终端机在无线物流中的设计与应用

【摘 要】本文提出一种基于ARM920T内核的ARM9芯片S3C2440的无线物流终端机方案。系统充分利用S3C2440的片内资源，通过串行通信方式扩展各个应用模块，包括RFID读写器、GPS、GPRS/CDMA等。软件采用嵌入式Linux操作系统作为系统软件。该终端机实用、方便、快捷，解决了传统的有线连接和数据要在远端处理的不足。

【关键词】终端机；无线物流

1.项目背景及系统设计原理

传统的RFID读写器必须通过串口或者网络接口用外部电缆的方式与PC机进行互联，由PC机进行读写器的配置、管理以及信息处理，而且相对于单一的有线通信方式也常常受到现场环境的限制。因此，设计出数据采集与信息处理一体化；同时支持多种不同的数据通信方式――有线和无线通信的新型物流读写器。此设计方案完全突破了原有读写器的种种瓶颈，采用通过内部设计的模块化，可以完全根据应用现场需求进行配置。

该方案具有一台能够识别遵循13.56MHz和902~928MHz频段的EPC标准标签的双频RFID读写器。它的硬件体系是一个信息处理平台通过扩展子板上的扩展口外接多个RFID读写模块与无线通信模块。众多模块均以串行通信的方式进行数据传输。

读写器由4个部分组成，其中每个部分又划分为小的模块：

1)RFID读写模块。读写器所支持的频段包括13.56MHz和915MHz。

2)通信模块。读写器可以同时支持Internet网络接口，GPRS，CDMA等多种不同的通信模式，同时也可以对通信模块进行功能定制。

3)电源模块。

4)信息处理平台。为了充分利用现有的软硬件资源及开发经验，以三星公司的ARM芯片S3C2440A作为处理器设计系统。

2.系统硬件设计

处理器采用韩国三星公司的16/32位RISC处理器S3C2440。该处理器采用0.13μmCMOS工艺，低功耗、高性能、低成本、使用方便。主要应用于手持产品设备领域。S3C2440处理器采用ARM公司设计的ARM920T内核，该内核采用哈佛结构，内部有独立的数据总线和代码总线，有分离的数据Cache和代码Cache，支持MMU，IP核内部各部件之间使用AMBA总线。主频处理速度可达到400MHz，完全可以满足设计的需要。

硬件系统用S3C2440构成核心电路系统。芯片采用RISC结构，除具有一般嵌入式芯片所具有的总线，SDRAM控制器以外，还具有非常丰富的扩展功能接口。内部集成了TFT/STN LCD和触摸屏控制器、USB Slave、USB Host、IrDA红外接口、SD/MMC存储卡接口等大量的功能模块。

通过S3C2440构建核心板，结构框图如图1所示。

核心板上除了包括CPU运行的基本的SDRAM、Flash、复位电路和晶振外，还增加了JTAG调试接口。图2是整个系统的结构框图。

S3C2440采用1.2V的工作电压，功耗很低，能满足便携产片对低功耗的要求。同时电源管理模块给系统提供多重电压，包括芯片内核电压采用1.8V供电，芯片的I/O部分采用3.3V供电，而片外的一些常规集成电路采用5V供电。智能电源管理模块很好的解决了对系统各个部分供电要求的不同，降低了功耗，减少了不同电源之间的干扰噪声，提高了系统的稳定性和集成度。

处理器采用S3C2440，芯片内部集成一个LCD控制器和AD转换接口，可实现TFT触摸液晶屏接口；还集成USB控制器，一个主控制器，一个从控制器。主控制器可用USB HUB芯片GL850A扩展为多个，提供给多个设备使用。RFID读写模块均采用串行通信方式和S3C2440进行通信；GPS模块采用美国GARMIN公司的模块，和S3C2440之间采用232串口通信；GPRS/CDMA模块采用德国PHILIPS公司的模块，和S3C2440之间的通信采用USB通信。这样终端就具有了有线和无线两种网络连接方式。

S3C2440系统本身没有大容量存储器，设计为系统增加一个CF卡作为存储程序和数据的第二硬盘，接口电路如图3所示。

CF卡有3种工作模式：memory方式、I/O方式以及True IDE方式。这里选择的是True IDE方式。

3.软件设计

采用μClinux操作系统作为系统软件。μClinux操作系统高效稳定，提供了完成嵌入功能的基本内核，能够处理嵌入式任务和用户界面，更由于其开发源码，定制方便以及易于移植，可广泛应用于各种嵌入式系统中。软件系统总流程图如图3所示。

软件包括引导加载程序、操作系统和用户应用程序。引导加载程序Boot Loader使系统加电后运行的第一段代码，通过这段代码可以初始化硬件设备，建立内存空间的映射图，从而将系统的软硬件环境带到一个合适的状态，以便为最终调用操作系统内核或用户应用程序做好准备。初始化完成后各个功能模块均处于等待状态，可通过触摸屏按键启动各个功能模块，实现用户需求。μClinux操作系统支持多线程任务同时执行，所以可以同时运行多各功能模块。

RFID的读写是本设计的核心功能，所以这里将读取RFID数据程序流程单独列出。读取RFID的程序流程图如图4所示。程序启动完成后可以通过触摸屏选择开始读取RFID数据。启动读取RFID后，设备处于等待状态，直到读到数据。处理器将读取的数据在后台进行处理。处理完成后返回，等待下一次数据读入。数据读取结束，可通过退出键退出读取RFID数据功能，返回待机界面。

4.总结

基于ARM9内核的处理器S3C2440，以其片上资源丰富、处理能力强、功耗低性价比高等优点而成为众多嵌入式平台的首选。此设计方案基于S3C2440为核心，突破了以往传统的设计方式和理念，采用数据采集与处理一体化的设计思想。产品便于携带，操作方便，具有多种外部接口，且升级方便。

参考文献：

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作者简介：王磊，男，现就读于西安外事学院工学院电子信息工程专业。