CN102663458B - 一种应用软件实现的多核uhf rfid读写器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种应用软件实现的多核UHF？RFID读写器，其主要包括：1、射频模块，有射频天线切换模块，射频收、发模块，射频调制、解调模块以及多个天线，2、协议栈：完成相关协议的编码、解码及路由选择工作，承接于业务逻辑层，作用于射频模块的射频调制、解调模块；3、业务逻辑层：包括嵌入式OS，基于嵌入式OS的“多核”应用模式；4、适配接口：是读写器与控制端的通信接口。本发明在实现“多核”的基础上，完成了真正意义上多协议多标签识别功能，首次实现了分布式的任务处理机制，有效地提升了读写器性能，将读写器的资源得到充分的利用。

Description

一种应用软件实现的多核UHF RFID读写器

技术领域

本发明涉及一种UHF RFID读写器，具体是一种应用软件实现的多核UHF RFID读写器。

背景技术

射频自动识别（RFID）技术是国际上最近几年开始兴起并得到迅速推广应用的一门新技术。

射频识别设备通过微波天线向装有电子标签的物体发出微波查询信号，标签在收到读写器的查询信号后，根据查询信号中的命令要求，将标签中的数据信息反射回读写器，它是为实现数字化、信息化而对物体的属性、状态、编号等特征数据进行自动采集所推出的一种全新手段，可广泛应用于人员、动物、物品的身份自动识别。

现有的UHF RFID识别设备都是一对一的单一交互模式，无法满足一些特殊场合的应用，要实现多对多或一对多的应用，目前的方案就只能增加UHF RFID识别设备，这无疑增加的用户的经济负担和项目施工的复杂度。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种利用软件实现的多核UHF RFID读写器，有效地提升了读写器性能，将读写器的资源得到充分的利用。

本发明所述的一种应用软件实现的多核UHF RFID读写器，其主要由以下部分组成：

1）射频模块：包括射频天线切换模块，射频收、发模块，射频调制、解调模块以及多个天线，其中：

天线切换模块：当多个天线工作时，完成天线的切换工作；

射频收、发模块：完成射频信号在读写器和标签之间的接收和发送；

射频调制、解调模块：完成基带信号的调制和解调工作；射频调制承接于协议层，将协议编码后的基带信号调制到载波信号上；射频解调承接于射频接收模块，将载波信号上的基带信号解调下来，同时将信号放大，交由协议层完成信号解调工作；

2）协议栈： 完成相关协议的编码、解码及路由选择工作，承接于业务逻辑层，作用于射频模块的射频调制、解调模块；

3）业务逻辑层：包括

嵌入式OS、规则管理模块，以及

基于嵌入式OS 的多核应用模式，该模式用于实现多场景应用，具有多协议多标签识别功能以及分布式的任务处理机制，该模式由规则管理模块部分负责实现并管理；

4）适配接口：是读写器与控制端的通信接口。

上述协议栈的工作过程为：

首先按照符合ISO18000-6C或ISO18000-6B的协议进行编码，其中，ISO18000-6C采用PIE编码，ISO18000-6B采用Manchester编码，编码完成后，交于射频调制模块；

之后，当对应的电子标签响应后，将返回射频信号，由射频接收模块接收，并交由射频解调模块进行基带信号的解调工作，最后由协议层完成信号的解码。其中，ISO18000-6C和ISO18000-6B均采用FM0编码格式进行解码工作。

上述业务逻辑层嵌入式OS最好采用开源的Linux系统。

上述基于嵌入式OS 的多核应用模式过程为：系统启动后，由规则管理模块开启线程池，并根据参数表中天线参数的配置情况，来确定系统需要开启的线程个数，每个线程在线程池中均各自独立工作。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1、首次提出，并实现了“软多核”的应用模式，有效地提升了读写器性能的同时，也为实际的项目实施中实现创新应用起到很好的诱导作用。

2、首次实现了UHF RFID读写器的“多协议多标签识别”，有效解决了实际工程项目中对实时多协议多标签的识别要求。

3、首次实现了读写器的分布式计算功能，在实际工程应用中，将读写器的资源得到充分的利用。

综上所述，针对一些特殊项目的应用，采用本发明设计的读写器就无需增加UHF RFID识别读写器，这将在减轻用户的经济负担的同时，也大大地降低了用户在项目实施时的工程复杂度。

附图说明

图1是本发明的逻辑框图，

图2是本发明中编、解码的流程图，

图3是一次多协议多标签识别流程图，

图4 是“软多核”工作机制框图，

图5 是基于多核的“一对多”工作示意图，

图6 是基于多核的“多对多”工作示意图，

图7 是基于多核的“分布式”工作示意图。

具体实施方式

    以下结合附图，对本发明进行详细的描述。

    1.本发明的逻辑结构

    如图1所示，一种UHF RFID读写器的“软多核”应用方案的总体结构，主要包括：射频模块，协议栈，业务逻辑，适配接口。

    射频模块：主要包括射频天线切换模块，射频收、发模块，射频调制、解调模块。

    天线切换模块：当多天线工作时，其主要完成天线的切换工作。其采用“单刀四掷”射频开关，并由软件设置完成开关选择控制。

如“00” “01” “10” “11”控制四路开关量，分别对应于天线1，天线2，天线3，天线4。在本发明中只用其中两路开关量。

    射频收、发模块：是介于读写器和标签之间的，完成射频信号在读写器和标签之间的接受和发送。

如图2“编解码流程”所示。

    射频调制、解调模块：主要完成基带信号的调制和解调工作。射频调制承接于协议层，将协议编码后的基带信号调制到载波信号上；射频解调承接于射频接收模块，将载波信号上的基带信号解调下来，同时将信号放大，交由协议层完成信号解调工作。

协议栈： 主要完成18000-6C ，18000-6B及其他相关协议的编码、解码及路由选择工作，承接于业务逻辑层，作用于射频模块的射频调制、解调模块。其完全符合ISO制定的空中接口协议标准。

首先按照符合ISO18000-6C或ISO18000-6B，亦或其他的协议进行编码，其中，ISO18000-6C采用PIE编码，ISO18000-6B采用Manchester编码，编码完成后，交于射频调制模块。

之后，标签响应后，将返回射频信号，由射频接收模块接收，并交由射频解调模块进行基带信号的解调工作，最后由协议层完成信号的解码。其中，ISO18000-6C和ISO18000-6B均采用FM0编码格式进行解码工作。

业务逻辑：主要包括嵌入式OS，“软核”，规则管理。嵌入式OS选择了开源的Linux。选择Linux，其优势在于，首先，Linux是开放源代码的，不存在黑箱技术。其次，Linux的内核小、效率高，内核的更新及时。第三，Linux内核的结构在网络方面是非常完整的，Linux对网络中最常用的TCP/IP协议有最完备的支持。提供了包括十兆、百兆、千兆的以太网络性能优异。最后，基于Linux的开发，软件移植容易，代码开放，有许多应用软件支持，应用产品开发周期短，新产品上市迅速。

图3是一次多协议多标签识别流程.

    适配接口：主要包括常见的通信接口，以太网，RS232,USB等。

是读写器与控制端的通信接口。

如图4所示，“软多核”则是基于嵌入式OS 的多线程技术，通过多线程技术实现的，其由规则管理部分负责实现、并管理的一种“软多核”的工作机制。系统启动后，由规则管理开启线程池，并根据参数表中天线参数的配置情况，来确定系统需要开启的线程个数，每个线程在线程池中均可各自独立工作。

     2、本发明的详细分析

本发明的逻辑控制选择性能卓越的嵌入式OS作为逻辑业务控制驱动器，采用嵌入式OS 作为逻辑驱动器，优于传统的“裸片”驱动。同时基于嵌入式OS，实现“软多核”场景应用，即基于嵌入式OS 的多线程技术，来实现逻辑业务控制上的“软多核”场景应用。

在实现“软多核”场景应用后，同时将传统的读写器应用革新为多对多或一对多的模式。这是对传统读写器的单一的一对一交互应用的一次变革。即当读写器采集到数据后，可以实现多路分发，将数据上传到指定的不同的服务器端，实现工作机与备份机的数据同步。而传统的方式，只能一对一的完成数据同步。本发明可以实现“双核”，“四核”的多对多或一对多的交互场景应用。“软核”的个数根据读写器的天线个数来确定，并统一由逻辑业务层的规则管理模块配置、管理。

 “软多核”工作机制，是实现真正意义上的“多协议多标签”的实时识别的基础，同时其也是“分布式计算”的充分必要条件。

 需要特别说明的是，当前人们提及的读写器，其支持“多协议识别”指的是：读写器支持标签的多协议识别，但同一个时刻，只能识别一种协议的标签。当需要识别另一种协议的标签时，通常需要通过修改参数来完成协议的切换，在切换完成后，此时读写器才能识别另一种协议的标签。

如图5和图6所示，本发明实现的“多协议多标签识别”，是指读写器可以同时识别多种协议的标签。换句话说，就是当场强内同时存在多种协议的标签时，本发明的读写器也可以将场强范围内的多种协议（读写器支持的，通常指最少两种协议）的标签都识别出来，图5 是基于多核的“一对多”工作示意图，图6 是基于多核的“多对多”工作示意图。

如图7所示，通过“软多核”工作机制，读写器直接可以实现互联完成分布式计算，实现计算、内存的资源共享。具体来说，就是当一个应用场景中部署多台读写器后，工作密度较高的读写器，可以将部分计算任务分发给工作密度较低的读写器去执行，最后将计算结果返回给工作密度较高的读写器。其他资源的共享机制与计算资源的共享机制一致。“分布式计算”工作机制在读写器上的实现，则也是业内首创，其目的就是在集群应用模式下，当部署了读写器后，可以实现集群内的读写器的计算能力，内存资源等共享。

举例：

当一个应用场景中部署两台读写器（假设一台(A读写器)4天线，一台(B读写器)2天线），当两台读写器都处于工作状态，B读写器可以完全负责A读写器的4个天线中的1个天线的射频信号收发工作，并将其负责的天线端口采集的数据计算后的结果返回给A读写器。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种应用软件实现的多核UHF RFID读写器，其特征在于主要由以下部分组成：

1）射频模块：包括射频天线切换模块，射频收、发模块，射频调制、解调模块以及多个天线，其中：

天线切换模块：当多个天线工作时，完成天线的切换工作；

射频收、发模块：完成射频信号在读写器和标签之间的接收和发送；

射频调制、解调模块：完成基带信号的调制和解调工作；射频调制承接于协议层，将协议编码后的基带信号调制到载波信号上；射频解调承接于射频接收模块，将载波信号上的基带信号解调下来，同时将信号放大，交由协议层完成信号解码工作；

2）协议栈： 完成相关协议的编码、解码及路由选择工作，承接于业务逻辑层，作用于射频模块的射频调制、解调模块；

3）业务逻辑层：包括

嵌入式OS、规则管理模块，以及

基于嵌入式OS 的多核应用模式，该模式用于实现多场景应用，具有多协议多标签识别功能以及分布式的任务处理机制，该模式由规则管理模块部分负责实现并管理；

4）适配接口：是读写器与控制端的通信接口；

其工作过程为：

步骤1 ：读写器启动后，由规则管理完成相关规则约束，而软核数的确认由天线个数来确定；

步骤2 ：启动软核后，开始接受命令，并解释命令类型和参数；

步骤3：在前两步的基础上，由协议栈层完成路由选择，并通过调制模块、发射模块，天线切换模块由天线将射频信号发射到场强内标签；

步骤4 ：场强内标签收到射频信号后，将其存储的数据，通过反向链路，即天线、天线切换模块，接收模块，解调模块，将数据返回给读写器业务逻辑层；

步骤5 ：业务逻辑层将数据解析后返回，此时，一次识别任务完成，该软核交出控制权。

2.根据权利要求1所述的应用软件实现的多核UHF RFID读写器，其特征在于协议栈的工作过程为：

首先按照符合ISO18000-6C或ISO18000-6B的协议进行编码，其中，ISO18000-6C采用PIE编码，ISO18000-6B采用Manchester编码，编码完成后，交于射频调制模块；

之后，当对应的电子标签响应后，将返回射频信号，由射频接收模块接收，并交由射频解调模块进行基带信号的解调工作，最后由协议层完成信号的解码，其中，ISO18000-6C和ISO18000-6B均采用FM0编码格式进行解码工作。

3.根据权利要求1或2所述的应用软件实现的多核UHF RFID读写器，其特征在于业务逻辑层嵌入式OS采用开源的Linux系统。

4. 根据权利要求1或2所述的应用软件实现的多核UHF RFID读写器，其特征在于基于嵌入式OS 的多核应用模式过程为：系统启动后，由规则管理模块开启线程池，并根据参数表中天线参数的配置情况，来确定系统需要开启的线程个数，每个线程在线程池中均各自独立工作。