UHF RFID讀寫器具有讀寫距離遠、讀寫速度快等優點，已成功運用于供應鏈管理、航空管理和后勤管理等諸多領域。本設計依據的協議是EPC C1G2(EPCClassl Generation2)。

本文介紹了一種讀寫器的編解碼部分由FPGA來完成的設計方案，由FPGA負責前向鏈路的PIE編碼和后向鏈路的FM0／miller解碼，且解碼模塊可對標簽突發傳來的數據立即檢測并實施解碼，實現了較快的解碼速率。FPGA選用的是Altera公司的EP1C3T100C6芯片。

1、RFID系統介紹

圖1所示為RFID系統，主要由PC機、讀寫器、天線和電子標簽組成。讀寫器與電子標簽之間的數據通過天線進行傳遞。讀寫器作為RFID系統的一部分，既能與標簽通信，又能向PC機傳輸數據并執行上位機所要求的操作，具有發送、接收和處理數據的能力。讀寫器系統按其所處理信號的不同，主要由2個部分組成，即處理數字信號的基帶部分和處理模擬信號的射頻部分。

圖1 RFID系統

2、EPC C1G2協議的相關介紹

EPC C1G2標準具有如下特點：速度快，速率可達40～640 kbps；可以同時讀取標簽的數量多，理論上能讀到1000多個標簽；可在密集的讀寫器環境下工作，能迅速使用變化無常的標簽群；存儲區域多，可延伸使用用戶的內存需求；功能強，具有多種寫保護方式，安全性強；通用性強，符合EPC規則；產品價格低，兼容性好。

2．1 PIE編碼介紹
EPC C1G2協議規定發送鏈路(即讀寫器向標簽發送數據)采用的編碼方式是脈沖間隔編碼(即PIE編碼)。讀寫器每次給標簽發送命令，都以幀同步碼或前同步碼開始所有的通信。幀同步碼格式如圖2所示，幀同步碼由delimiter、數據0和RTcal三部分組成。前同步碼格式如圖3所示，前同步碼由delimiter、數據0、RTcal和TRcal四部分組成，除delimiter外，各部分均以低脈沖PW結尾，且各部分PW的長度必須相同。de limiter的長度固定為12．5μs，協議規定允許有±5％的誤差。delimiter用于給電子標簽校準時鐘。

圖2 PIE編碼的0和1

圖3 PIE前同步碼

前同步碼只用于表明盤存周期開始的Query命令中，其他命令則以幀同步碼開始。當Query命令數據中的DR=1、前同步碼中的TRcal長度為33．3μs時，可設定反向鏈路(即標簽向讀寫器發送數據)頻率最高為640kHz。

2．2 FM0和miller碼介紹
Query命令中M參數值決定了標簽返回數據的編碼方式，即FM0、miller2、miller4、miller8四種。FM0碼在每個數據邊界處和數據0中間反相。miller碼則是在兩個連續的數據0的邊界處和數據1的中間反相。miller編碼序列每位可包含2、4、8個副載波周期，即miller2、mille r4、miller8三種編碼形式。這四種編碼方式都以各自特定的幀頭開始，而具體選擇哪種幀頭，則由Query命令中Trext參數值決定，并且在結尾處都有一位“dummyl”作為數據傳送的結束標志。

2．3讀寫器與標簽通信流程
EPC C1G2協議規定讀寫器的命令分為選擇、盤存、訪問3類，而標簽的工作狀態分為就緒、仲裁、應答、確認、開放、保護、殺死7個狀態，讀寫器命令類型和標簽狀態如圖4所示。讀寫器依賴3類命令通過改變標簽所處的狀態，實現對標簽群的篩選，以及對單個標簽的識別和訪問過程。讀寫器與標簽的通信過程略一編者注。

圖4 讀寫器命令類型和標簽狀態

3、總體設計

在本讀寫器設計中，ARM與FPGA協同工作。ARM芯片是LPC2148，工作時鐘是20 MHz，主要完成對讀寫器系統的控制。而FPGA則負責編解碼部分的數據流處理，工作時鐘頻率是25 MHz。圖5是FPGA部分的整體設計框圖。

圖5 整體設計框圖

FPGA中的模塊主要包括協議控制及命令產生模塊、PIE編碼模塊、FM0／miller解碼模塊，以及用于與PC機交互的串口控制模塊。

工作過程如下：對讀寫器命令數據及其相應的CRC5／16校驗位進行PIE編碼，編碼完成送到射頻發射端，數字信號通過控制射頻芯片RF2 173的開關引腳實現調制深度為100％的OOK(On-Off Keying)調制，并經由收發分離的定向耦合器，通過天線發射出去。