采用S3C44BOX微處理器的型防偽讀碼器設(shè)計(jì)

假冒偽劣商品一直是世界的公害，隨著仿造技術(shù)水平的不斷提高，被仿造產(chǎn)品的范圍也越來越大，仿造品的數(shù)量也日趨驚人，小到一粒藥片，大到飛機(jī)、汽車零部件，幾乎所有正牌、名牌產(chǎn)品，都被假冒行為所困擾，假貨充斥著大部分的市場(chǎng)。數(shù)碼防偽原理：為每一件入網(wǎng)的產(chǎn)品設(shè)置一個(gè)唯一的編碼，并把這一編碼儲(chǔ)存在中心數(shù)據(jù)庫中，同時(shí)在全國建立起電話（手機(jī)或網(wǎng)絡(luò)）查詢鑒別網(wǎng)絡(luò)。消費(fèi)者購買到貼有數(shù)碼防偽標(biāo)識(shí)物的商品，只需撥打電話或上因特網(wǎng)，輸入商品上的編碼，即可知道產(chǎn)品的真?zhèn)?，從而突破了傳統(tǒng)的防偽產(chǎn)品容易被批量防冒及消費(fèi)者不易識(shí)別的局限性。中杉防偽開發(fā)的數(shù)碼防偽系統(tǒng)用于防偽查詢的編碼一般為16位數(shù)字或更多。消費(fèi)者輕松發(fā)現(xiàn)假冒行為和拒絕假冒：數(shù)碼防偽標(biāo)簽一個(gè)防偽編碼只能使用一次，當(dāng)消費(fèi)者查詢了一次，第二次查詢系統(tǒng)就會(huì)提示該防偽編碼已使用過，消費(fèi)者不會(huì)購買已經(jīng)被查詢過防偽編碼的商品。查詢錯(cuò)的對(duì)不上商品數(shù)據(jù)分析---找出假冒的區(qū)域：根據(jù)查詢記錄中的主叫電話號(hào)碼是不是正碼所規(guī)定的查詢號(hào)碼800、400，輸入的防偽編碼是不是18位數(shù)、假冒編碼被查詢的次數(shù)、時(shí)間、電話等信息，可以清楚判斷假貨出現(xiàn)的地區(qū)及時(shí)間。

防偽讀碼器的總體設(shè)計(jì)方案

1 總體設(shè)計(jì)方案

本設(shè)計(jì)所實(shí)現(xiàn)的硬件平臺(tái)主要由微處理器單元、存儲(chǔ)器單元、串口電平轉(zhuǎn)換、液晶顯示模塊、電源單元和JTAG接口單元組成，硬件功能框圖如圖1所示。其中串口有兩種功能，一種是與上位機(jī)進(jìn)行通信，通過它可以在線下載程序；另一種功能是與GPRS模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。

圖1 系統(tǒng)原理框圖

2 系統(tǒng)工作原理

讀碼器是系統(tǒng)的核心部分，由產(chǎn)品經(jīng)銷商持有，它是產(chǎn)品生產(chǎn)廠家分配給經(jīng)銷商的，作用是讀取產(chǎn)品中的信息（即產(chǎn)品出廠時(shí)由廠家分配的ID號(hào)），然后連接并登陸遠(yuǎn)端的企業(yè)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行查詢驗(yàn)證。連接網(wǎng)絡(luò)時(shí)必須通過身份驗(yàn)證，驗(yàn)證通過才允許登錄，否則拒絕登陸。對(duì)于讀碼器，廠家親自將預(yù)先選定的密鑰存放在其中，這一部分對(duì)外界是完全保密的。驗(yàn)證時(shí)，將讀碼器與產(chǎn)品包裝上的接口連接，按照事先設(shè)定好的通信協(xié)議讀出其中的信息，存放在讀碼器中。此時(shí)需要進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)查詢，在進(jìn)行查詢前必須通過身份驗(yàn)證登陸查詢網(wǎng)站。首先，由讀碼器發(fā)送登陸請(qǐng)求，服務(wù)器接到請(qǐng)求后發(fā)送一個(gè)隨機(jī)的數(shù)據(jù)串回來，讀碼器使用自己的密鑰對(duì)其進(jìn)行加密，然后將這段密文發(fā)送回去。服務(wù)器收到以后，先是解密驗(yàn)證，如果是自己發(fā)送過去的原數(shù)據(jù)，則通過驗(yàn)證，允許登錄，否則提示“密鑰錯(cuò)誤，登陸失敗”。成功登陸以后，讀碼器將產(chǎn)品序列號(hào)的密文發(fā)送給服務(wù)器，由服務(wù)器解密并恢復(fù)編碼并進(jìn)行查詢，若查詢失敗，則返回提示：“該產(chǎn)品并非是XX企業(yè)生產(chǎn)的正品，謹(jǐn)防假冒！”否則，將以密文的形式返回產(chǎn)品的驗(yàn)證信息，由讀碼器進(jìn)行解密并顯示提示信息，該信息包括：產(chǎn)品的物流渠道、廠家、生產(chǎn)信息等。

防偽讀碼器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1 存儲(chǔ)器設(shè)計(jì)

微處理器用一片或少數(shù)幾片大規(guī)模集成電路組成的中央處理器。這些電路執(zhí)行控制部件和算術(shù)邏輯部件的功能。微處理器與傳統(tǒng)的中央處理器相比，具有體積小，重量輕和容易模塊化等優(yōu)點(diǎn)。微處理器的基本組成部分有：寄存器堆、運(yùn)算器、時(shí)序控制電路，以及數(shù)據(jù)和地址總線。微處理器能完成取指令、執(zhí)行指令，以及與外界存儲(chǔ)器和邏輯部件交換信息等操作，是微型計(jì)算機(jī)的運(yùn)算控制部分。它可與存儲(chǔ)器和外圍電路芯片組成微型計(jì)算機(jī)。微處理器S3C44BOX的存儲(chǔ)控制器可以為片外存儲(chǔ)器訪問提供必要的控制信號(hào)?？偩€DB（DataBus）用于傳送數(shù)據(jù)信息。數(shù)據(jù)總線是雙向三態(tài)形式的總線，即它既可以把CPU的數(shù)據(jù)傳送到存儲(chǔ)器或輸入輸出接口等其它部件，也可以將其它部件的數(shù)據(jù)傳送到CPU。數(shù)據(jù)總線的位數(shù)是微型計(jì)算機(jī)的一個(gè)重要指標(biāo)，通常與微處理的字長相一致。例如Intel8086微處理器字長16位，其數(shù)據(jù)總線寬度也是16位。需要指出的是，數(shù)據(jù)的含義是廣義的，它可以是真正的數(shù)據(jù)，也可以是指令代碼或狀態(tài)信息，有時(shí)甚至是一個(gè)控制信息，因此，在實(shí)際工作中，數(shù)據(jù)總線上傳送的并不一定僅僅是真正意義上的數(shù)據(jù)。

除了Bank0以外的其他地址空間可以在系統(tǒng)的啟動(dòng)代碼中通過編程予以設(shè)置，具體是通過設(shè)置存儲(chǔ)器控制專用寄存器BWSCON來實(shí)現(xiàn)的。存儲(chǔ)器控制專用寄存器包括總線寬度/等待控制寄存器、Bank控制寄存器、刷新控制寄存器、Bank大小控制寄存器和模式寄存器設(shè)置寄存器，各個(gè)寄存器的每一數(shù)據(jù)位的具體含義請(qǐng)參考數(shù)據(jù)手冊(cè)。

根據(jù)所選擇的Flash和SDRAM，系統(tǒng)各地址空間的數(shù)據(jù)總線寬度都設(shè)置為16位，存儲(chǔ)模式為小端模式，不使用等待狀態(tài)，不使用UB/LB。

2 串口設(shè)計(jì)

ARM S3C44BOX的UART單元帶兩個(gè)異步串行口，皆可工作于中斷和DMA模式，各帶有16字節(jié)的FIFO。最大波特率115.2K。DART單元包括可編程波特率、紅外發(fā)送/接收、1個(gè)或2個(gè)停止位、5/6/7/8位數(shù)據(jù)寬度和奇偶校驗(yàn)位。每個(gè)DART有7種狀態(tài)：溢出錯(cuò)誤、校驗(yàn)錯(cuò)誤、幀錯(cuò)誤、暫停態(tài)、接收緩沖區(qū)準(zhǔn)備好、發(fā)送緩沖區(qū)空、發(fā)送移位緩沖器空等，這些狀態(tài)可以由相應(yīng)的UTRSTATn/UERSTATn表示，并且與發(fā)送接收緩沖區(qū)相對(duì)應(yīng)的有錯(cuò)誤緩沖區(qū)。波特率可以通過控制波特率寄存器進(jìn)行設(shè)置。每一個(gè)DART的波特率發(fā)生器為收/發(fā)器提供一個(gè)連續(xù)時(shí)鐘，時(shí)鐘源可選為S3C44BOX的內(nèi)部系統(tǒng)時(shí)鐘。

根據(jù)系統(tǒng)功能的需要，讀碼器在調(diào)試過程中需要與PC進(jìn)行通信，所以需要在微處理器和PC之間設(shè)計(jì)電平轉(zhuǎn)換電路。另外，系統(tǒng)與存放產(chǎn)品功號(hào)的芯片需要進(jìn)行通信，這里不需要電平轉(zhuǎn)換，系統(tǒng)在GPRS接口中直接將串口線引出，其中的部分引腳即可作為與存儲(chǔ)芯片連接的接口，連接電路如圖2所示。

圖2 串口電路

3 網(wǎng)絡(luò)通信信息與操作標(biāo)志位的設(shè)計(jì)

為了減少硬件方面的操作，節(jié)省硬件資源，提高驗(yàn)證效率，系統(tǒng)對(duì)于接收到的信息種類以及對(duì)信息進(jìn)行什么操作，都在數(shù)據(jù)包中設(shè)定相應(yīng)的數(shù)據(jù)位來作為標(biāo)志。系統(tǒng)的動(dòng)作大致有加密發(fā)送、解密顯示、解密保存（更換工作密鑰時(shí)）。系統(tǒng)的信息種類大致包括登錄驗(yàn)證信息、登錄成功提示、登錄失敗提示、產(chǎn)品ID號(hào)密文、產(chǎn)品驗(yàn)證結(jié)果信息（對(duì)它的操作只有顯示，所以歸為一類）、產(chǎn)品出售信息和更換密鑰的信息。所以在數(shù)據(jù)段中設(shè)定一字節(jié)，其中用兩位表示操作，用三位表示信息種類，具體設(shè)計(jì)如表1所示，其中第3 、4 位是操作位；第6、7、8位是信息位。根據(jù)這些標(biāo)志信息決定下一步的操作。必要時(shí)再由用戶進(jìn)行按鍵操作。具體操作標(biāo)志位的數(shù)據(jù)、信息種類標(biāo)志位與具體數(shù)據(jù)位的對(duì)應(yīng)關(guān)系如表2和表3所示。

4 讀碼器的軟件設(shè)計(jì)

讀碼器的鍵盤共設(shè)計(jì)了六個(gè)按鍵，外加一個(gè)系統(tǒng)復(fù)位鍵。讀碼器的整個(gè)工作過程通過軟件和這六個(gè)按鍵相配合來完成。產(chǎn)品驗(yàn)證的操作過程如下：首先連接讀碼器和產(chǎn)品上ID號(hào)存儲(chǔ)芯片的接口，然后按下一個(gè)按鍵讀取產(chǎn)品ID號(hào)，讀取結(jié)束會(huì)顯示提示信息；顯示讀取成功后再按下網(wǎng)絡(luò)連接鍵，讀碼器會(huì)自動(dòng)撥號(hào)連網(wǎng)，因?yàn)槠髽I(yè)的網(wǎng)號(hào)已經(jīng)事先固化在讀碼器中了，這一過程是由讀碼器自己完成的，它會(huì)根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)中的標(biāo)志位判斷下一步的操作，同時(shí)顯示工作狀態(tài)信息，直到登錄成功或者登錄失??；登陸成功后按鍵發(fā)送產(chǎn)品ID號(hào)，然后是等待接收驗(yàn)證結(jié)果信息并顯示；最后，按下成功出售按鍵或未能出售按鍵發(fā)送產(chǎn)品出售結(jié)果信息。讀碼器總體軟件的設(shè)計(jì)流程如圖3所示。

圖3 讀碼器軟件流程圖

無線網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)計(jì)

網(wǎng)絡(luò)傳輸部分的硬件關(guān)鍵是對(duì)無線網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊的應(yīng)用。在眾多的無線網(wǎng)絡(luò)模塊中，MC35是應(yīng)用較為普及的一種。這是西門子公司的一款GPRS模塊，它具有40引腳的ZIF接口，主要有電源接口、標(biāo)準(zhǔn)RS232雙向串口、SIM卡3V接口和模擬語音接口等。

硬件電路的連接是使用讀碼器硬件系統(tǒng)中設(shè)計(jì)的GPRS模塊接口。其中利用了串口、電源、天線等接口。具體實(shí)驗(yàn)原理是：主機(jī)與讀碼器通過串口通信，發(fā)送AT指令編碼給讀碼器，然后通過讀碼器控制MC35模塊的數(shù)據(jù)收發(fā)，如圖4所示。

圖4 無線網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊連接示意圖