【摘 要】本文提出一種基于ARM920T內(nèi)核的ARM9芯片S3C2440的無線物流終端機方案。系統(tǒng)充分利用S3C2440的片內(nèi)資源，通過串行通信方式擴展各個應(yīng)用模塊，包括RFID讀寫器、GPS、GPRS/CDMA等。軟件采用嵌入式Linux操作系統(tǒng)作為系統(tǒng)軟件。該終端機實用、方便、快捷，解決了傳統(tǒng)的有線連接和數(shù)據(jù)要在遠端處理的不足。

【關(guān)鍵詞】終端機；無線物流

1.項目背景及系統(tǒng)設(shè)計原理

傳統(tǒng)的RFID讀寫器必須通過串口或者網(wǎng)絡(luò)接口用外部電纜的方式與PC機進行互聯(lián)，由PC機進行讀寫器的配置、管理以及信息處理，而且相對于單一的有線通信方式也常常受到現(xiàn)場環(huán)境的限制。因此，設(shè)計出數(shù)據(jù)采集與信息處理一體化；同時支持多種不同的數(shù)據(jù)通信方式——有線和無線通信的新型物流讀寫器。此設(shè)計方案完全突破了原有讀寫器的種種瓶頸，采用通過內(nèi)部設(shè)計的模塊化，可以完全根據(jù)應(yīng)用現(xiàn)場需求進行配置。

該方案具有一臺能夠識別遵循13.56MHz和902~928MHz頻段的EPC標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)簽的雙頻RFID讀寫器。它的硬件體系是一個信息處理平臺通過擴展子板上的擴展口外接多個RFID讀寫模塊與無線通信模塊。眾多模塊均以串行通信的方式進行數(shù)據(jù)傳輸。

讀寫器由4個部分組成，其中每個部分又劃分為小的模塊：

1)RFID讀寫模塊。讀寫器所支持的頻段包括13.56MHz和915MHz。

2)通信模塊。讀寫器可以同時支持Internet網(wǎng)絡(luò)接口，GPRS，CDMA等多種不同的通信模式，同時也可以對通信模塊進行功能定制。

3)電源模塊。

4)信息處理平臺。為了充分利用現(xiàn)有的軟硬件資源及開發(fā)經(jīng)驗，以三星公司的ARM芯片S3C2440A作為處理器設(shè)計系統(tǒng)。

2.系統(tǒng)硬件設(shè)計

處理器采用韓國三星公司的16/32位RISC處理器S3C2440。該處理器采用0.13μmCMOS工藝，低功耗、高性能、低成本、使用方便。主要應(yīng)用于手持產(chǎn)品設(shè)備領(lǐng)域。S3C2440處理器采用ARM公司設(shè)計的ARM920T內(nèi)核，該內(nèi)核采用哈佛結(jié)構(gòu)，內(nèi)部有獨立的數(shù)據(jù)總線和代碼總線，有分離的數(shù)據(jù)Cache和代碼Cache，支持MMU，IP核內(nèi)部各部件之間使用AMBA總線。主頻處理速度可達到400MHz，完全可以滿足設(shè)計的需要。

硬件系統(tǒng)用S3C2440構(gòu)成核心電路系統(tǒng)。芯片采用RISC結(jié)構(gòu)，除具有一般嵌入式芯片所具有的總線，SDRAM控制器以外，還具有非常豐富的擴展功能接口。內(nèi)部集成了TFT/STN LCD和觸摸屏控制器、USB Slave、USB Host、IrDA紅外接口、SD/MMC存儲卡接口等大量的功能模塊。

通過S3C2440構(gòu)建核心板，結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

核心板上除了包括CPU運行的基本的SDRAM、Flash、復(fù)位電路和晶振外，還增加了JTAG調(diào)試接口。圖2是整個系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。

S3C2440采用1.2V的工作電壓，功耗很低，能滿足便攜產(chǎn)片對低功耗的要求。同時電源管理模塊給系統(tǒng)提供多重電壓，包括芯片內(nèi)核電壓采用1.8V供電，芯片的I/O部分采用3.3V供電，而片外的一些常規(guī)集成電路采用5V供電。智能電源管理模塊很好的解決了對系統(tǒng)各個部分供電要求的不同，降低了功耗，減少了不同電源之間的干擾噪聲，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和集成度。

處理器采用S3C2440，芯片內(nèi)部集成一個LCD控制器和AD轉(zhuǎn)換接口，可實現(xiàn)TFT觸摸液晶屏接口；還集成USB控制器，一個主控制器，一個從控制器。主控制器可用USB HUB芯片GL850A擴展為多個，提供給多個設(shè)備使用。RFID讀寫模塊均采用串行通信方式和S3C2440進行通信；GPS模塊采用美國GARMIN公司的模塊，和S3C2440之間采用232串口通信；GPRS/CDMA模塊采用德國PHILIPS公司的模塊，和S3C2440之間的通信采用USB通信。這樣終端就具有了有線和無線兩種網(wǎng)絡(luò)連接方式。

S3C2440系統(tǒng)本身沒有大容量存儲器，設(shè)計為系統(tǒng)增加一個CF卡作為存儲程序和數(shù)據(jù)的第二硬盤，接口電路如圖3所示。

CF卡有3種工作模式：memory方式、I/O方式以及True IDE方式。這里選擇的是True IDE方式。

3.軟件設(shè)計

采用μClinux操作系統(tǒng)作為系統(tǒng)軟件。μClinux操作系統(tǒng)高效穩(wěn)定，提供了完成嵌入功能的基本內(nèi)核，能夠處理嵌入式任務(wù)和用戶界面，更由于其開發(fā)源碼，定制方便以及易于移植，可廣泛應(yīng)用于各種嵌入式系統(tǒng)中。軟件系統(tǒng)總流程圖如圖3所示。

軟件包括引導(dǎo)加載程序、操作系統(tǒng)和用戶應(yīng)用程序。引導(dǎo)加載程序Boot Loader使系統(tǒng)加電后運行的第一段代碼，通過這段代碼可以初始化硬件設(shè)備，建立內(nèi)存空間的映射圖，從而將系統(tǒng)的軟硬件環(huán)境帶到一個合適的狀態(tài)，以便為最終調(diào)用操作系統(tǒng)內(nèi)核或用戶應(yīng)用程序做好準(zhǔn)備。初始化完成后各個功能模塊均處于等待狀態(tài)，可通過觸摸屏按鍵啟動各個功能模塊，實現(xiàn)用戶需求。μClinux操作系統(tǒng)支持多線程任務(wù)同時執(zhí)行，所以可以同時運行多各功能模塊。

RFID的讀寫是本設(shè)計的核心功能，所以這里將讀取RFID數(shù)據(jù)程序流程單獨列出。讀取RFID的程序流程圖如圖4所示。程序啟動完成后可以通過觸摸屏選擇開始讀取RFID數(shù)據(jù)。啟動讀取RFID后，設(shè)備處于等待狀態(tài)，直到讀到數(shù)據(jù)。處理器將讀取的數(shù)據(jù)在后臺進行處理。處理完成后返回，等待下一次數(shù)據(jù)讀入。數(shù)據(jù)讀取結(jié)束，可通過退出鍵退出讀取RFID數(shù)據(jù)功能，返回待機界面。

4.總結(jié)

基于ARM9內(nèi)核的處理器S3C2440，以其片上資源豐富、處理能力強、功耗低性價比高等優(yōu)點而成為眾多嵌入式平臺的首選。此設(shè)計方案基于S3C2440為核心，突破了以往傳統(tǒng)的設(shè)計方式和理念，采用數(shù)據(jù)采集與處理一體化的設(shè)計思想。產(chǎn)品便于攜帶，操作方便，具有多種外部接口，且升級方便。

參考文獻：

[1]李超，肖建.嵌入式Linux開發(fā)技術(shù)與應(yīng)用[M].電子工業(yè)出版社，2008.

[2]于明，范書瑞，曹祥燁.ARM9嵌入式系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā)教程[M].電子工業(yè)出版社，2006.

[3]王黎明.ARM9嵌入式系統(tǒng)開發(fā)與實踐[M].北京航空航天大學(xué)出版社，2008.

[4]曹垣亮.基于ARM9/7產(chǎn)品化研發(fā)實踐[M].電子工業(yè)出版社，2008.

[5]熊茂華，楊震倫.ARM9嵌入式系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā)應(yīng)用[M].清華大學(xué)出版社，2008.

[6]桑楠.嵌入式系統(tǒng)原理及應(yīng)用開發(fā)技術(shù)[M].北京航空航天大學(xué)出版社，2002.

作者簡介：王磊，男，現(xiàn)就讀于西安外事學(xué)院工學(xué)院電子信息工程專業(yè)。