆盖15m的半径区域;支持WEP64/128、WPA、TKIP和AES等无线网络加密方式。芯片内置ＲF到基带的转换电路，同时支持19．2MHz、20MHz、24MHz、26MHz、38．4MHz和40MHz的晶振作为时钟源;采用68脚QFN封装，提供SDIO和GSPI两种接口方式;内置用于存放Tx帧队列和Ｒx缓冲数据的SＲAM和BootＲOM。WiFi模块接口电路图如图2所示。本设计采用SDIO的方式将LBWA18HEPZ连接在S3C2440的SDIO接口上。图2中，SD_DATA0、SD_DATA1、SD_DATA2、SD_DATA3分别为SDIO接口通信的4个数据位;SD_CLK为来自于主处理器的同步时钟信号;SD_CMD为命令/回复信号。WiFi模块采用3．3V供电，也可以直接由SDIO接口提供。ANT1引脚接天线，根据最大功率传输定理，ANT1引脚与天线之间需进行50Ω阻抗匹配。1．4其他模块设计数据和程序存储器模块主要有Flash和SDＲAM，供电电压采用3．3V供电。Flash采用三星公司的SST39VF1601，大小为2MB，为数据的存储提供便利，并且可以作为Bootloader、Linux系统文件的存储。SDＲOM为HY57V641620，大小为8MB，主要作为程序存储使用。由于本手持终端主要是和上位机通信并及时将数据和上位机进行交换，所以对于所选用的存储模块空间的大小已经足够。S3C2440内部集成了LCD控制器，其逻辑功能是将LCD的图像数据从主存的视频缓冲区域传送到外部LCD设备。LCD显示器的主要作用是将上位机下达给手持终端的货物出入库或者盘点的命令加以显示，供工作人员执行;或者将由手持终端具体执行的操作显示在LCD上，供工作人员参考。
2软件设计实现
软件系统包括嵌入式系统的移植、无线模块各接口的驱动和无线通信传输协议。手持终端的无线通信功能主要分为以下几个层次:①驱动层，包括WiFi模块驱动、ＲFID模块驱动、USB接口驱动及LCD驱动等;②协议层，包括ＲFID通信协议、WiFi通信协议等;③应用层，包括网络相关的应用程序等。软件整体结构如图3所示。2．1ＲFID模块的软件实现手持设备选择u-boot引导操作系统uclinux内核和根文件系统，在软硬件环境搭建好的情况下，进行ＲFID驱动程序的设计。ＲFID［6－10］的驱动主要是对MFＲC配置寄存器进行设置，并将发送接收数据的字节、地址和工作模式等写入MFＲC寄存器。ＲFID对标签进行数据读取的流程图如图4所示。2．2WiFi模块的数据传输过程WiFi无线终端的数据通信方式是主从通信方式。当通过SDIO对工业现场的数据进行读取时，WiFi作为主机;当传送读取的数据时，WiFi又会作为AP接入点的从机。无线通信采用网络套接字进行编程。WiFi传输数据的具体流程图如图5所示。
3功能测试
ＲFID功能的测试主要是测试手持设备的ＲFID模块能否对标签信息进行读写等操作。首先将ＲFID驱动加载到手持设备上，然后通过串口终端secrueCＲT输入命令cat/dev/rfid，即可得到标签信息的读写结果。WiFi功能测试主要是测试手持WiFi能否接入到无线网络skd-office。通过串口终端secrueCＲT即可查看测试结果。首先使用ifconfigeth0up命令激活WiFi模块，然后使用iwlisteth0scan命令搜索无线网络。在终端通过命令iwconfigeth0essid“skd-office”选择skd-office网络，再执行iwconfigeth0apauto;将ifconfigeth010．250．32．233netmask255．255．224．0作为目标板指定IP地址和默认网关，此时可以看到WiFi模块的LED指示灯亮起;用iwconfigeth0查看无线网络连接状态，即可成功接入“skd-office”无线网络。由于手持终端的IP地址和测试所用PC机的IP地址在同一网段，所以可以用ping命令验证无线通信功能。PC机的IP地址是10．250．32．174，使用ping10．250．32．174来检验WiFi功能是否已经成功实现。
4结束语
本文所设计的手持终端采用ＲFID无线射频识别技术，通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，而无需识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触。该手持终端具有非接触、读取数据及时准确等特点。仓储作业管理应用表明，该终端减少了人力资源的浪费，有效避免了错误率的发生。与此同时，结合WiFi技术对阅读器采集到的数据进行实时传输，可以有效解决传统仓库中布线难、实时性要求高、干扰较强的问题。
作者：李颀 薛宇航 周维 何艳丽 毛文涛 单位：陕西科技大学电气与信息工程学院
