丁海鷹

（陜西交通職業(yè)技術學院陜西西安710014）

經(jīng)濟全球化趨勢下，物流產業(yè)在服務業(yè)中發(fā)揮著極為重要的作用。研究顯示，傳統(tǒng)的物流行業(yè)在發(fā)展過程中普遍存在信息不及時、信息不準確等現(xiàn)象，這在一定程度上影響了物流產業(yè)運作效率，嚴重時甚至造成巨大的財務損失[1]，基于現(xiàn)代無線通信技術的發(fā)展，物流產業(yè)迎來了一個新的發(fā)展機遇，尤其是RFID技術在物流管理系統(tǒng)中的應用，其一方面能夠減少物流管理出錯率，另一方面能夠提升物流管理工作效率及科學性[1]。與此同時，嵌入式技術也以其軟件代碼小、自動化程度高等優(yōu)越性在各大行業(yè)得以應用。當前流行的RFID中普遍采用了嵌入式技術，該技術擁有廣闊的發(fā)展空間，并逐步成為主流[2]，使用的4、8和12個處理器核也具有足夠的計算能力和并行處理能力。TwinCAT 3自動化軟件能夠將各個控制程序任務分配給各個處理器核，因此可以為多個處理器核詳細地計劃CPU負載。在擴展無線通信模塊的作用下，構建完整的物流管理系統(tǒng)。研究基于NiosII軟核構建了物流管理系統(tǒng)，其與ARM系統(tǒng)相比靈活性更強，另外該研究還采用了防碰撞算法，提出了系統(tǒng)的實現(xiàn)策略。

該研究設計了RFID數(shù)字基帶系統(tǒng)，該系統(tǒng)具備基本通信功能，能夠實現(xiàn)空中接口通信協(xié)議，經(jīng)過DE2開發(fā)板CycloneII EP2C的作用，NiosⅡ嵌入式處理器可以順利對接外圍電路功能，此時系統(tǒng)可以針對某一范圍物流貨物信息進行實時讀寫，并在液晶屏上反映出來，當查詢信息時只需在鍵盤上做出對應選擇便能夠完成。

1 系統(tǒng)總體構架

RFID系統(tǒng)由一個閱讀器以及八塊應答器組成，其具體構架如圖1所示，其中閱讀器由NidsII軟核及基帶信號處理模塊組成[2]。用戶之間的交互及數(shù)據(jù)信息等的管理主要通過MCU實現(xiàn)，基帶信號處理模塊能夠對數(shù)字基帶信號予以有效的處理，并將處理結果傳送到Nios。應答器主要涉及到八個模塊，其能夠在同一時間內模擬出多個電子標簽沖突，確保防碰撞算法的順利實現(xiàn)。通常，打開閱讀器后，其會對相應范圍內的應答器進行自動化檢測，并發(fā)出通信命令，與此同時應答器端會對命令予以接收[]，并將自身信息發(fā)送到閱讀器。閱讀器與應答器均應遵循ISO18000-6B協(xié)議[4]。在具體的工作中會涉及到大量應答器，其需要同一時間發(fā)出多個應答。在閱讀器接收應答信息后，其將會采用防碰撞算法對讀取的各種應答器信息進行分析，并將其發(fā)送到上位機予以處理，然后在液晶屏上對信息予以顯示，便于用戶的查看與分析[4]。此時，用戶可以采用鍵盤對任意一個應答器所帶的信息進行選擇與查詢，為物流管理提供參考。

圖1 RFID系統(tǒng)總體設計框架圖

2 系統(tǒng)關鍵技術具體設計及實現(xiàn)

2.1 應答器設計

應答器模塊主要包括FMO碼編碼模塊、前導碼生成模塊、輔助模塊分頻、輸出數(shù)據(jù)選擇等八個部分。其框架結構如圖2所示[3]。通過di n將數(shù)據(jù)流輸入，然后需要由前導碼檢測模塊予以檢測，當測出幀頭后，需要發(fā)送sof，然后通知后級，再由曼徹斯特碼解碼模塊對信息進行解出，通過下行幀解析模塊對相關數(shù)據(jù)進行解析，并對其有無應答做出判斷，其對上行幀組幀模塊具有一定的依賴性，并在此基礎上完成對前導碼生成模塊的控制，其最終會以前導碼的形式顯示出來[3]。需要注意的是其接收的信息都需要實施FMO碼編碼模塊處理，進行編碼并將其輸出。在上述多個模塊的綜合作用下，共同實現(xiàn)整個通信過程的完整應答[3]。該系統(tǒng)運行時鐘一般為40 kHz，基于部分模塊對解數(shù)字基帶信號的需求，系統(tǒng)設計時對速率做出了相應的調整，一般為雙倍速率即80 kHz進行解碼處理。

圖2 應答器總體設計框架圖

2.2 閱讀器設計

閱讀器模塊包括基帶信號處理模塊與NiosII軟核兩個組成部分，前者主要包括前導碼檢測模塊、上行幀解析模塊、FMO碼解碼模塊、等模塊。在din的作用下數(shù)據(jù)流經(jīng)過前導碼檢測模塊，所獲得的解析結果會發(fā)送到閱讀器模塊，實施防碰撞算法解析，當該算法得以運行且正確獲得單一UID及上位機通信[3]，可以對進一步行為作出決策。接收命令幀指令后，需要將命令下發(fā)到下行幀組幀模塊，實施組幀處理，并準確發(fā)送。該系統(tǒng)運行時鐘設置為40 kHz，采用的是雙倍速率80 kHz解碼，其能夠實現(xiàn)對前導碼生成模塊、曼徹斯特碼編碼模塊等多個模塊的數(shù)字基帶信號解析。

2.3 防碰撞算法設計

該研究設計的RFID物流采用的是ISO18000-6通信標準，其能夠實現(xiàn)應答器與閱讀器之間的通信，作為UHF頻段RFID的國際標準，ISO18000-6得到了社會各界的廣泛認可。通常，依據(jù)RFID參數(shù)的不同，可以將UHF分為A、B、C 3種類型。當前，RFID標簽在多個行業(yè)得到了廣泛應用，與此同時也伴隨著一系列標簽碰撞問題，其對RFID系統(tǒng)的性能產生了極大的影響，針對這一問題，提出了防碰撞算法，其中A類采用的是ALOHA算法，C類采用的是時隙隨機反碰撞算法，這兩種算法應用不多。而B類算法—二叉樹算法算法幀格式相對簡單，容易實現(xiàn)，應用廣泛[3]。本研究選擇的是B類算法，其流程如圖3所示[3]。而若同一時間接收多個應答，且存在碰撞現(xiàn)象，閱讀器會發(fā)送失敗命令到應答器并等待其結果，若出現(xiàn)超時響應的現(xiàn)象，需要發(fā)送組選命令。

圖3 防碰撞算法流程圖

2.4 NiosII設計

Altera公司設計出了NiosII嵌入式處理器，其采用的是哈弗結構，具有軟核處理器，能夠對32位指令集第二代片上可編程的處理，與此同時，該處理器還具有模塊化的硬件結構，這也是該處理器最具優(yōu)勢及吸引人的地方[3]，基于其上述特點，其靈活性及可裁剪性均較強。在數(shù)字信號處理器中引入NiosII嵌入式處理器軟核，能夠增強整個系統(tǒng)的靈活性，確保其正常運行。系統(tǒng)軟件部分均是在NiosII嵌入式處理器作用下完成。物流系統(tǒng)的調度任務及函數(shù)調用等需要采用系統(tǒng)調度模塊實現(xiàn)，與系統(tǒng)調度函數(shù)接口的12864液晶驅動模塊則是采用了成熟驅動技術，能夠完成液晶顯示屏的輸出以及矩陣鍵盤輸入活動。

3 系統(tǒng)工作流程

當系統(tǒng)投入到具體的工作狀態(tài)后，首先會出現(xiàn)歡迎界面，然后供用戶根據(jù)需求進行相應的操作，如當存在貨物入庫時，系統(tǒng)會對存入貨物信息進行讀取[15]。當存在多件貨物入庫的情況，可以予以防碰撞算法計算，對相關信息進行計算。用戶可以對存儲的貨物相關信息通過矩陣鍵盤選擇進行查看與管理，流程見圖4。

圖4 系統(tǒng)工作運行流程圖

4 結束語

該研究將NiosII軟核引入到物流管理系統(tǒng)中，其與傳統(tǒng)ARM相比更為方便、靈活。研究通過防碰撞算法對系統(tǒng)的具體實驗進行設計，結果顯示其能夠實現(xiàn)對某一范圍貨物存儲信息的實時讀寫，反映到液晶屏上，然后在鍵盤上對相應信息進行選擇、查看，進而實現(xiàn)對物流倉庫貨物的動態(tài)管理。