ARM9芯片适用于超高频读写器的PIE编码以及MILLER

普通的UHF读写器主控芯片使用FPGA较多，其优点是FPGA对时序逻辑处理速度快，使用HDL语言很容易实现协议的编码与解码，但FPGA芯片本身很少具备串口、网口等通信接口模块，功能扩展较麻烦。由于ARM9芯片集成了很多扩展接口，同时进行操作系统移植等更高层次的设计也变得很容易，但对时序逻辑处理较难。因而本文提出了基于ARM9的UHF RFID读写器基带编解码方法，并加以实现。

1 基本原理

UHF RFID国际标准协议规定读写器到电子标签的通信应采用DSB—ASK、SSB—ASK或者PR—ASK调制方式。本文使用ARM9芯片S3C2440的PWM（脉宽调制）控制模块进行PIE编码，通过编码信号控制射频开关实现OOK调制。电子标签接收到命令后反向散射副载波应答，经过射频模块的天线接收后被解调电路还原成MILLER2数据。构造MILLER2解码状态机，使用S3C2440的外部中断对MILLER2时序序列进行上升沿捕捉，捕捉到的两次中断的时间间隔作为状态机输入，进而解调出标签反射回来的数据。系统的硬件框图如图1所示。

读写器射频模块的工作流程为：发送命令时，PIE编码电平控制射频芯片开关，当开关开启时输出射频载波，关闭则不输出，以达到OOK调制载波的目的。接收机采用零中频接收机方案，直接对天线接收到的标签反向散射信号进行解调，解调完毕得到相位相差90°的I、Q两路信号，通过差分放大器放大处理后，输出到比较器，经过比较后电路输出MILLER2编码时序信号。

2 PIE编码

2．1 PIE码简介

EPC GNE2协议规定UHF读卡器向标签发送命令时，数据应采用PIE编码。PIE码通过高低电平的时间长度不同来规定数据是“1”还是“0”。协议使用Tari代表数据“0”，时间长度在6．25～25μs范围内，容差为±1％，数据“1”的宽度在为1．5Tari～2．5Tari，如图2所示。本次编码中，Tari值为6．4μs，数据“1”的长度为11．4μs，PW的长度为3．2μs。

协议规定，完整的PIE码需在有效数据前加上前同步码或帧同步码。前同步码由定界符、Tari、RTcal以及TRcal这4段组成，用在Query命令上。帧同步码省去了TRcal而直接由前三项组成，用在其他命令上。前同步码示意如图3所示。

2．2 PWM实现PIE编码

S3C2440有5个16位的定时器，其中定时器1～4具有PWM（脉宽调制）功能，定时器使用经过分频后的系统时钟PCLK作为时钟输入。本设计中100 MHz的PCLK经过2分频得到50 MHz频率的定时器输入时钟，定时器每计数一次耗时0．02μs。定时器使用两个16位的缓冲寄存器TCNTB和TCMPB来实现PWM功能，TCNTB为一次PWM输出计数次数，采用递减的方式计数，当计数减为TCMPB的时候，PWM输出电平反转。以数据“0”为例，其脉冲总宽度为6．4μs，低电平持续时间3．2 μs，则可计算出TCNTB=6．4／0．02=320次，TCMTB=3．2／0．02=160次。

为实现连续的PWM输出，需要让定时器工作在自动重载模式，即当定时器计数器减为0的时候，在定时器中断处理函数里更新TCNTB及TCNMPB，让定时器重新开始一次脉宽输出。定时器1初始化时经过以下步骤：

①TCNMB以及TCMPB寄存器赋非零初值；

②TCON中人工装载位配置为1，TCNTB和TCMPB更新到内部计数器；

③TCON中自动重载位配置为1，为实现连续的PWM功能；

④TCON中输出翻转位配置为1，脉冲以高电平开始；

⑤TCON置为启动位；

⑥TCON设置关闭人工装载，定时器开始启动。