ENC28J60和AS3990的网络UHF读写器设计

　　引言

　　物联网产业的兴起为RFID技术的发展和广泛应用带来了契机。超高频（UHF）读写系统凭借其读取距离远、读写速度快、并发读取标签数多、标签价格低廉等优点，将成为RFID领域未来研究和发展的热点。但目前国内市场上UHF读写器种类较少，接口单一，使用时难以摒弃传统的读写器加PC机操作模式。这些缺点限制了UHF读写器的大量使用，尤其是在物流这类需要远程物品识别和信息获取的场合。本文以射频识别芯片AS3990为基础，描述了基于网卡芯片ENC28J60的网络读写器的硬件和软件设计方案，使得读写器可以直接连入因特网，进行远程数据获取和参数配置，增强了UHF读写器的实用性。

　　1 硬件设计

　　读写器总体设计框架如图1所示。主控制器采用基于ARM7TDMIS内核的控制器LPC2138,该芯片具有32 KB的片内SRAM和512 KB的片内Flash存储器。外部接口丰富，能够很好地满足读写器设计的要求。采用射频芯片AS3990实现了ISO180006C（即EPC GEN2）协议中要求的标签交互，并为外部控制器提供两种接口访问方式。控制器只需发送简单的控制和配置命令，AS3990即可完成与电子标签的交互过程。ENC28J60是兼容IEEE802.3的10M以太网网卡芯片，它通过SPI口与控制芯片实现数据交换。电源模块采用电源芯片EZ10853.3为各个模块提供稳定的3.3 V直流供电。 

　　图1 读写器总体设计框架

　　1.1 射频芯片接口电路

　　AS3990是Microsystems公司研制的一款用于超高频RFID读写器的符合ISO180006C标准的专用射频芯片。其内部集成了接收电路、发送电路、协议转换单元、控制接口等部分，用户只需外接少量的射频电路即可完成读写模块的功能设计。 

　　AS3990可以通过并行接口或串行SPI接口与主控制器LPC2138进行交互。射频芯片接口电路如图2所示。IO0~IO7用于并行接口，其中IO6和IO7也可用于SPI口的数据发送；引脚CLK作为SPI接口的时钟线使用；EN引脚为AS3990的使能引脚；IRQ为AS3990中断引脚。 

　　图2 射频芯片接口电路

　　为了降低相位噪声对读写性能的影响，电路中使用了外部压控振荡器（VCO）。VCO的输出连接在EXT_IN引脚上。另一方面，AS3990通过CP脚控制压控振荡器。20 MHz的温度补偿型石英晶体谐振器TCXO连接在OSCO引脚上，作为基准振荡器，这样可以进一步提高芯片的稳定性。

　　由于AS3990内部未集成功率放大器，所以需要外接功率放大器PA.当使用外接PA模式时，经AS3990调制后的射频信号在RFONX和RFOPX输出，两路射频信号经过平衡/不平衡变换器转换为单路射频信号后进入PA进行功率放大。AS3990的模拟输出引脚DAC用于控制PA的增益。环形器用于将发送通路和接收通路隔离。同样，接收到的射频信号经过平衡/不平衡变换器转换为两路差分信号，AS3990内部解调电路对两路信号解调得到数据。

　　1.2 网卡芯片接口电路

　　ENC28J60是Microchip公司生产的28引脚独立以太网控制器，它内置了10 Mbps以太网物理层器件和介质访问控制器，符合IEEE 802.3标准，特别适合于嵌入式设备的入网解决方案。ENC28J60通过SPI接口与控制器LPC2138交互，网卡芯片接口电路如图3所示。SO、SI、SCK为SPI接口的3条总线，CS为ENC28J60的片选信号，中断信号INT和WOL分别连接到主控制器的EINT3和EINT1上。芯片ENC28J60的2条差分接收引脚TPIN和2条差分发送引脚TPOUT外接在一个1:1脉冲变压器上，脉冲变压器输出接至网口座上。 

　　图3 网卡芯片接口电路

　　2 软件设计

　　网络读写器软件设计包括μC/OSII移植、LwIP协议栈移植、网卡驱动程序和上层应用程序的编写4个部分。软件设计整体框架如图4所示。 

　　图4 软件设计整体框架 

　　2.1 μC/OSII移植

　　操作系统移植是LwIP协议栈移植和应用程序编写的基础[3],其在LPC2138上的移植内容包括：

　　① 完成操作系统所需的基本配置和数据类型定义、开关中断函数文件OS_CPU.H的编写。

　　② 在文件OS_CPU.C完成堆栈初始化函数OSTaskStkInit（）函数，并根据自身需求编写相关Hook函数。

　　③ 利用文件OS_CPU_A.S完成启动最高优先级任务的函数OSStartHighRdy、任务切换函数OSCtxSw、中断级任务切换函数OSIntCtxSw、系统时钟中断服务函数OSTickISR的编写。 

　　④ 初始化定时器0,为系统提供时钟。