CN103218333A - 一种uhf多协议rfid读写器基带信号处理ip核及其工作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种UHF多协议RFID读写器基带信号处理IP核,所述IP核采用verilog语言编写,分模块化设计,所述IP核包括总线接口、寄存器映射单元、发送逻辑模块、接收逻辑模块、CRC-5发生逻辑模块、CRC-16发生与校验逻辑模块、编码模块和解码模块和时钟分频模块。本发明还涉及一种上述IP核的工作方法。本发明与现有方案相比,具有良好的可扩展性、可裁剪性、可移植性,成本低而且能够从硬件层面上实现同时读取ISO/IEC18000-6B和ISO/IEC18000-6C协议的电子标签,所述IP核可以在硬件层面完成两种协议的自动转换应用,该应用是本发明的创新点之一。在相关领域中,具有广阔的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及一种UHF多协议RFID读写器基带信号处理IP核及其工作方法,属于片上系统(SOC)、射频识别(RFID)的技术领域。
技术背景
射频识别(RFID)是近年来发展起来的新兴技术,它指的是通过射频信号识别特定目标并读写相关目标存储的数据,而无需在识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触。超高频射频识别(UHF RFID)是工作在860MHz~960MHz频段的射频识别技术,广泛应用于产品供应链、集装箱。最基本的RFID系统是由读写器和电子标签构成,电子标签具有唯一的编号,它一般安装在识别对象上。当识别对象进入读写器的读取范围时,读写器和电子标签之间会建立起射频通信链路,经过一系列的命令交互,电子标签会向读写器发送自身信息,如唯一的电子标签编号和所存储的数据等。生产自动化以及物流包裹的管理和应用等方面上。目前国际最通用的UHF频段RFID协议主要是ISO/IEC18000-6系列(包括Type A/B/C三部分,其中Type C也就是EPC Global C1G2),比较常见的是Type B/C两种协议。目前市场上的超高频读写器度采用SOC或专用芯片来制作完成,如Intel公司的R1000、R2000,wJ公司的WJ200,奥地利微电子AG公司的AS3990、AS3991、AS3992等。而在读取ISO/IEC18000-6B和ISO/IEC18000-6C两种协议的电子标签上,多采用软件编程的解决方案。在上述宣存技术方案中,都是采用集成元器件完成射频信号的编码、调制、解调以及解码,成本很高而且不能进行自由裁剪,并且当同时读取ISO/IEC18000-6B或6C的电子标签的时候,只能通过软件形式进行协议转换。因此随着UHF RFID应用的逐步推广和普及,还缺少一种可移植性优良、价格低廉且能够支持UHF频段多协议RFID的IP核。
发明内容
针对现有技术的不足,本发明提供了一种UHF多协议RFID读写器基带信号处理IP核,其中所述的多协议是指ISO/IEC18000-6B和6C协议。
本发明还涉及一种上述IP核的工作方法。
本发明的技术方案在于:
一种UHF多协议RFID读写器基带信号处理IP核,所述IP核采用verilog语言编写,分模块化设计,所述IP核包括总线接口、寄存器映射单元、发送逻辑模块、接收逻辑模块、CRC-5发生逻辑模块、CRC-16发生与校验逻辑模块、编码模块和解码模块和时钟分频模块;
所述寄存器映射单元通过寄存器接口和总线接口相连,所述寄存器映射单元中的控制寄存器组和状态寄存器组分别与发送逻辑模块和接收逻辑模块相连,所述控制寄存器组用来控制发送逻辑模块和接收逻辑模块,所述状态寄存器组用来表示所述IP核在工作过程中的各种状态;所述发送逻辑模块和接收逻辑模块通过时钟分频模块相连;所述时钟分频模块还分别为发送逻辑模块和接收逻辑模块提供时钟信号;
所述发送逻辑模块与所述编码模块相连;所述接收逻辑模块与所述编码模块相连;所述编码模块包括帧同步码发生器、前同步码发生器、PIE编码逻辑、帧头发生器、分隔符发生器、Manchester编码逻辑和多路选择开关;
所述发送逻辑模块调用CRC-16发生与校验逻辑模块以及CRC-5发生逻辑模块,所述接收逻辑模块只能调用CRC-16发生与校验逻辑模块;所述发送逻辑模块对外提供P信号,用来对外部连接的射频板进行功率控制;
所述的一种UHF多协议RFID读写器基带信号处理IP核的信号输出端还包括用于正交调制2路基带信号的输出I通道和输出Q通道;所述的输出I通道和输出Q通道中的基带信号经过DAC(数字-模拟转换器)进行数模转换后,再经正交调制、带通滤波以及功率放大之后,被送入天线,完成UHF RFID(超高频射频识别)的发射;
所述的一种UHF多协议RFID读写器基带信号处理IP核的信号输入端还包括输入I通道和输入Q通道两路,构成接收通道;当天线接收到的UHF RFID(超高频射频识别)电子标签反馈信号经过正交解调并且低噪声放大和低通滤波,通过相应的ADC(模拟-数字转换器)进行模数转换后,最后通过信号输入端进入所述IP核完成解码过程。
根据本发明优选的,所述一种UHF多协议RFID读写器基带信号处理IP核通过寄存器接口和总线接口与需挂载的总线相连,构成SOC或者ASIC芯片。如图1所示。
一种上述UHF多协议RFID读写器基带信号处理IP核的工作方法,包括步骤如下:
(1)CPU核通过系统总线将所述IP核进行复位;
(2)CPU核通过系统总线配置所述IP核中的控制寄存器组,包括协议选择寄存器、读命令启用寄存器、写命令启用寄存器、防碰撞启用寄存器、防碰撞Q值寄存器、链接速率控制寄存器以及盘存和读写过程中每一个详细命令的具体参数配置寄存器;所配置的寄存器将在盘存开始后对盘存过程及读过程、写过程产生影响;
(3)CPU核通过配置盘存开始寄存器,开始一个盘存过程;
(4)在步骤(2)中,CPU核要通过配置协议选择寄存器来选择相应UHF RFID协议;通过配置协议选择寄存器,CPU可以选择只盘存ISO/IEC18000-6B协议的电子标签、只盘存ISO/IEC18000-6C协议的电子标签或者同时间隔轮流盘存两种协议的电子标签;
(5)在步骤(2)中,CPU核通过配置防碰撞启用寄存器来控制是否进行多标签读写过程,同时要配置防碰撞Q值寄存器以作为防碰撞参数,如果没有进行Q值寄存器的配置,则防碰撞Q值寄存器选用符合协议的默认值;IP核将根据配置依次盘存完所有符合要求的电子标签,完成盘存过程,并将盘存到的电子标签数量和电子标签编号保存在IP核的ISO/IEC18000-6B标签数量寄存器、ISO/IEC18000-6B标签编号寄存器和ISO/IEC18000-6C标签数量寄存器、ISO/IEC18000-6C标签编号寄存器中;
(6)在步骤(2)中,CPU核通过配置写命令启用寄存器来控制是否开启一个写过程,并且将相应的写命令参数写入写命令参数寄存器,如果没有进行相应写参数寄存器的配置,则写命令寄存器应选用符合协议的默认值;写过程结束后要更新写命令标志寄存器,设置写过程结束标志位;
(7)在步骤(2)中,CPU核通过配置读命令启用寄存器来控制是否开启一个读过程,并且将相应的读命令参数写入读命令参数寄存器,如果没有进行相应读参数寄存器的配置,则读命令寄存器选用符合协议的默认值;读过程结束后要更新读命令标志寄存器,设置读过程结束标志位,以及将读取到的数据写入已读数据寄存器;如果IP核已经启动了一个写过程,则IP核要自动启动一个读过程,以再次读取写入的数据,并与要求的读命令参数进行比较,用以验证是否成功写入;在该种条件下完成的读过程则要对写命令标志寄存器更新,如果验证成功,则写命令寄存器要设置表示写成功的标志位,如果验证失败,则写命令寄存器要设置表示写失败的标志位;
(8)在步骤(2)中,CPU核通过配置链接速率控制寄存器来控制读写器命令的发送速率;如果没有进行链接速率寄存器的配置,则链接速率寄存器选用符合协议的默认值;
(9)在盘存到读写的每一个过程中,IP核自动对ISO/IEC18000-6B标签数量寄存器、ISO/IEC18000-6B标签编号寄存器、ISO/IEC18000-6C标签数量寄存器、ISO/IEC18000-6C标签编号寄存器、盘存标志寄存器、读命令标志寄存器、写命令标志寄存器、已读数据寄存器以及功能扩展后的额外状态寄存器组进行状态更新;
(10)IP核完成对符合协议的电子标签的盘存或者读、写过程后,盘存标志寄存器、读命令标志寄存器、写命令标志寄存器中都会设有标志位;CPU核通过系统总线查询相应的标志寄存器判断是否完成盘存或读写过程,并将该结果读取出来;如果总线接口支持中断,所述IP核则通过中断来告知CPU核所要求的盘存、读过程、写过程已经完成或者失败。
所述IP核提供的都是数字基带信号,因此只能构成超高频RFID系统的基带部分,若要构成超高频RFID系统,需要连接射频部分。
本发明的优点在于:
本发明所述的一种UHF多协议RFID读写器基带信号处理IP核,与现有方案相比,具有良好的可扩展性、可裁剪性、可移植性,成本低而且能够从硬件层面上实现同时读取ISO/IEC18000-6B和ISO/IEC18000-6C协议的电子标签,所述IP核可以在硬件层面完成两种协议的自动转换应用,该应用是本发明专利的创新点之一。在相关领域中,具有广阔的应用前景。
附图说明
图1是UHF多协议RFID IP核的应用连接结构示意图;
图2是本发明所述一种UHF多协议RFID读写器基带信号处理IP核的架构图;
图3是本发明所述一种UHF多协议RFID读写器基带信号处理IP核的应用流程图。
具体实施方式
下面结合实施例和说明书附图对本发明做详细的说明,但不限于此。
实施例1、
如图2所示。
一种UHF多协议RFID读写器基带信号处理IP核,所述IP核采用verilog语言编写,分模块化设计,所述IP核包括总线接口、寄存器映射单元、发送逻辑模块、接收逻辑模块、CRC-5发生逻辑模块、CRC-16发生与校验逻辑模块、编码模块和解码模块和时钟分频模块;
所述寄存器映射单元通过寄存器接口和总线接口相连,所述寄存器映射单元中的控制寄存器组和状态寄存器组分别与发送逻辑模块和接收逻辑模块相连,所述控制寄存器组用来控制发送逻辑模块和接收逻辑模块,所述状态寄存器组用来表示所述IP核在工作过程中的各种状态;所述发送逻辑模块和接收逻辑模块通过时钟分频模块相连;所述时钟分频模块还分别为发送逻辑模块和接收逻辑模块提供时钟信号;
所述发送逻辑模块与所述编码模块相连;所述接收逻辑模块与所述编码模块相连;所述编码模块包括帧同步码发生器、前同步码发生器、PIE编码逻辑、帧头发生器、分隔符发生器、Manchester编码逻辑和多路选择开关;
所述发送逻辑模块调用CRC-16发生与校验逻辑模块以及CRC-5发生逻辑模块,所述接收逻辑模块只能调用CRC-16发生与校验逻辑模块;所述发送逻辑模块对外提供P信号,用来对外部连接的射频板进行功率控制;
所述的一种UHF多协议RFID读写器基带信号处理IP核的信号输出端还包括用于正交调制2路基带信号的输出I通道和输出Q通道;所述的输出I通道和输出Q通道中的基带信号经过DAC(数字-模拟转换器)进行数模转换后,再经正交调制、带通滤波以及功率放大之后,被送入天线,完成UHF RFID(超高频射频识别)信号的发射;
所述的一种UHF多协议RFID读写器基带信号处理IP核的信号输入端还包括输入I通道和输入Q通道两路,构成接收通道;当天线接收到的UHF RFID(超高频射频识别)电子标签反馈信号经过正交解调并且低噪声放大和低通滤波,通过相应的ADC(模拟-数字转换器)进行模数转换后,最后通过信号输入端进入所述IP核完成解码过程。
根据本发明优选的,所述一种UHF多协议RFID读写器基带信号处理IP核通过寄存器接口和总线接口与需挂载的总线相连,构成SOC或者ASIC芯片。如图1所示。
实施例2、
如图1-3所示。
将实施例1所述的一种UHF多协议RFID读写器基带信号处理IP核应用在现场可编程门阵列(FPGA)中,在图1中,所示的FPGA配置有UHF多协议RFID读写器基带信号处理IP核以及特定的CPU核与外设,构成SOC芯片,从而成为超高频RFID系统的基带部分,所示的CPU核为8、16或32位开源核(如OR1200核)或授权CPU核(如51核、ARM核)。所述IP核提供的基带信号与射频板进行连接,构成超高频RFID读写系统。
所述IP核应用在现场可编程门阵列(FPGA)中的工作方法,包括步骤(1)-步骤(10):
所述IP核在应用的时候需要添加总线接口,并且与应用系统进行相关总线的匹配修改,具体修改细节根据所应用的系统总线接口而定,属于现有技术;与此同时,所述IP核的寄存器映射单元要求必须有关键的寄存器,用以进行IP核控制、状态转换等,以此来兼容ISO/IEC18000-6B与6C协议,所要求至少具备的关键寄存器包含以下:
a)控制寄存器组里面必须包括协议选择寄存器、盘存开始寄存器、读命令启用寄存器、写命令启用寄存器、防碰撞启用寄存器、防碰撞Q值寄存器、链接速率控制寄存器以及盘存和读写过程中每一个详细命令的具体参数配置寄存器;额外的控制寄存器可以在IP核扩展功能以及更加详细的命令控制要求下进行添加;
b)状态寄存器组里面必须包括ISO/IEC18000-6B标签数量寄存器、ISO/IEC18000-6B标签编号寄存器、ISO/IEC18000-6C标签数量寄存器、ISO/IEC18000-6C标签编号寄存器、盘存标志寄存器、读命令标志寄存器、写命令标志寄存器、已读数据寄存器;额外的状态寄存器在IP核功能扩展以及更加详细的状态要求下添加;如果总线接口支持中断,应有与中断相关的寄存器和中断信号用以告知CPU核;
所述IP核可以在硬件层面完成两种协议的自动转换应用,该应用是本发明专利的创新点之一。该转换通过协议选择寄存器的配置完成,协议选择寄存器是所述IP核强制要求的控制寄存器之一,至少需要2位数据来进行3种协议选择,包括只读取ISO/IEC18000-6B协议的电子标签、只读取ISO/IEC18000-6C协议的电子标签以及同时读取两种协议的电子标签;协议选择寄存器具有系统默认值,在未配置该寄存器的时候,IP核默认选择自动轮询ISO/IEC18000-6B和18000-6C类型的电子标签;
所述8、16或32位的CPU核通过系统总线进行对所述IP核的寄存器读写,从而完成超高频多协议RFID的盘存和读写;如图3给出了该UHF多协议RFID IP核的应用流程图,所述IP核的具体启动步骤如下:
(1)CPU核通过系统总线将所述IP核进行复位;
(2)CPU核通过系统总线配置所述IP核中的控制寄存器组,包括协议选择寄存器、读命令启用寄存器、写命令启用寄存器、防碰撞启用寄存器、防碰撞Q值寄存器、链接速率控制寄存器以及盘存和读写过程中每一个详细命令的具体参数配置寄存器;所配置的寄存器将在盘存开始后对盘存过程及读过程、写过程产生影响。
(3)CPU核通过配置盘存开始寄存器,开始一个盘存过程;
(4)在步骤(2)中,CPU核要通过配置协议选择寄存器来选择相应UHF RFID协议。通过配置协议选择寄存器,CPU可以选择只盘存ISO/IEC18000-6B协议的电子标签、只盘存ISO/IEC18000-6C协议的电子标签或者同时间隔轮流盘存两种协议的电子标签;
(5)在步骤(2)中,CPU核通过配置防碰撞启用寄存器来控制是否进行多标签读写过程,同时要配置防碰撞Q值寄存器以作为防碰撞参数,如果没有进行Q值寄存器的配置,则防碰撞Q值寄存器选用符合协议的默认值;IP核将根据配置依次盘存完所有符合要求的电子标签,完成盘存过程,并将盘存到的电子标签数量和电子标签编号保存在IP核的ISO/IEC18000-6B标签数量寄存器、ISO/IEC18000-6B标签编号寄存器和ISO/IEC18000-6C标签数量寄存器、ISO/IEC18000-6C标签编号寄存器中;
(6)在步骤(2)中,CPU核通过配置写命令启用寄存器来控制是否开启一个写过程,并且将相应的写命令参数写入写命令参数寄存器,如果没有进行相应写参数寄存器的配置,则写命令寄存器应选用符合协议的默认值;写过程结束后要更新写命令标志寄存器,设置写过程结束标志位;
(7)在步骤(2)中,CPU核通过配置读命令启用寄存器来控制是否开启一个读过程,并且将相应的读命令参数写入读命令参数寄存器,如果没有进行相应读参数寄存器的配置,则读命令寄存器选用符合协议的默认值;读过程结束后要更新读命令标志寄存器,设置读过程结束标志位,以及将读取到的数据写入已读数据寄存器;如果IP核已经启动了一个写过程,则IP核要自动启动一个读过程,以再次读取写入的数据,并与要求的读命令参数进行比较,用以验证是否成功写入;在该种条件下完成的读过程则要对写命令标志寄存器更新,如果验证成功,则写命令寄存器要设置表示写成功的标志位,如果验证失败,则写命令寄存器要设置表示写失败的标志位。
(8)在步骤(2)中,CPU核通过配置链接速率控制寄存器来控制读写器命令的发送速率;如果没有进行链接速率寄存器的配置,则链接速率寄存器选用符合协议的默认值;
(9)在盘存到读写的每一个过程中,IP核自动对ISO/IEC18000-6B标签数量寄存器、ISO/IEC18000-6B标签编号寄存器、ISO/IEC18000-6C标签数量寄存器、ISO/IEC18000-6C标签编号寄存器、盘存标志寄存器、读命令标志寄存器、写命令标志寄存器、已读数据寄存器以及功能扩展后的额外状态寄存器组进行状态更新;
(10)IP核完成对符合协议的电子标签的盘存或者读、写过程后,盘存标志寄存器、读命令标志寄存器、写命令标志寄存器中都会设有标志位;CPU核通过系统总线查询相应的标志寄存器判断是否完成盘存或读写过程,并将该结果读取出来;如果总线接口支持中断,所述IP核则通过中断来告知CPU核所要求的盘存、读过程、写过程已经完成或者失败。
所述IP核提供的都是数字基带信号,因此只能构成超高频RFID系统的基带部分,若要构成超高频RFID系统,需要连接射频部分。
Claims (3)
1.一种UHF多协议RFID读写器基带信号处理IP核,其特征在于,所述IP核采用verilog语言编写,分模块化设计,所述IP核包括总线接口、寄存器映射单元、发送逻辑模块、接收逻辑模块、CRC-5发生逻辑模块、CRC-16发生与校验逻辑模块、编码模块和解码模块和时钟分频模块;
所述寄存器映射单元通过寄存器接口和总线接口相连,所述寄存器映射单元中的控制寄存器组和状态寄存器组分别与发送逻辑模块和接收逻辑模块相连,所述控制寄存器组用来控制发送逻辑模块和接收逻辑模块,所述状态寄存器组用来表示所述IP核在工作过程中的各种状态;所述发送逻辑模块和接收逻辑模块通过时钟分频模块相连;所述时钟分频模块还分别为发送逻辑模块和接收逻辑模块提供时钟信号;
所述发送逻辑模块与所述编码模块相连;所述接收逻辑模块与所述编码模块相连;所述编码模块包括帧同步码发生器、前同步码发生器、PIE编码逻辑、帧头发生器、分隔符发生器、Manchester编码逻辑和多路选择开关;
所述发送逻辑模块调用CRC-16发生与校验逻辑模块以及CRC-5发生逻辑模块,所述接收逻辑模块只能调用CRC-16发生与校验逻辑模块;所述发送逻辑模块对外提供P信号,用来对外部连接的射频板进行功率控制;
所述的一种UHF多协议RFID读写器基带信号处理IP核的信号输出端还包括用于正交调制2路基带信号的输出I通道和输出Q通道;所述的输出I通道和输出Q通道中的基带信号经过DAC(数字-模拟转换器)进行数模转换后,再经正交调制、带通滤波以及功率放大之后,被送入天线,完成UHF RFID(超高频射频识别)的发射;
所述的一种UHF多协议RFID读写器基带信号处理IP核的信号输入端还包括输入I通道和输入Q通道两路,构成接收通道;当天线接收到的UHF RFID(超高频射频识别)电子标签反馈信号经过正交解调并且低噪声放大和低通滤波,通过相应的ADC(模拟-数字转换器)进行模数转换后,最后通过信号输入端进入所述IP核完成解码过程。
2.根据权利要求1所述的一种UHF多协议RFID读写器基带信号处理IP核,其特征在于,所述一种UHF多协议RFID读写器基带信号处理IP核通过寄存器接口和总线接口与需挂载的总线相连,构成SOC或者ASIC芯片。
3.一种如权利要求1所述UHF多协议RFID读写器基带信号处理IP核的工作方法,其特征在于,该方法包括步骤如下:
(1)CPU核通过系统总线将所述IP核进行复位;
(2)CPU核通过系统总线配置所述IP核中的控制寄存器组,包括协议选择寄存器、读命令启用寄存器、写命令启用寄存器、防碰撞启用寄存器、防碰撞Q值寄存器、链接速率控制寄存器以及盘存和读写过程中每一个详细命令的具体参数配置寄存器;
(3)CPU核通过配置盘存开始寄存器,开始一个盘存过程;
(4)在步骤(2)中,CPU核要通过配置协议选择寄存器来选择相应UHF RFID协议;通过配置协议选择寄存器,CPU可以选择只盘存ISO/IEC18000-6B协议的电子标签、只盘存ISO/IEC18000-6C协议的电子标签或者同时间隔轮流盘存两种协议的电子标签;
(5)在步骤(2)中,CPU核通过配置防碰撞启用寄存器来控制是否进行多标签读写过程,同时要配置防碰撞Q值寄存器以作为防碰撞参数,如果没有进行Q值寄存器的配置,则防碰撞Q值寄存器选用符合协议的默认值;IP核将根据配置依次盘存完所有符合要求的电子标签,完成盘存过程,并将盘存到的电子标签数量和电子标签编号保存在IP核的ISO/IEC18000-6B标签数量寄存器、ISO/IEC18000-6B标签编号寄存器和ISO/IEC18000-6C标签数量寄存器、ISO/IEC18000-6C标签编号寄存器中;
(6)在步骤(2)中,CPU核通过配置写命令启用寄存器来控制是否开启一个写过程,并且将相应的写命令参数写入写命令参数寄存器,如果没有进行相应写参数寄存器的配置,则写命令寄存器应选用符合协议的默认值;写过程结束后要更新写命令标志寄存器,设置写过程结束标志位;
(7)在步骤(2)中,CPU核通过配置读命令启用寄存器来控制是否开启一个读过程,并且将相应的读命令参数写入读命令参数寄存器,如果没有进行相应读参数寄存器的配置,则读命令寄存器选用符合协议的默认值;读过程结束后要更新读命令标志寄存器,设置读过程结束标志位,以及将读取到的数据写入已读数据寄存器;如果IP核已经启动了一个写过程,则IP核要自动启动一个读过程,以再次读取写入的数据,并与要求的读命令参数进行比较,用以验证是否成功写入;在该种条件下完成的读过程则要对写命令标志寄存器更新,如果验证成功,则写命令寄存器要设置表示写成功的标志位,如果验证失败,则写命令寄存器要设置表示写失败的标志位;
(8)在步骤(2)中,CPU核通过配置链接速率控制寄存器来控制读写器命令的发送速率;如果没有进行链接速率寄存器的配置,则链接速率寄存器选用符合协议的默认值;
(9)在盘存到读写的每一个过程中,IP核自动对ISO/IEC18000-6B标签数量寄存器、ISO/IEC18000-6B标签编号寄存器、ISO/IEC18000-6C标签数量寄存器、ISO/IEC18000-6C标签编号寄存器、盘存标志寄存器、读命令标志寄存器、写命令标志寄存器、已读数据寄存器以及功能扩展后的额外状态寄存器组进行状态更新;
(10)IP核完成对符合协议的电子标签的盘存或者读、写过程后,盘存标志寄存器、读命令标志寄存器、写命令标志寄存器中都会设有标志位;CPU核通过系统总线查询相应的标志寄存器判断是否完成盘存或读写过程,并将该结果读取出来;如果总线接口支持中断,所述IP核则通过中断来告知CPU核所要求的盘存、读过程、写过程已经完成或者失败。
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