0 引言

無線射頻識別技術（Radio Frequency IdentifICati on，RFID）是一種非接觸式的自動識別技術，它通過射頻信號自動識別目標對象并獲取數據信息，識別無須人工干預，可工作于各種惡劣環境，并可同時識別多個目標對象，操作快捷方便。一般的RFID 系統由電子標簽（Tag）、閱讀器（Reader）、天線（Antenna）三大部分組成。與現在廣泛應用的條形碼技術相比，電子標簽具有防水、防磁、耐高溫、使用壽命長、數據可加密、讀取距離遠、多目標識別和可重復使用等優勢，因而它比條形碼的應用范圍更廣，使用更方便。目前，RFID技術已經廣泛應用于動物身份標識、門禁管制、倉儲物流管理、航空行李分揀和高速公路自動收費等領域。在檢驗檢疫監管信息平臺中，為確保輸港澳的所有動物都是受監控和符合質量要求的，而傳統的動物身份標識容易丟失信息，不易讀取識別，因此運用RFID 技術可以為每個動物個體提供唯一的身份認證，記錄動物的譜系背景以及其在整個生命周期中的飼養履歷，并可追蹤到運輸、加工、銷售等下游環節的相關信息，從而形成一條詳盡的產、供、銷信息鏈，為動物管理及食品溯源追蹤發揮重要作用。作者簡介：張宗平（1977-），男，廣東南雄人，理學學士，廣東出入境檢驗檢疫局信息中心工程師。主要研究方向為：DSS 系統相關及OLTP 業務系統建設、維護，嵌入式系統應用技術等。

檢驗檢疫監管信息系統以“高性能嵌入式微處理器+RFID讀寫模塊+GPRS/CDMA無線模塊” 的系統架構取代了傳統的監管信息系統設計方案，此方案雖然硬件成本稍高，需要高性能嵌入式微處理器來支持嵌入式操作系統，但可以實現豐富協議接口，便于移植和向高端系統應用升級，同時更加便于數據采集與遠程監控的實現。這樣不僅可以利用ARM 芯片豐富的片內、片外資源簡化系統硬件結構，更為方便的是，可以通過運行嵌入式操作系統來實現豐富協議接口，減小實際應用的開發難度且便于向高端系統應用升級。

1 硬件結構

本系統選用SAMSUNG 公司的S3C44B0X 處理器，該處理器是一款ARM7 系列的處理器，工作頻率66MHz，片上集成8KB cache、存儲控制器、LCD控制器、4通道DMA、2通道UART 、1 通道I 2C、1 通道I2S、5 通道PWM 定時器、1 通道內部定時器、看門狗、8 通道10 位ADC、71 個通用IO 口（復用）、8 通道外中斷源、RTC 和片上時鐘產生器。重要的是，這塊芯片含有非常豐富的片上資源，幾乎所有常用的芯片級總線結構都有對應的硬件控制器，在做外圍擴展時非常方便;66MHz 的工作主頻對應的信號上升時間在2ns 左右，對應的集總模型尺寸分界點為60cm，而實際設計中最大板子的尺寸為17cm×11cm， 因此不用過多的考慮分布效應的影響，減少了設計的難度。圖1 是檢驗檢疫監管信息系統的總體硬件結構圖。

圖1 無線現場查驗系統的總體硬件結構圖

其中，FLASH采用的是SST 公司的SST27SF010 片子，因為系統的需要并不是很高，1M對于系統與Boot Loader 的裝載已經能完全能滿足需要了。系統初始化及Boot Loader 存儲在FLASH 中，系統開機從0x000000 地址開始執行，動態存儲設備選用的是現代公司的57V 系列的HY57V641620。考慮到系統不需要很大動態存儲空間，所以選用的是8M 大小的片子。本系統USB 模塊采用SL811HS 芯片，它有兩種工作模式HOST/SLAVE。模式的改變是由該芯片27 腳M/S 的電平值決定，可以通過軟件設置來改變。當置M/S 腳為低電平時，它是HOST 模式，可以直接控制打印機;當置M/S 腳為高電平時，它是SLAVE 模式，可以下載PC 的最新資料，同時可對充電電池充電。系統通過USB 接口連接RFID 讀寫器模塊，讀寫器模塊選用TRF7960 型號的USB 接口RFID 讀寫器模塊，模塊的參數如表1 所示，通過讀寫模塊，實現對電子標簽信息的讀寫功能，同時配置GRPS 或CDMA 模塊，可以將有變化的數據及時上傳到服務器中，確保RFID 標簽的數據與數據庫服務器中的數據同步更新。

2 軟件平臺

2.1 嵌入式操作系統uClinux

uClinux 的系統構架與標準Linux 的架構是完全一致的，它集成了標準Linux 操作系統的穩定性、強大網絡功能和出色的文件系統等主要優點。但是由于沒有MMU，無法使用處理器的虛擬內存管理技術，因此，uClinux 采用實存儲器管理策略，通過地址總線對物理內存進行直接訪問。

2.2 μCLinux 內核功能設計

GPRS/CDMA 的網絡連接是無線數據終端的基礎功能，它是通過PPP（點對點協定）協議來完成的。PPP 是在串行連接的數據鏈路實現IP 以及其他網絡協議的一種機制。嵌入式Linux 的網絡體系結構繼承了Linux 網絡系統具有穩定、高效和功能齊全的優點，同時按照應用的需要進行了適當的移植和配置就能滿足要求，在完成相關內核修改后，需要重新編譯內核。為實現聯網功能，需要增加μCLinux 內核的對NAT 和PPP 的支持，同時需要編寫聯網撥號腳本文件，調試GPRS/CDMA 聯網， 完成系統利用成熟GPRS/CDMA 技術的網絡連接。

3 系統實現

通過對完善增加ARM-Linux 內核的功能后，ARM-Linux 內核已經具有了PPP 和NAT 功能， 同時通過編寫聯網撥號腳本，完成與GPRS/CDMA 網絡連接之后，需要根據設備的具體應用需求開發相關的應用程序。

3.1 NAT 配置

嵌入式Linux 是一種開發源代碼、軟實時、多任務的嵌入式操作系統，通常它是在標準的Linux 的基礎上針對嵌入式系統進行裁減和優化后形成的，而且裁減和優化后的Linux 體積更小，性能更加穩定，因此在許多實際應用中都使用網絡地址轉化技術（NAT）這種最為簡單、常用的方式。

NAT 技術本質上是通過修改IP 包的源地址或目的地址來實現。如果一個節點執行了NAT， 它會修改通過它轉發的IP 包的源地址或者目的地址，并且節點會記住它是怎樣修改了這個包，因此當相應的應答包從另一個方向到達時，它就知道如何反向修改應答包。其中，修改IP 包的源地址常被稱為IP 偽裝技術，當內部網絡節點作為客戶端，需要發起對Internet 的訪問時，就可以采用這種方式。

3.2 系統結構設計

本系統組成簡單，無需復雜布線，主要有系統服務器，客戶端管理，無線手持終端PDA，放行監控閘口等組成。系統結構網絡圖如圖2 所示。

圖2 系統網絡結構圖

系統實現的整個業務流程如圖3 所示，對于合格放行的出境動物，依據放行數量集中制作電子耳標發放給企業并實施耳標的安裝（為方便對放行監控閘口對數據的采集，規定所有電子耳標必須安裝在動物的右耳朵上），加施完畢后須用電子標簽手持設備掃描佩戴的電子標簽，以確保電子標簽加施操作正確無誤。如果在加施過程中電子耳標發生損壞，則需要通過電子耳標手持讀寫器重新生成電子耳標，以替換損壞耳標，同時將新耳標的有關信息通過自帶的無線網絡傳回監管信息數據庫。佩戴電子耳標的出境動物在準備裝車出場時，必須通過供港澳動物電子耳標監裝專用通道，由預安裝好的固定讀卡器讀取放行數據，并通過網絡將有關數據傳回到監管信息網絡系統，進行自動核銷，并按有關數據進行統計匯總，及時了解有關放行情況，實現遠程監裝。手持設備可以在各個環節對電子耳標數據進行抽查檢驗，如遇到所戴標簽與放行數據庫中數據不相符時，及時追查，確保檢疫合格的產品出口。

圖3 業務流程圖

3.3 軟件設計

PDA 軟件平臺由以下部分組成：系統引導程序、嵌入式操作系統內核、文件系統。系統引導程序通常也稱為Boot Loader， 代碼量雖少，但是作用非常大，負責系統初始化工作，然后將系統控制權交給操作系統。嵌入式操作系統內核是嵌入式系統加電運行后的管理平臺，負責實時性任務和多任務的管理。S3c44b0x 是一款沒有MMU 的處理器，因此采用μCLinux 作為本系統的操作系統內核。μCLinux是Linux 的一個分支，專為無MMU 的處理器設計，它繼承了Linux 強大的網絡功能和多任務管理功能，并對內存管理和進程管理進行了改寫，滿足無MMU 處理器的開發要求。文件系統是嵌入式系統軟件平臺占用存儲量最大的一部分，也是與用戶開發最相關的一部分。它存儲了系統配置文件、系統程序、用戶應用程序和必需的驅動程序。

3.4 系統管理軟件

系統管理軟件由系統管理、電子標簽管理、放行監控統計三大子系統組成。其中系統管理是對系統平臺運行環境的設置，主要有人員、權限的設定;電子標簽管理是對電子標簽的數據生成、修改，以及對應數據的變更的管理，接受遠程通過GPRS/CDMA 無線網絡通信的數據更新和管理，并生成合格放行數據供放行監控統計系統使用。放行監控統計子系統是對通過從放行監控閘口采集的數據與監管信息系統中的放行數據進行對碰，并將對碰結果進行分類，供分析使用，當接收到未經放行的數據時會自動報警，提示相關人員該次電子監裝需人工干預。

4 結束語

本系統是一個典型的嵌入式系統應用例子，在ARM7 的嵌入式Linux 平臺上，詳細介紹了基于RFID 的監管信息系統的實現，利用嵌入式Linux 系統下的網絡通信設計， 通過對Linux 的內核進行了修改和重新編譯后，增加了相應的NAT 和PPP 功能，實現遠程數據交換。本文作者創新點是充分利用了ARM 豐富的硬件資源簡化了系統結構，并通過對嵌入式Linux 系統核心編譯增加對NAT 和PPP 的支持，并利用先進RFID 技術實現遠程電子標簽的管理，整個系統的結構簡化，實現簡單，在其他嵌入式設備上的無線應用方面有一定的應用價值和指導意義。

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