基于SDIO 接口的通用RFID读写器的开发

    0 引 言 

    射频识别(RFID)是利用无线方式对电子数据载体(电子标签)进行识别的一种新兴技术。与接触式IC卡和条形码识别等系统比较，它有着巨大的优势。利用射频识别技术，能有效实现对数量大、分布区域广的信息进行智能化管理，达到高效快捷运作的目的，特别是在第二代身份证、物流、交通航运、自动收费、超市、门禁系统管理、服务领域等方面有着广泛的应用前景。随着我国国民经济的快速发展，国内RFID行业也正经历着深刻的变革。 

    然而，目前市场上的各类RFID读卡设备仍然存在体积较大，接口不统一，传输速率较低等缺陷。已经存在的便携式RFID数据终端的价格却很高，一般用户接收不了，并且一个完整的RFID系统开发周期长，短时间内无法占领市场等问题，都在一定程度上限制了本行业的进一步发展。因此，读卡设备小型化、接口标准化、速率最大化，缩短系统开发周期必然成为今后RFID产业的主要发展趋势。这种便携式设备能够嵌入到现有智能综合平台中，通过SDIO接口连接到智能手机，PDA、笔记本电脑、打印机、手持终端等便携式前端数据采集设备，将获取到的RFID 数据通过标准的 SDIO 接口与平台进行高速传输。可以满足于身份认证、商业物流、电子票据、新一代智能信用卡、产品防伪、POS及银行卡终端等应用。

    1、硬件系统框图 

    硬件系统框图如图1所示。工作流程如下： 

    SDIO接口芯片负责把SD总线上的信息流转化为RS 232串口的信息，这样可以和单片机进行简单的沟通，因为一般的单片机都具有串口。
    CPU根据接收的指令，通过SPI口向RFID读写基站EM4094发出命令，并得到相应的数据(来自于卡片或者EM4094的设置信息)。
    EM4094在得到CPU的命令后，对已经位于天线范围内的卡片进行操作，并返回相应的信息。
    由于EM4094的工作电压为4．5～5．5 V，而SD接口提供的是3．3 V的电压，所以要进行电压转换(DC—DC)；另一方面，为了提高读写距离，将3．3 V转换为5 V是有好处的，但另一方面则增加了功耗，这可以通过合理的控制磁场打开的时间来解决。

    2 、软件功能设计要求 

    读写器的软件功能基本要实现以下3个方面： 

    2．1 需要支持13．56MHz频率下的各种标准可读写卡片 

    3、 SDIO卡接口标准 

    3．1 简介 

    现在的电脑、PDA、智能手机中一般都配有SDIO卡接口。SDIO是带有扩展输入／输出功能的SD尺寸的卡。IO指输入和输出。SDIO可允许制造商开发能通过SDIO兼容插槽添加在产品中的硬件扩展设备。许多基于SDIO的附加产品正在开发中，其中包括无线LAN和通信适配器、数字电视调谐器和GPS附件。SDIO兼容插槽可用于许多PDA和移动电话之上，并计划用于其他更多的产品。 

    3．2 特性 

    兼容规范版本1．01；卡上错误校正；支持CPRM；两个可选的通信协议：SD模式和SPI模式；可变时钟频率：O～25 MHz；通信电压范围：2．0～3. 6 V；工作电压范围：2．O～3．6 V；低电压消耗：自动断电及自动睡醒，智能电源管理；无需额外编程电压；卡片带电插拨保护；正向兼容MMC卡；高速串行接口带随即存取；支持双通道闪存交叉存取；快写技术：一个低成本的方案，能够超高速闪存访问和高可靠数据存储最大读写速率：10 Mb／s；最大10个堆叠的卡(20 MHz，VCC=2．7～3．6 V)；数据寿命：10万次编程／擦除；CE和FCC认证，◎PIP封装技术；尺寸：24 mm宽×32 mm长×1．44 mm厚。

    3．3 工作模式 

    该SD卡的接口可以支持两种操作模式：SD卡模式；SPI模式。主机系统可以选择以上其中任一模式，SD卡模式允许4线的高速数据传输。SPI模式允许简单通用的SPI通道接口，这种模式相对于SD模式的不足之处是丧失了速度。 

    3．4 引脚定义 

    3．4．1 SD卡模式针脚定义 

    SD卡模式针脚定义如表1所示。 

    SD卡的总线概念：
 
    SD总线允许强大的1线到4线数据信号设置。当默认的上电后，SD卡使用DAT0。初始化之后，主机可以改变线宽(即改为2根线，3根线…)。混和的SD卡连接方式也适合于主机。在混和连接中VCC，VSS和CLK的信号连接可以通用。但是，命令，回复和数据(DAT0～DAT3)这几根线，各个SD卡必须从主机分开。 

    这个特性使得硬件和系统上交替使用。SD总线上通信的命令和数据比特流从一个起始位开始，以停止位中止。
CLK：每个时钟周期传输一个命令或数据位。频率可在O～25 MHz之间变化。SD卡的总线管理器可以不受任何限制地自由产生0～25 MHz的频率。 

    CMD：命令从该CMD线上串行传输，一个命令是一次主机到从卡操作；回复从该CMD线上串行传输，一个命令是对之前命令的回答。回复可以来自单机或所有卡。 

    DAT0～DAT2：数据可以从卡传向主机或副vet—sa，数据通过数据线传输。 

    3．4．2 SPI模式针脚定义 

    SPI模式针脚定义如表2所示。