CN103679079B - 有源标签数据接收方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种有源标签数据接收方法及装置，其方法包括：接收来自有源标签之外的数据信号；对数据信号的每一数据位进行高低电平采样；针对采样后的每一数据位的电平宽度，根据预定的编码规则进行计算解码。本发明通过对有源标签接收的数据信号中的每一数据位进行高低电平采样，并针对采样后的每一数据位的电平宽度，根据预定的编码规则进行计算解码，解决了标签的一致性、可靠性等问题，降低了产品开发难度、缩短了产品研发周期，同时降低了产品设计成本，使标签可以适用多种应用场景。
Description
技术领域
本发明涉及射频识别技术领域，尤其涉及一种有源标签数据接收方法及装置。
背景技术
射频识别（RFID，Radio Frequency Identify）***包括标签和读写器，是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无须人工干预，可工作于各种恶劣环境。RFID技术可识别高速运动物体并可同时识别多个标签，操作快捷方便。
通常射频识别包括无源射频识别和有源射频识别，两者的本质区别在标签端。标签具体分为有源电子标签和无源电子标签。
有源电子标签又称主动式标签，有源电子标签的工作电源完全由内部电池供电，同时标签电池的能量供应也部分地转换成电子标签与读写器通讯所需的射频能量。
无源电子标签又称被动式标签，没有内装电池，在读写器的读出范围之外时，电子标签处于无源状态，在读写器的读出范围之内时，电子标签从阅读器发出的射频能量中提取其工作所需的电源。无源电子标签一般均采用反射调制方式完成电子标签信息向读写器的传送。
有源电子标签与读写器通信时进行数据接收，目前数据接收方案主要有两种：一种是通过纯软件对信号进行采样解码；另一种是使用专用解码芯片。
上述第一种方案的实现难度较大，需要分析信号位速率、软件采样点、指令周期等，使得标签的MCU主频存在很大瓶颈，同时算法的容错能力也是个很大考验。
上述第二种方案需要使用芯片实现，由此增加了标签的成本和功耗。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种有源标签数据接收方法及装置，旨在提高有源电子标签的一致性和可靠性，降低成本和开发难度。
为了达到上述目的，本发明提出一种有源标签数据接收方法，包括：
接收来自有源标签之外的数据信号；
对所述数据信号的每一数据位进行高低电平采样；
针对采样后的每一数据位的电平宽度，根据预定的编码规则进行计算解码。
优选地，所述对数据信号的每一数据位进行高低电平采样的步骤包括：
通过定时器检测与该定时器绑定的输入输出IO口是否有电平跳变，每一跳变电平对应一数据位；若有电平跳变，则
定时器将记录当前跳变电平宽度的定时计数值保存至该定时器的捕获寄存器中；
定时器触发DMA模块自动将所述捕获寄存器中的数据搬移至存储器指定数组中。
优选地，所述对数据信号的每一数据位进行高低电平采样的步骤进一步还包括：
定时检查所述DMA模块的寄存器是否搬移数据；
若在预定时间内所述DMA模块的寄存器没有搬移数据，则判断数据帧采样结束。
优选地，所述定时器触发DMA模块自动将所述捕获寄存器中的数据搬移至存储器指定数组中的步骤之后还包括：
初始化所述定时器设置。
优选地，所述接收来自有源标签之外的数据信号的步骤之前还包括：
在所述有源标签被唤醒信号唤醒后，
配置所述定时器为捕获模式，并将所述有源标签置于等待接收数据的休眠状态。
本发明还提出一种有源标签数据接收装置，包括：
接收模块，用于接收来自有源标签之外的数据信号；
采样模块，用于对所述数据信号的每一数据位进行高低电平采样；
MCU模块，用于针对采样后的每一数据位的电平宽度，根据预定的编码规则进行计算解码。
优选地，所述采样模块包括：
第一定时模块，用于通过定时器检测与该定时器绑定的IO口是否有电平跳变，每一跳变电平对应一数据位；若有电平跳变，则将记录当前跳变电平宽度的定时计数值保存至该定时器的捕获寄存器中；
第一DMA模块，用于受所述定时器触发自动将所述捕获寄存器中的数据搬移至存储器指定数组中。
优选地，所述采样模块还包括：
第二定时模块，用于定时检查所述DMA模块的寄存器是否搬移数据；若在预定时间内所述DMA模块的寄存器没有转移数据，则判断数据帧采样结束。
优选地，所述采样模块还包括：
第二DMA模块，用于在所述第一DMA模块将所述捕获寄存器中的数据搬移至存储器指定数组中之后，初始化所述定时器设置。
优选地，该装置还包括：
设置模块，用于在所述有源标签被唤醒信号唤醒后，配置所述定时器为捕获模式，并将所述有源标签置于等待接收数据的休眠状态。
本发明提出的一种有源标签数据接收方法及装置，通过对有源标签接收的数据信号中的每一数据位进行高低电平采样，并针对采样后的每一数据位的电平宽度，根据预定的编码规则进行计算解码，解决了标签的一致性、可靠性等问题，降低了产品开发难度、缩短了产品研发周期，同时降低了产品设计成本，使标签可以适用多种应用场景。
附图说明
图1是本发明有源标签数据接收方法一实施例的流程示意图；
图2是本发明有源标签数据接收方法一实施例中对数据信号的每一数据位进行高低电平采样的流程示意图；
图3a是本发明有源标签数据接收方法另一实施例的流程示意图；
图3b是本发明有源标签数据接收方法另一实施例中一种实例的FM0解码数据示意图；
图4是本发明源标签数据接收装置一实施例的结构示意图；
图5是本发明源标签数据接收装置一实施例中采样模块的结构示意图；
图6是本发明源标签数据接收装置另一实施例的结构示意图。
为了使发明的技术方案更加清楚、明了，下面将结合附图作进一步详述。
具体实施方式
本发明实施例的解决方案主要是：对有源标签接收的数据信号中的每一数据位进行高低电平采样，并针对采样后的每一数据位的电平宽度，根据预定的编码规则进行计算解码，以解决标签的一致性、可靠性等问题，降低产品开发难度及产品设计成本。
如图1所示，本发明一实施例提出一种有源标签数据接收方法，包括：
步骤S101，接收来自有源标签之外的数据信号；
本实施例方法涉及射频识别***中的有源电子标签（以下简称有源标签）和读写器，有源标签与读写器通讯时进行数据接收，即有源标签接收来自射频识别***中读写器的数据信号。
步骤S102，对所述数据信号的每一数据位进行高低电平采样；
当有源标签接收到来自读写器的数据信号后，对数据信号中的每一数据位进行电平采样。
针对电平采样过程，本实施例采用DMA（Direct Memory Access，直接存储器访问）模块与Timer（定时器）联动方式，实现数据的自动搬移而不干扰到标签的CPU，极大的增加了标签MCU的数据吞吐能力，使MCU主频不再成为瓶颈，完成对特定编码方式近乎实时的接收。
定时器有多个通道的电平跳变捕获功能，当定时器绑定的IO（Input/Output，输入/输出）口有电平跳变时，定时器会把当前定时计数值保存到捕获寄存器中。
在数据接收过程中，定时器每一定时间捕获到一个高低电平数据沿，这时会自动触发DMA模块，DMA模块自动将定时器的捕获寄存器中的数据搬移到RAM区的指定数组当中。
整个数据接收过程不需要CPU的参与。因为有了DMA模块的存在，CPU就不需要频繁的进出中断去取数据，也不用担心定时器捕获寄存器数据的丢失，MCU只需要专注于解码过程。
由于接收的数据信号中的数据位不是等长，程序需要做数据帧结束判断，可以采用另外一个定时器定时检查数据沿捕获情况，如果一段时间内DMA模块的寄存器没有转移数据，则判断数据帧采样结束。在实际应用中，标签CPU通过MCU解码得到数据帧结束标志后，则可以丢弃后续的无效数据。
此外，在定时器的捕获寄存器每次捕获数据沿后，可以通过另一个DMA模块对定时器进行重新设置，保证捕获寄存器中的定时计数值一直从0开始，利于后续解码阶段对捕获的数据脉宽进行分析。
步骤S103，针对采样后的每一数据位的电平宽度，根据预定的编码规则进行计算解码。
在获取采样数据后，通过标签MCU对采样数据进行解码操作。在解码时，可以根据现有的特定编码规则，逐个分析所述RAM区指定数组中的数据的脉宽，查找所述数据的帧头和帧尾。
其中，现有的特定编码规则比如可以采用FM0编码规则、米勒编码规则以及曼彻斯特编码规则等，上述编码规则在现有技术中已有成熟方案，在此不再赘述。
由于MCU解码和DMA模块接收是并行的，因此，理论上需要先让DMA模块接收开始一段时间后再进行解码操作，否则会直接解码失败。在实际操作时，软件上通过设置预定的延时来实现解码和DMA模块接收的同步，比如延时时间可以设置为225个时钟，即约6个bit的宽度。
在解码结束后，MCU可以进行后续的数据处理，包括对数据的校验等，以及发送响应等操作。
具体地，如图2所示，上述步骤S102，对数据信号的每一数据位进行高低电平采样的步骤包括：
步骤S1021，通过定时器检测与该定时器绑定的IO口是否有电平跳变，每一跳变电平对应一数据位；若有电平跳变，则进入步骤S1022；
步骤S1022，定时器将记录当前跳变电平宽度的定时计数值保存至该定时器的捕获寄存器中；
步骤S1023，定时器触发DMA模块自动将所述捕获寄存器中的数据搬移至存储器指定数组中。
本实施例通过上述方案解决了有源标签的一致性、可靠性等问题，降低了产品开发难度、缩短了产品研发周期，同时降低了产品设计成本，使标签可以适用多种应用场景。
如图3a所示，本发明另一实施例提出一种有源标签数据接收方法，在上述实施例的基础上，在上述步骤S101之前还包括：
步骤S100，在所述有源标签被唤醒信号唤醒后，配置所述定时器为捕获模式，并将所述有源标签置于等待接收数据的休眠状态。
本实施例与上述实施例的区别在于，本实施例还包括有源标签接收数据信号前的配置操作，为接收数据做好相应的准备。
具体地，有源标签在被唤醒信号唤醒后，需要配置第一个定时器为捕获模式，然后有源标签进入休眠状态，等待数据到来。该休眠等级可以设置为LPM0。本实施例通过休眠取代程序死循环查询是否有数据到来，可以达到高效节电的效果。
本实施例通过上述方案实现了对有源标签接收数据信号前的相应配置，并通过休眠技术取代程序死循环查询是否有数据到来，来达到高效节电的效果。
下面以具体实例对本实施例方案进行详细阐述：
设定使用TimerA、TimerB、DMA1、DMA2四个硬件模块完成整个采样解码过程，具体为：
在待机状态，有源标签在被唤醒信号唤醒后，配置TimerA成捕获模式，然后进入休眠等待数据到来。休眠等级为LPM0，通过休眠取代程序死循环查询是否有数据到来，达到高效节电；
之后，捕获到第一个数据沿，关闭TimerA中断，开启DMA1 、DMA2、TimerB中断；
然后进行数据接收，DMA 1自动将后续捕获到的数据沿搬移到RAM内存数组中，同时MCU进行解码；
当数据接收结束时，TimerB定时进入中断判断数据接收是否结束；之后进行数据解码直至解码结束。
上述过程中，对于TimerA中断处理，首先关闭TimerA中断，否则会频繁进入中断，影响MCU后续的解码处理。
DMA1完成捕获寄存器中的值到接收buf的转移，源地址是TA1CCR0，目的地址为接收buf。每次转移后源地址不变，目的地址递增。接收buf存储接收数据位的位宽度。
DMA2主要是对TimerA进行重新设置，每次捕获发生后都进行重新设置，保证计数值一直从0开始，利于解码阶段对捕获的数据脉宽进行分析。源地址和目的地址在捕获后都不发生变化。
在退出中断处理程序前，需要退出LMP0休眠，唤醒MCU，启动TimerB，进行数据解码处理及接收超时判断。
当DMA1中的计数值没有变化时，表示一段时间内没有捕获到数据，认为接收结束，则关闭相应硬件模块退出。关于TimerB中断间隔，和定时器时钟及接收数据的位宽度有关，一般设置为最宽位宽的2倍。
本实施例可以适用于不同的应用场景，下面以国标电子不停车收费应用为例介绍本实施例在这些场景中的应用。
国标ETC中主要参数如下：
工作频段：5.7GHz~5.85GHz；ASK调制方式：FM0编解码；数据速率：上行512kbps，下行256kbps。
根据协议规定，每一个数据帧以01111110（0x7E）标志开始和结束。接收方检测0x7E来探知数据帧的开始和结束。帧的信息长度可变，为了确保标志字的唯一性，发送数据时采用“0”比特***技术，发送方在发送除标志字符外的所有信息时（包括校验位），遇到连续的5个“1”就自动***一个“0”；接收方在接收数据时，遇到连续的5个“1”就自动将其后的“0”删掉。
请参照图3b所示，FM0编码遵循以下三个规则：
1、一个周期内有电平跳变表示“0”；
2、一个周期内没有电平跳变表示“1”；
3、相邻两个周期电平相反。
FM0解码过程如下：
首先，逐个字节分析接收buf，查找帧头0x7E，连续6个“1”+1个“0”即认为找到了帧头，将状态置为PreCode状态。“0”由两个半码表示，找到了前半码即认为找到了“0”，后半码需要跳过，否则影响后续数据接收组合；
然后，分析脉宽，判断接收到的是1还是0，对于连续5个1后面的0需要做去零处理。每8位1个字节进行保存。当找到帧尾0x7E且出现了连续6个1则认为解码结束。
其中，关于脉宽比较阈值确定。设定下行数据速率是256kbps，接收的最长位宽为3.90us，定时器计数时钟为20.48MHz，最多计数为80，即“1”需要80个时钟，“0”的半码需要40个时钟，阈值设置为中间值，取值60个时钟，即大于60即认为接收到的是“1”，否则认为接收到的是“0”。
关于超时时间，可以设定为150个计数值，接收过程中最长中断间隔为80个计数值，如果达到150个计数值还没有发生中断，即没有发生捕获，则认为接收超时。
如前所述，由于解码和DMA模块接收并行，所以理论上需要先让DMA模块接收开始一段时间后在进行解码操作，否则会直接解码失败。软件上通过延时实现解码和DMA模块的同步，延时时间设置为225个时钟，即约6个bit的宽度。
上述应用实例通过交易稳定性、高低温、实际跑车测试，交易成功率达到100%，数据收发无丢帧、错帧现象，很好的完全满足实际应用要求。
如图4所示，本发明一实施例提出一种有源标签数据接收装置，包括：接收模块401、采样模块402以及MCU模块403，其中：
接收模块401，用于接收来自有源标签之外的数据信号；
采样模块402，用于对所述数据信号的每一数据位进行高低电平采样；
MCU模块403，用于针对采样后的每一数据位的电平宽度，根据预定的编码规则进行计算解码。该MCU模块403具体可以采用有源标签的MCU。
本实施例涉及射频识别***中的有源电子标签（以下简称有源标签）和读写器，有源标签与读写器通讯时进行数据接收，有源标签通过接收模块401接收来自射频识别***中读写器的数据信号。
当有源标签接收到来自读写器的数据信号后，采样模块402对数据信号中的每一数据位进行电平采样。
针对电平采样过程，本实施例采用DMA（直接存储器访问）模块与Timer（定时器）联动方式，实现数据的自动搬移而不干扰到标签的CPU，极大的增加了标签MCU的数据吞吐能力，使MCU主频不再成为瓶颈，完成对特定编码方式近乎实时的接收。
定时器有多个通道的电平跳变捕获功能，当定时器绑定的IO口有电平跳变时，定时器会把当前定时计数值保存到捕获寄存器中。
在数据接收过程中，定时器每一定时间捕获到一个高低电平数据沿，这时会自动触发DMA模块，DMA模块自动将定时器的捕获寄存器中的数据搬移到RAM区的指定数组当中。
整个数据接收过程不需要CPU的参与。因为有了DMA模块的存在，CPU就不需要频繁的进出中断去取数据，也不用担心定时器捕获寄存器数据的丢失，MCU只需要专注于解码过程。
由于接收的数据信号中的数据位不是等长，程序需要做数据帧结束判断，可以采用另外一个定时器定时检查数据沿捕获情况，如果一段时间内DMA模块的寄存器没有转移数据，则判断数据帧采样结束。在实际应用中，标签CPU通过MCU解码得到数据帧结束标志后，则可以丢弃后续的无效数据。
此外，在定时器的捕获寄存器每次捕获数据沿后，可以通过另一个DMA模块对定时器进行重新设置，保证捕获寄存器中的定时计数值一直从0开始，利于后续解码阶段对捕获的数据脉宽进行分析。
在获取采样数据后，通过标签的MCU模块403对采样数据进行解码操作。在解码时，可以根据现有的特定编码规则，逐个分析所述RAM区指定数组中的数据的脉宽，查找所述数据的帧头和帧尾。
其中，现有的特定编码规则比如可以采用FM0编码规则、米勒编码规则以及曼彻斯特编码规则等，上述编码规则在现有技术中已有成熟方案，在此不再赘述。
由于MCU解码和DMA模块接收是并行的，因此，理论上需要先让DMA模块接收开始一段时间后再进行解码操作，否则会直接解码失败。在实际操作时，软件上通过设置预定的延时来实现解码和DMA模块接收的同步，比如延时时间可以设置为225个时钟，即约6个bit的宽度。
在解码结束后，MCU可以进行后续的数据处理，包括对数据的校验等，以及发送响应等操作。
具体地，如图5所示，所述采样模块402包括：第一定时模块4021、第一DMA模块4022、第二DMA模块4023以及第二定时模块4024，其中：
第一定时模块4021，用于通过定时器检测与该定时器绑定的IO口是否有电平跳变，每一跳变电平对应一数据位；若有电平跳变，则将记录当前跳变电平宽度的定时计数值保存至该定时器的捕获寄存器中；
第一DMA模块4022，用于受所述定时器触发自动将所述捕获寄存器中的数据搬移至存储器指定数组中。
第二DMA模块4023，用于在所述第一DMA模块将所述捕获寄存器中的数据搬移至存储器指定数组中之后，初始化所述定时器设置。
第二定时模块4024，用于定时检查所述DMA模块的寄存器是否转移数据；若在预定时间内所述DMA模块的寄存器没有转移数据，则判断数据帧采样结束。
本实施例通过上述方案解决了有源标签的一致性、可靠性等问题，降低了产品开发难度、缩短了产品研发周期，同时降低了产品设计成本，使标签可以适用多种应用场景。
如图6所示，本发明另一实施例提出一种有源标签数据接收装置，在上述实施例的基础上，还包括：
设置模块400，用于在所述有源标签被唤醒信号唤醒后，配置所述定时器为捕获模式，并将所述有源标签置于等待接收数据的休眠状态。
本实施例与上述实施例的区别在于，本实施例还包括有源标签接收数据信号前的配置操作，为接收数据做好相应的准备。
具体地，有源标签在被唤醒信号唤醒后，通过设置模块400配置第一个定时器为捕获模式，然后进入休眠状态，等待数据到来。该休眠等级可以设置为LPM0。本实施例通过休眠取代程序死循环查询是否有数据到来，可以达到高效节电的效果。
本实施例通过上述方案实现了对有源标签接收数据信号前的相应配置，并通过休眠技术取代程序死循环查询是否有数据到来，来达到高效节电的效果。
本发明实施例提出的一种有源标签数据接收方法及装置，通过对有源标签接收的数据信号中的每一数据位进行高低电平采样，并针对采样后的每一数据位的电平宽度，根据预定的编码规则进行计算解码，解决了标签的一致性、可靠性等问题，降低了产品开发难度、缩短了产品研发周期，同时降低了产品设计成本，使标签可以适用多种应用场景。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (6)
1.一种有源标签数据接收方法，其特征在于，包括：
接收来自有源标签之外的数据信号；
对所述数据信号的每一数据位进行高低电平采样；
针对采样后的每一数据位的电平宽度，根据预定的编码规则进行计算解码；
所述对数据信号的每一数据位进行高低电平采样的步骤包括：
通过定时器检测与该定时器绑定的输入输出IO口是否有电平跳变，每一跳变电平对应一数据位；若有电平跳变，则
定时器将记录当前跳变电平宽度的定时计数值保存至该定时器的捕获寄存器中；
定时器触发直接存储器访问DMA模块自动将所述捕获寄存器中的数据搬移至存储器指定数组中；
所述接收来自有源标签之外的数据信号的步骤之前还包括：
在所述有源标签被唤醒信号唤醒后，
配置所述定时器为捕获模式，并将所述有源标签置于等待接收数据的休眠状态；
整个数据接收过程不需要CPU的参与。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对数据信号的每一数据位进行高低电平采样的步骤进一步还包括：
定时检查所述直接存储器访问DMA模块的寄存器是否搬移数据；
若在预定时间内所述直接存储器访问DMA模块的寄存器没有搬移数据，则判断数据帧采样结束。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述定时器触发直接存储器访问DMA模块自动将所述捕获寄存器中的数据搬移至存储器指定数组中的步骤之后还包括：
初始化所述定时器设置。
4.一种有源标签数据接收装置，其特征在于，包括：
接收模块，用于接收来自有源标签之外的数据信号；
采样模块，用于对所述数据信号的每一数据位进行高低电平采样；
MCU模块，用于针对采样后的每一数据位的电平宽度，根据预定的编码规则进行计算解码；整个数据接收过程不需要CPU的参与；
所述采样模块包括：
第一定时模块，用于通过定时器检测与该定时器绑定的IO口是否有电平跳变，每一跳变电平对应一数据位；若有电平跳变，则将记录当前跳变电平宽度的定时计数值保存至该定时器的捕获寄存器中；
第一直接存储器访问DMA模块，用于受所述定时器触发自动将所述捕获寄存器中的数据搬移至存储器指定数组中；
所述有源标签数据接收装置还包括设置模块，用于在所述有源标签被唤醒信号唤醒后，配置所述定时器为捕获模式，并将所述有源标签置于等待接收数据的休眠状态。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述采样模块还包括：
第二定时模块，用于定时检查所述直接存储器访问DMA模块的寄存器是否搬移数据；若在预定时间内所述直接存储器访问DMA模块的寄存器没有转移数据，则判断数据帧采样结束。
6.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述采样模块还包括：
第二直接存储器访问DMA模块，用于在所述第一直接存储器访问DMA模块将所述捕获寄存器中的数据搬移至存储器指定数组中之后，初始化所述定时器设置。
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