基于FPGA的RFID無線通信系統的實現

隨著計算機技術的迅速發展，電子信息技術越來越快地普及到各行各業的應用中去。傳統的物流信息采集工作方式是通過工作人員將票物進行核對，然后將票上的數據輸入到計算機中。這一過程費時費力，并且可能由于各種人為過失造成各種各樣錯誤數據的存在，影響所采集信息的可靠性。而自動識別技術利用計算機進行自動識別，增加了輸入的靈活性與準確性，使人們擺脫繁雜的統計識別工作，并且大大提高了物流信息采集的工作效率。目前，由沃爾瑪、麥德隆等大超市一手推動的RFID應用，為零售業帶來包括降低勞動力成本、商品的可視度提高，降低因商品斷貨造成的損失，減少商品偷竊現象等好處。其可應用的過程包括：商品的銷售數據實時統計，補貨，防盜等。本文利用RFID技術，用FPGA芯片與NRF905搭建了無線通信系統，成功的實現了無線收發數據。

1 系統設計
1．1 RFID簡介
RFID(Radio Frequency Identification，射頻識別技術)是利用無線電波對記錄媒體進行讀／寫。射頻識別的距離可達幾十厘米至幾米，且根據讀／寫的方式，可以輸入數千字節的信息，同時，還具有極高的保密性。射頻識別技術適用的領域：物料跟蹤、運載工具和貨架
識別等要求非接觸數據采集和交換的場合，要求頻繁改變數據內容的場合尤為適用。如香港的車輛自動識別系統駕易通，采用的主要技術就是射頻技術。射頻技術在其他物品的識別自動化管理方面也得到了較廣泛的應用。
如圖1所示即為本無線系統的整個構架，由控制模塊，SPI模塊以及天線模塊構成。其中對SPI模塊的配置由控制模塊通過Wishbone總線來完成，并且對天線模塊的配置，模式轉換，收發數據等操作均由控制模塊通過SPI總線來完成。下面將就各個部分進行說明。

1．2 天線模塊(NRF905收發模塊)
1．2．1 NRF905介紹
NRF905是挪威Nordic公司推出的單片射頻發射器芯片，工作電壓為1．9～3．6 V，32引腳QFN封裝，工作于433／868／915MHz三個ISM頻道。可以自動完成處理字頭和CRC(循環冗余碼校驗)的工作，可由片內硬件自動完成曼徹斯特編碼／解碼，使用SPI接口與微控制器通信，配置方便，功耗低，以-10 dBm的輸出功率發射時電流只有11 mA，在接收模式時電流為12．5 mA。
NRF905有ShockBurst接收與ShockBurst發送兩種工作模式；掉電和SPI編程與Standby和SPI編程兩種節電模式。其ShoekBurst工作模式的特點是自動產生前導碼和CRC，可以通過SPI接口進行編程配置。NRF905的工作模式由對TRX_CE，TX_EN，PWR_UP的設置來設置，見表1。

1．2．2 NRF905配置與工作過程
nRF905的所有配置都通過SPI接口進行。SPI接口由5個寄存器組成，一條SPI指令用來決定進行什么操作。SPI接口只有在掉電模式和Standby模式是激活的。
其中SPI接口的5個寄存器分別為：
(1)狀態寄存器：寄存器包含數據就緒DR和地址匹配AM狀態。
(2)RF配置寄存器：寄存器包含收發器的頻率、輸出功率等配置信息。
(3)發送地址：寄存器包含目標器件地址，字節長度由配置寄存器設置。
(4)發送有效數據：寄存器包含發送的有效Shock Burst數據包數據，字節長度由配置寄存器設置。
(5)接收有效數據：寄存器包含接收到的有效ShockBurst數據包數據，字節長度由配置寄存器設置。在寄存器中的有效數據由數據準備就緒DR指示。
ShoekBurst技術使nRF905能夠提供高速的數據傳輸，而不需要高速控制器來進行數據處理或時鐘覆蓋。通過將與RF協議有關的高速信號處理放到芯片內，nRF905提供給應用控制器一個SPI接口，速率由微控制器自己設定的接口速度決定。nRF905通過ShockBurst工作模式在RF以最大速率進行連接時降低數字應用部分的速度來降低在應用中的平均電流消耗。在ShockBurst RX(接收)模式中，地址匹配AM和數據準備就緒DR信號通知控制器一個有效的地址和數據包已經各自接收完成。在ShockBurst TX(發送)模式中，nRF905自動產生前導碼和CRC校驗碼，數據
準備就緒DR信號通知控制器數據傳輸已經完成。
1．3 SPI模塊
1．3．1 SPI總線介紹
SPI(Serial Parallel Bus)總線是Motorola公司提出的一個同步串行外設接口，容許CPU與各種外圍接口器件，以串行方式進行通信。它使用4條線：串行時鐘線(SCK)、主機輸入／從機輸出線(MISO)、主機輸出／從機輸入線(MOSI)、低電平有效的使能信號線(SS)。這樣，僅需3～4根數據線和控制線即可擴展具有SPI接口的各種I／0器件。