摘 要：本文阐述了基于S3C44B0X微处理器和RFID技术的产品防伪系统设计。本系统采用当前流行的嵌入式微处理器S3C44B0X作为核心器件，在S3C44B0X上扩展了Flash、SDRAM、以太网芯片RTL8019AS以及PHILIPS公司的MF RC500读写芯片等外围器件，并设计出了具体的嵌入式产品防伪系统。
关键词：嵌入式系统；射频识别；S3C44B0X微处理器；MF RC500芯片
0引言
本系统设计针对当前假冒伪劣产品的泛滥，而传统的防伪技术又常常不能起到真正防伪作用的背景下，采用嵌入式系统结合RFID[1]（Radio Frequency Identification，即射频识别）技术实现了一种新的产品防伪技术。设计采用的S3C44B0X微处理器是一款基于ARM7TDMI内核的32位RISC处理器。选用的S3C44B0X微处理器除了具有体积小、功耗低、性价比高等许多优点外，还提供了全面的、丰富的片上资源，不但大大减少了系统电路中的器件配置，而且使电路设计变得较为简单，从而使整个系统的成本大为降低。www.51kaifa.com
1系统的总体硬件设计
本系统的总体硬件主要由以下几部分组成：ARM微处理器S3C44B0X及其外围辅助电路包括液晶显示器、4×1键盘、电源模块LM7805及LM1117；存储系统包括2M线性Flash AM29LV160D、8M SDRAM HY57V641620HG；通信接口电路包括串行口转换电路MAX232C、以太网控制器RTL8019AS；FRID芯片MF RC500、天线和无源电子标签Mifare One卡。具体硬件设计示意图如图1所示。
图1系统的总体硬件设计示意图
2系统电源设计
电源系统为整个系统提供能量，具有极其重要的地位，因此系统电源部分的设计是一项比较重要的工作。S3C44B0X芯片为了降低功耗，其内核采用2.5V电压，I/O接口电压为3.3V，其中Flash和SDRAM的工作电压是3.3V，MF RC500以及RTL8019AS芯片则需要5V电压。系统采用6.5-12V直流电源输入，经过LM7805、LM1117-3.3V和LM1117-2.5V电源转换芯片为系统、I/O接口和ARM内核提供三组电源（5V，3.3V和2.5V）。电源的输入输出都用100µF电容滤波，电源进入每个芯片时需要用0.lµF的电容滤波，以减少芯片受到电源的高频干扰。
3 S3C44B0X和MF RC500接口设计
芯片MF RC500是PHILIPS公司应用于13.56MHz非接触通信方式读卡IC系列器件之一。方便的并行接口可直接与各类8位微处理器连接，这样就给读写器的设计提供了极大的灵活性。MF RC500可以与不同的微处理器直接连接，在每次上电或硬复位后MF RC500检测当前微处理器接口的类型，MF RC500在复位阶段后根据控制脚的逻辑电平识别微处理器接口，这是由固定管脚连接的组合和一个专门的初始化程序实现的[2]。由于S3C44B0X微处理器有足够的地址和数据总线，因此S3C44B0X和MF RC500接口采用的是独立的读/写选通模式的第一种方式，即独立的地址/数据总线。MF RC500的ALE引脚接高电平，A0、A1、A2分别接S3C44B0X的ADDR0、ADDR1、ADDR2引脚，片选NCS信号接S3C44B0X的nGCS3，把MF RC500配置到S3C44B0X的Bank4。图2是S3C44B0X和MF RC500的接口电路图。www.51kaifa.com
图2 S3C44B0X和MF RC500接口电路图
4 MF RC500芯片的EMC和天线接收电路设计
EMC是Electro Magnetic Compatibility的缩写，即电磁兼容性。MF RC500系统的工作频率是13.56MHz，这个频率由一个石英晶体振荡器产生，用于驱动MF RC500并且给天线提供13.56MHz的载波。但它同时也产生高次谐波，为了符合国际EMC规定，13.56MHz中的三次、五次和高次谐波要被有效的抑制。因此必须要有一个合适的滤波器过滤输出信号以满足此规定。除了采用多层电路板设计外强烈建议使用合适的低通滤波器[3]。
MF RC500的内部接收电路利用RFID卡的回应信号在副载波的双边带上都有调制这一概念来进行工作的。推荐使用内部产生的VMID电势作为RX脚的输入电动势，为了提供一个稳定的参考电压必须在VMID脚接一个对地的电容C，读卡器的接收部分需要在RX和VMID脚之间连接一个分压器，此外在天线线圈和分压器之间推荐使用一个串接的电容。www.51kaifa.com
对天线线圈电感量的精确计算是不可行的，但电感量可以通过下面的公式估算出来。推荐将天线设计成环形或者矩形。
I1……导体环一圈的长度
D1……导线的直径或者PCB导体的宽度
K ……天线形状因素环形天线K=1.07，矩形天线K=1.47
N1……圈数
ln……自然对数函数
5 存储系统的构建
根据防伪系统的需要，在设计存储系统时共设计了两种类型的存储器系统：线性Flash AM29LV160D芯片、系统内存SDRAM HY57V641620HG芯片，线性Flash存储器在系统中用于存放程序代码，相当于PC机的BIOS。
S3C44B0X是ARM7内核的ARM系列芯片，ARM7内核的芯片最大寻址空间为232＝4G。在S3C44B0X中地址线宽度为25位，数据线宽度为32位。25位地址线的最大寻址空间为225＝32MB，但是S3C44B0X通过8个数据页选择引脚nGCS0～nGCS7可以把整个内存空间分为8个Bank[4-5]。因此可以构成32MB×8＝256MB的地址空间，而每个Bank的数据线宽度可通过编程控制为8/16/32位方式。设计时可以通过nGCS0～nGCS7引脚把不同的芯片分配在不同的地址空间，实现起来比较方便。图3是本系统中S3C44B0X的存储器地址使用分配情况。
图3 S3C44B0X的存储器地址分配图
5.1线性Flash（BIOS）的设计
Flash存储器是一种可在系统（In-System）进行电擦写，掉电后信息不丢失的存储器。它具有低功耗、大容量、擦写速度快、可整片或分扇区在系统编程（烧写）、擦除等特点，因而在各种嵌入式系统中得到了广泛的应用。线性Flash存储器在系统中通常用于存放程序代码，如系统启动代码Boot Loader、系统应用程序或一些在系统掉电后需要保存的数据等。系统上电或复位后从Flash存储器获取指令并开始执行。
本设计中采用一片AMD公司的AM29LV160D构建16位的Flash存储器系统，其存储容量为2MB。AM29LV160D的封装为TSOP48，供电电压3.3V，数据宽度为1M×16bit位。片选线nCE信号与S3C44B0X的Bank0片选端nGCS0连接。在实际设计中该Flash存储器配置到S3C44B0X的ROM/SRAM Bank0，OM[1:0]应配置为“01”，地址总线A[19:0]与S3C44B0X的地址总线ADDR[20:1]相连，16位数据总线DQ[15:0]与S3C44B0X的低16位数据总线DATA[15:0]相连，电路连接按16位访问模式连接。对应的地址范围从0x00000000到0x001FFFFF。图4是 S3C44B0X的线性Flash设计电路图。
图4 S3C44B0X的线性Flash设计电路图
5.2 SDRAM（系统内存）的设计
SDRAM存储器为操作系统或应用程序运行时的主要区域。与Flash存储器相比较，SDRAM不具有掉电保持数据的特性，但其存取速度大大高于Flash存储器，且具有随机读写的属性。因此SDRAM在系统中主要用作程序的运行空间、数据区及堆栈区，可大大提高程序运行速度。系统加电运行时，S3C44B0X的Boot Loader引导程序可以将操作系统或应用程序从低速的Flash中装载到高速SDRAM中，装载后程序在高速SDRAM中全速运行。
目前常用的SDRAM为8位/16位的数据宽度，本系统中采用韩国现代公司的HY57V641620HG芯片来构建16位SDRAM存储器系统。其存储容量为4组×16M位（共8M字节），工作电压为3.3V，支持自动刷新和自刷新。将其配置到S3C44B0X的Bank6，即将S3C44B0X的nSCS0引脚接至HY57V641620HG的CS端，对应的地址范围是：0x0c000000－0x0c7FFFFF。采用HY57V641620HG是实现大存储密度和高带宽存储器应用的理想解决方案。
6 以太网络接口设计
本系统采用RTL8019AS对S3C44B0X进行以太网口扩展。RTL8019AS是台湾REALTEK公司的产品，RTL8019AS是性价比较高、带有即插即用功能的全双工以太网控制器。RTL8019AS有三种工作方式。在嵌入式应用中，如果不使用93C46芯片（64×16位的EEPROM）来存储
图5 S3C44B0X和以太网芯片RTL8019AS接口电路图
资源配置信息和ID参数，就可以降低成本，同时又减少连线，因此通常采用跳线工作方式。网卡的I/O基址由IOS3、IOS2、IOS1和IOS0决定。RTL8019AS中集成了两块RAM，一块16KB，地址为0x4000～0x7FFF；一块32字节，地址为0x0000～0x001F。RAM按页存储，每256字节为一页[6]。一般将第0页称为PROM，用于存放网卡地址，它是网卡复位时从93C46里读出来的。但由于本板没有使用93C46，因此也没有使用PROM。这时要编程自已指定一个网卡地址，写入到MAR0～MAR5内。16KB的RAM则用作收发数据的缓冲区，一般将0x4000～0x46FF作为发送缓冲区，0x4700～0x7FFF作为接收缓冲区。20F001是以太网的双绞线驱动/接收器，内有四个变压器，RJ-45是以太网的物理接口。图5是S3C44B0X和以太网芯片RTL8019AS的接口电路图。
7小结
本文作者创新点：本设计充分利用了S3C44B0X全面的、丰富的片上资源，从而实现了和MF RC500芯片的直接接口，可以在S3C44B0X上通过编程直接控制MF RC500芯片对电子标签进行读、写操作。另外，本系统还采用以太网芯片RTL8019AS对S3C44B0X进行以太网口扩展，使得系统能够连接Internet网络，进一步增强了系统的功能。
参 考 文 献
[1] 游战清，李苏剑.无线射频识别技术（RFID）理论与应用[M].北京:电子工业出版社，2004.1～19.
[2] PHILIPS. Highly Integrated ISO14443A Reader IC [DB/OL].January 2001.www.51kaifa.com
[3] PHILIPS. Design of MF RC500 Matching Circuits and Antennas [DB/OL].March 2001.
[4] 胡林峰，须文波．基于嵌入式系统的隔离硬件设计[J]．微计算机信息，2006，32：12-14.
[5] SAMSUNG Electronic.S3C44B0X Controller Data Sheet [DB/OL].January 2003.
[6] 田泽.嵌入式系统开发与应用试验教程[M]（第2版）.北京:北京航空航天大学出版社，2005.248～255.