李正鹏，罗倩倩

(襄樊学院 物理与电子工程学院，湖北 襄樊 441053)

基于MTK平台的RFID射频手持设备的设计

李正鹏，罗倩倩

(襄樊学院 物理与电子工程学院，湖北 襄樊 441053)

提出一种基于MTK手机平台的RFID射频手持设备的设计方案. 系统以MTK手机平台为主体，外部扩展RFID射频模块，MTK手机平台以MT6255为核心处理单元；RFID模块采用STC89LE516RD作为独立CPU控制，使用MF RC500对射频卡进行读写，通过UART接口将数据送入MTK平台处理. 本方案采用外部扩展模块的设计思想，对RFID模块电路及其接口进行了硬件电路设计，对RFID模块和MTK手机平台进行了程序设计，可以完成对射频卡的读写，可对射频卡上的数据进行重置、加减等处理，具有一定的应用价值.

MT6225; MF RC500; STC89LE516RD+; RFID

RFID射频读写器在运输、零售、金融、医疗等行业已得到了广泛的应用. 在RFID系统中，RFID射频读写器将通过识别电子标签采集的信息传送后台主机处理. 目前，大部分 RFID射频读写器都是以台式机器形式出现，通过数据线直接与主机相连，用户办理相关业务需到固定点办理，非常不便. 为了解决在线式的RFID射频读写器不能移动的限制，本文设计了一款基于MTK手机平台的RFID射频手持设备，设备可以通过GPRS无线传输技术随时随地地将信息传送到远端主机.

1 系统硬件设计

整个终端系统由MTK手机平台和RFID模块两大部分组成. MTK手机平台采用台湾联发科公司提供的一整套手机系列芯片，以低成本的 MT6225作为基带处理器，作为上位机主控平台，其硬件电路由多个模块组成：MT6225最小系统、射频处理模块、音频处理模块、触摸屏控制模块、背光驱动模块、TFT液晶屏驱动模块、按键电路模块、电源管理模块、SIM卡接口、存储器模块、T-Flash卡接口和USB接口. RFID射频模块采用宏晶公司的8051单片机STC89LE516RD+作为主控芯片，其硬件电路由3个模块组成：STC89LE516RD最小系统、MF RC500射频读写电路和电源管理模块. MTK手机平台和 RFID外部扩展模块之间采用URAT接口连接，电源独立控制，避免影响各自的稳定性. 整机系统框图如图1所示.

2 MT6225手机平台

图1 整机系统框图

2.1 MT6225简介

由于联发科技(MTK)等上游芯片厂商创新性的Turnkey Solution模式(将芯片与手机开发所需的软件平台乃至第三方软件捆绑销售)提供了较健全的多媒体平台解决方案[1]，使得手机开发周期缩短，开发难度降低. MT6225是MTK在2006年推出的一个高度集成的GSM/GPRS基带信号处理器，采用双处理器结构：主处理器是ARM7EJ-S，提供整机的主要控制功能；另一个处理器是数字信号处理器(DSP)，用于处理信道编译码、语音的压缩与扩展. MT6225采用246-Ball的TFBGA封装，内部集成了非常丰富固定的接口. 设计中用到的接口有存储器接口、SIM卡接口、键盘扫描器、UART、LCD接口、基带前端、音频前端、射频控制、电源管理[2].

2.2 存储器模块设计

存储器模块采用一片东芝TV0057A002存储芯片和一片三星K9F1G08U0A存储芯片，TV0057A002采用PSRAM+NorFlash+NandFlash ST-MCP存储结构，具有4MByte的PSRAM和16MByte的NorFlash，PSRAM作为ARM7和DSP执行运算时的数据缓存，NorFlash用来存放Nucleus-RTOS、MMI系统代码和相关数据. K9F1G08U0A是一片128MByte的NandFlash，用来存放文件和JAVA应用程序. MT6225有26位地址线EA[25:0]，16位数据线ED[15:0]，并提供多个控制信号引脚，可与存储芯片直接相连.

2.3 射频模块设计

一般手机设计的难点是射频电路，但MTK提供了与MT6225基带信号处理器相配套的射频处理器，使设计容易很多. 射频模块电路采用三片集成芯片，即 MTK的射频处理器 MT6139、瑞萨的集成功放PF08155B和天线开关芯片 HWXR1075，与 MT6225的基带前端单元接口相连. 图 2为三片集成芯片和MT6225的连接电路图，芯片之间为了达到最佳的信号传输，连接时使用电阻匹配网络和一些分离元器件.另外，为了防止电源干扰芯片内部单元电路，在电源接地设计中必须加上IC去耦电容.

图2 射频模块简化电路

2.4 其他模块设计

音频模块电路直接利用MT6225音频前端单元的外接端口，按键电路利用MT6225的键盘扫描器，SIM卡电路利用MT6225提供的专用智能卡( SIM) 接口，MT6225集成了一个多功能的液晶显示控制器，该控制器支持多种类型的LCD模组，设计采用了一2.8英寸65536色240×320像素(QVGA)TFT彩色触摸屏，触摸屏控制模块采用MTK提供的触摸控制芯片MT6301. 电源管理模块电路采用MTK的GSM手机专用电源与充电控制芯片MT6318，它提供LDO电压调节器、高效率的直流变换电路、开机复位和启动定时器、电池充电电路、过热保护、欠压保护等[1]，MT6318与手机平台的各个芯片的电源引脚直接相连，不需许多外部器件，有利于减小手机体积，降低整机功耗. 对于USB接口、T-Flash接口、程序下载接口和其它接口，MT6225提供了相应的单元接口，只需少量的分离元器件，就可引出.

3 RFID扩展模块设计

3.1 相关芯片简介

RFID扩展模块电路包括微处理器STC89LE516RD、MF R500、电源管理和天线电路. 其中，MF R500是整个模块的核心，它将完成读写射频卡的所有必需功能，包括RF信号的产生、调制、解调、安全认证和防碰撞等. MF R500是Philips生产的RFID芯片，支持ISO14443所有的层，便于系统开发[3]； STC89LE516RD+是宏晶公司生产的一款LQFP44小型封装超低功耗的C51芯片，它通过对MF R500的内部寄存器的读写来控制MF R500. MF RC500实际上是MCU与射频卡之间进行信息交换的媒介. 任何射频卡上数据读写均须通过MF RCS00来传递. 传送不同类型的指令给MF RC500，就能实现对MF RC500的控制.

3.2 MF R500电路设计

RFID射频读写器硬件电路原理如图3所示. 为了驱动天线，MF RC500通过 TX1和 TX2提供13.56MHz的能量载波. 根据寄存器的设定对数据进行调制得到已调信号. 射频卡采用RF场的负载调制进行响应. 天线拾取的信号经过天线匹配电路送到 RX脚. MF RC500内部接收器对信号进行检测和解调并根据寄存器的设定进行处理，然后数据传输到并行接口由 STC89LE516RD进行读取. 使用内部电路产生的VMID电压作为RX引脚的输人电压. 为了提供稳定的参考电压，在VMID引脚与地之间应接入一个电容，在引脚VMID与RX之间需接入一个分压电阻. 另外，在天线与分压电阻之间加入一系列电容也会提高电路的性能[4].

图3 MF R500电路图

图4 STC89LE516RD电路原理图

3.3 STC89LE516RD+电路设计

STC89LE516RD+[5]数据端口P0口和MF RC500射频模块的D0-D7数据端口直接相接进行数据传送，中断INT0端口与MF RC500的IRQ端口连接，即单片机利用MF RC500提供的中断信息对其进行控制. MT6225基带芯片提供了3个UART单元，它提供基带芯片与外部设备进行全双工串行通信的通道，采用第二个UART端口UTXD2(H14引脚)和URXD2(H15引脚)与单片机的RXD和TXD相连进行数据通信，另外采用MT6225提供的外部中断EINT4(T3引脚)与单片机的INT1端口相连，这样可实现中断查询的功能STC89LE516RD电路原理图如图4所示.

4 系统软件设计

4.1 MTK平台软件设计

MTK使用Nucleus实时操作系统，整个软件系统包括Nucleus操作系统、平台设备驱动、协议栈、文件系统、WGUI、MMI、J2ME等[6]. MTK手机平台上的程序开发基于J2ME软件平台、采用JAVA语言[7]. 首先系统进行初始化，设置串口参数；然后进入主菜单，显示4个功能操作：开户、充值、刷卡消费、卡号余额查询；交易操作通过自定义的命令集来完成. 当用户进入刷卡消费功能，通过串口向RFID模块发送刷卡消费命令，然后处于中断信号等待状态，当有卡贴进，RFID模块向MTK平台发送中断请求，MTK平台进入中断处理程序，解析RFID模块发送过来的数据，提取卡中余额数据. 图5为刷卡消费正常交易流程图.

4.2 RFID模块程序设计

RFID模块的程序开发基于Keil C51开发环境采用C语言和汇编结合的方式. RFID模块利用MF RC500进行一个简单的读写卡过程包括：询卡、读写卡、停卡，这一系列操作必须顺序进行[8].

1) 询卡过程 当一张射频卡处在RFID模块的天线工作范围之内时，MCU将通过MF RC500发送一个询卡请求，询卡请求有两种，一种是request all，这指令是非连续性的读卡指令，只读一次；另一种是request std，这是连续性的读卡指令. 当卡片收到该指令后，卡片内的ATR将启动.并将卡片的Block0中的卡片类型(TagType)号共2个字节传送给RFID模块，从而建立卡片与RFID模块的第一步通信联络.完成询卡过程[9].

2) 读写卡 读写操作是对卡的各种操作，包括读(Read)、写(Write)、增值(Increment)、减值(Decrement)、存储(Restore)和传送(Transfer)等操作[10].

3) 停卡 当一系列的操作完成后，MCU发送一个停卡命令给卡片，使其退出工作.

图5 刷卡消费正常交易流程图

图6 RFID模块主程序流程图

5 结语

目前，很多手机生产厂商都采用MTK手机平台，原因是MTK平台使得手机开发变得非常容易，开发周期缩短，成本比较低. 本文提出的基于MTK平台的RFID手持设备的设计方案，实际上是将MTK手机通过电路模块扩展变成了企业级手持设备，使手机具备了新的功能. 此解决方案对从事相关电子产品的研发具有一定的参考价值.

[1] 张兴伟. MTK芯片组手机电路原理与维修[M]. 北京: 电子工业出版社, 2008.

[2] 林在添. 最新手机芯片资料手册[M]. 北京: 电子工业出版社, 2008.

[3] 游战清, 李苏剑, 张益强, 等. 无线射频识别技术(RFID)理论与应用[M]. 北京: 电子工业出版社, 2004.

[4] 南忠良, 卢修竹, 王义忠, 等. 基于MF RC500的RFID射频读写器设计[J]. 自动化仪表, 2007, 28(9):21-24.

[5] 刘焕成. 工程背景下的单片机原理及系统设计[M]. 北京: 电子工业出版社, 2008.

[6] 和凌志, 郭世平. 手机软件平台架构解析[M]. 北京: 电子工业出版社, 2009.

[7] 陆昌辉. J2ME应用开发详解[M]. 北京: 电子工业出版社, 2009.

[8] 张 挺, 熊 璋, 王剑昆, 等. 一个面向低功耗设计的RFID系统研究与实现[J]. 小型微型计算机系统, 2006, 27(11): 2090-2093.

[9] 康 东, 石喜勤, 李勇鹏. 射频识别(RFID)核心技术与典型应用开发案例[M]. 北京: 人民邮电出版社, 2008.

[10] 单承赣, 单玉峰, 姚 磊, 等. 射频识别(RFID)原理与应用[M]. 北京: 电子工业出版社, 2008.

（责任编辑：饶 超）

Design of RFID Portable Device Based on MTK Platform

LI Zheng-peng, LUO Qian-qian
(Physics and Electronics Information Technology Department, Xiangfan University, Xiangfan 441053, China)

A design scheme of RFID portable device based on MTK platform is proposed; The main subject of this system is MTK platform, the external expansion of it is RFID RF module, MTK mobile platform’s core processing unit is MT6255; RFID module adopts STC89LE516RD as the independent CPU controller, using the MF RC500 to read and write the RF card, then through the UART interface sends the data to MTK platform, at last it adopts the GPRS technology to transmit the data accurate and reliable to the remote host computer.

MT6225；MF RC500；STC89LE516RD+；RFID

TN803

A

1009-2854(2010)02-0042-04

2009-11-04

李正鹏(1983— ), 男, 湖北宜城人, 襄樊学院物理与电子工程学院助教.