摘要：根據超高頻RFID國際標準協議EPC GEN2中的規定，基于ARM9芯片S3C2440提出一種適用于超高頻讀寫器的PIE編碼以及MILLER2解碼的實現方式。設計中使用該芯片的PWM輸出進行編碼，并使用其外部中斷進行解碼。通過分析示波器捕捉到的MILLER2波形以及串口打印的解碼輸出，驗證了該設計的正確性。
關鍵詞：S3C2440；EPC GEN2協議；超高頻讀寫器；PIE編碼；MILLER2解碼

引言
普通的UHF讀寫器主控芯片使用FPGA較多，其優點是FPGA對時序邏輯處理速度快，使用HDL語言很容易實現協議的編碼與解碼，但FPGA芯片本身很少具備串口、網口等通信接口模塊，功能擴展較麻煩。由于ARM9芯片集成了很多擴展接口，同時進行操作系統移植等更高層次的設計也變得很容易，但對時序邏輯處理較難。因而本文提出了基于ARM9的UHF RFID讀寫器基帶編解碼方法，并加以實現。

1 基本原理
UHF RFID國際標準協議規定讀寫器到電子標簽的通信應采用DSB—ASK、SSB—ASK或者PR—ASK調制方式。本文使用ARM9芯片S3C2440的PWM(脈寬調制)控制模塊進行PIE編碼，通過編碼信號控制射頻開關實現OOK調制。電子標簽接收到命令后反向散射副載波應答，經過射頻模塊的天線接收后被解調電路還原成MILLER2數據。構造MILLER2解碼狀態機，使用S3C2440的外部中斷對MILLER2時序序列進行上升沿捕捉，捕捉到的兩次中斷的時間間隔作為狀態機輸入，進而解調出標簽反射回來的數據。系統的硬件框圖如圖1所示。

讀寫器射頻模塊的工作流程為：發送命令時，PIE編碼電平控制射頻芯片開關，當開關開啟時輸出射頻載波，關閉則不輸出，以達到OOK調制載波的目的。接收機采用零中頻接收機方案，直接對天線接收到的標簽反向散射信號進行解調，解調完畢得到相位相差90°的I、Q兩路信號，通過差分放大器放大處理后，輸出到比較器，經過比較后電路輸出MILLER2編碼時序信號。

2 PIE編碼
2．1 PIE碼簡介
EPC GNE2協議規定UHF讀卡器向標簽發送命令時，數據應采用PIE編碼。PIE碼通過高低電平的時間長度不同來規定數據是“1”還是“0”。協議使用Tari代表數據“0”，時間長度在6．25～25μs范圍內，容差為±1％，數據“1”的寬度在為1．5Tari～2．5Tari，如圖2所示。本次編碼中，Tari值為6．4μs，數據“1”的長度為11．4μs，PW的長度為3．2μs。

協議規定，完整的PIE碼需在有效數據前加上前同步碼或幀同步碼。前同步碼由定界符、Tari、RTcal以及TRcal這4段組成，用在Query命令上。幀同步碼省去了TRcal而直接由前三項組成，用在其他命令上。前同步碼示意如圖3所示。

2．2 PWM實現PIE編碼
S3C2440有5個16位的定時器，其中定時器1～4具有PWM(脈寬調制)功能，定時器使用經過分頻后的系統時鐘PCLK作為時鐘輸入。本設計中100 MHz的PCLK經過2分頻得到50 MHz頻率的定時器輸入時鐘，定時器每計數一次耗時0．02μs。定時器使用兩個16位的緩沖寄存器TCNTB和TCMPB來實現PWM功能，TCNTB為一次PWM輸出計數次數，采用遞減的方式計數，當計數減為TCMPB的時候，PWM輸出電平反轉。以數據“0”為例，其脈沖總寬度為6．4μs，低電平持續時間3．2 μs，則可計算出TCNTB=6．4／0．02=320次，TCMTB=3．2／0．02=160次。
為實現連續的PWM輸出，需要讓定時器工作在自動重載模式，即當定時器計數器減為0的時候，在定時器中斷處理函數里更新TCNTB及TCNMPB，讓定時器重新開始一次脈寬輸出。定時器1初始化時經過以下步驟：
①TCNMB以及TCMPB寄存器賦非零初值；
②TCON中人工裝載位配置為1，TCNTB和TCMPB更新到內部計數器；
③TCON中自動重載位配置為1，為實現連續的PWM功能；
④TCON中輸出翻轉位配置為1，脈沖以高電平開始；
⑤TCON置為啟動位；
⑥TCON設置關閉人工裝載，定時器開始啟動。