基于嵌入式以太网的二代身份证读卡器设计
来源：中国一卡通网 作者：孙鹏 王宜怀 发布时间：2012-09-07 09:59:49 字体:[大 中 小]
关键字：二代证 读卡器 以太网
摘 要：提出了一种读取二代身份证全球唯一序列号的读卡器设计方案，并结合嵌入式以太网技术，给出了以二代身份证为载体的局域网射频识别系统应用方法。对涉及的软、硬件技术进行了深入的分析。该方法可用于现有只读卡系统的升级换代，以及其它新用途。
3.2.2 ARP协议：以太网中，ARP协议提供IP地址和MAC地址之间的动态映射。当嵌入式设备完全是被动通信，即只回送数据到提出请求的主机时，可以进一步简化ARP协议：只保留ARP应答，不使用ARP请求；不使用ARP缓冲区，将接收到的以太帧中的源MAC地址作为全局变量，在回送时直接写入到目的MAC地址中。值得注意的是，ARP协议只能在同一个子网内的机器间运行，不同子网的机器之间是不能运行ARP请求或应答的，如果要进行网络层以上的通信，则要通过网关接口。
3.3 网络层
网络层是TCP/IP协议栈中最复杂的一层，主要解决主机到主机的通信问题。简化的网络层仅实现IP协议和ICMP协议。
3.3.1 IP协议
IP接收处理程序提取IP首部的相关信息字段，在校验通过且相关设置符合时，如IP不分片或数据报是发往本地的等，则将其数据部分提供给更高层的协议处理，否则丢弃。而嵌入式设备一般作为终端，所以为了简化协议，不实现转发功能。
发送时，由于IP协议在网络层，提供调用接口给其它协议，因此IP发送程序首先要判断调用方的协议类型，并做相应初始化。然后将目的主机IP地址与本机IP地址进行比较，如果在同一子网内，则通过ARP协议直接匹配或发送ARP请求来获得；如果目的主机在另一个子网中时，则调用链路层接口函数，将目的MAC地址设置成默认网关的MAC地址，让路由器去转发。
3.3.2 ICMP协议
ICMP协议传递差错报文。PING程序发送一份ICMP回显请求报文到目的主机，并等待其ICMP回显应答，由此来测试目的主机是否可达。当嵌入式设备和PC主机通过以太网连接后，可以通过PING程序来测试嵌入式设备和PC主机是否能进行网络层的通信。
在网络通信中，嵌入式设备大多是被动接受通信请求，所以为了简化协议，只实现ICMP回显应答服务。
3.4 运输层
运输层是TCP/IP协议的核心部分，提供端到端的数据传输服务，即实现在不同主机上运行进程间的逻辑通信。
UDP协议与TCP协议相比，虽然可靠性低，但是实现简单，减少了代码量，并可将报文发送到多个目的主机，足以满足本系统的需求。UDP协议实现中，需要指定源端口和目的端口，提供调用接口给应用层程序。
3.5 应用层
应用层程序调用读卡模块接口函数，获得“二代证”的序列号，再调用运输层的UDP发送程序将该序列号发送给PC服务器，并根据获得的验证返回信息来控制相关外部设备（如门禁电磁锁）的状态。
由于运输层的UDP协议是一种不可靠的协议，所以在应用层的通信控制程序中还应增加通信握手和校验功能。
4 应用案例
本读卡器适用于“二代证”，以及控制点分散或通信距离较远的场合使用。
以宾馆的只读卡门锁系统为例，宾馆客房的分布比较分散，每间客房容纳的人数有限，而且网络基础设施完善，因此非常适合使用本文设计的读卡器。客人在登记住宿时刷一次“二代证”，将卡号信息记入数据库，并通过以太网下载到指定房间的门锁控制器中。客人办好入住手续到房间时再刷一次“二代证”，门锁即可打开，其他人由于“二代证”卡号不同而无法打开该房间的房门。客人离开宾馆并结算后，只要将数据库中的卡号信息与门锁的对应关系解除，并清除对应门锁控制器内存储的卡号，就可将该房间换为新客人使用，原来的客人也不能再打开这个房间。这样，既方便了客人的使用，也提高了客房的防盗性。
有多个大门并且相距较远的单位，也可将本读卡器应用到考勤系统中。首先，单位要读一次每个员工的“二代证”，将卡号与员工对应，员工考勤时只要直接使用自己的“二代证”刷卡即可。由于考勤系统实时性要求不高，并且在特定时间内读卡次数较多，因此，PC服务器主动以轮询的方式通过以太网与读卡器通信。当读卡器读到卡号后，将卡号和时间等信息记录在主控芯片MC9S12NE64的FLASH中，这样可以保证信息断电后不丢失。MC9S12NE64的FLASH空间有64KB，如果使用FLASH中的一页即16KB来存储记录，每条记录占32个字节，则每台读卡器可最多存储512条记录。如果记录条数满了，而PC机还没有取走数据，读卡器就不再读卡了。当PC机轮询到这台读卡器时，取走存储在FLASH中的记录，读卡器将原有记录清空，准备再记录新的信息。因此，这种控制方式的关键是要使每次轮询的间隔时间小于读卡器记录满所消耗的时间，这样就可以完全满足考勤系统的需求，并能有效地减少考勤时的网络通信流量。
5 结束语
本读卡器目前已经应用于学校计算机房的学生上机管理系统中，与原有的只读卡读卡器并行使用，运行稳定。但在多卡的防冲突检测上还需进一步研究。
使用“二代证”代替传统的只读卡，实现了一卡多用，节省了制卡费用；采用以太网通信接口，与RS232/RS485等通信方式相比，具有通信距离远，速度快等优点，利用已有的网络基础设施，减少了现场布线的费用；根据嵌入式系统的特点，对TCP/IP协议栈进行分层简化，在完成网络通信功能的基础上，减少了代码量。
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