基于虛擬儀器的rfid標簽空中接口協議符合性自動化測試方法
【專利摘要】本發明公開了一種基于虛擬儀器的RFID標簽空中接口協議符合性自動化測試方法，對閱讀器原型機和RFID標簽間的接口協議進行符合性自動化測試，其中閱讀器原型機是基于虛擬儀器構建的；閱讀器原型機主要包括底層FPGA控制設備和上層主控制器，底層FPGA控制設備包括發射機、接收機和MAC協議控制層，上層主控制器對通信協議交互參數和符合性自動化測試參數進行設置。在實現了完整的鏈路時序通信后，將底層數字信號傳輸至主控器進行處理，實現協議符合性自動化測試，整個過程自動生成測試報告，相比傳統手動控制測試效率得到了大大的提高。
【專利說明】
基于虛擬儀器的RF ID標簽空中接口協議符合性自動化測試 方法
技術領域
[00011本發明涉及一種基于虛擬儀器的RFID標簽空中接口協議符合性自動化測試方法， 屬于RFID射頻識別測試技術。
【背景技術】
[0002]在物聯網技術中，射頻識別（Radio Frequency Identification，RFID)作為一項 關鍵技術，正大量使用在各種應用行業，例如運輸、航空、醫療、自動收費、安全以及通行控 制等等。RFID標簽是一種無線微電子芯片，它可以嵌入在目標物體內部用以標示和區別。 RFID閱讀器可以讀取唯一的ID碼以及其他一系列存儲在標簽內部的信息，其交互過程通過 發送和接受無線頻率信號。在一個完整的RFID系統內，閱讀器是通過后臺處理標簽的交互 數據來進行通信過程的。
[0003] 射頻識別技術是一項復雜的應用技術，它不僅包含了電磁學理論與微波技術，而 且還涉及半導體集成電路以及通信原理等技術，是一項新興的融合了多學科的應用技術， 目前，RFID技術已經成為一個新的經濟增長點。RFID標簽有很多的類型，其特性也是有所不 同的，例如功率源，操作頻率，具體功能等等，如此這些標簽可以以許多方式分類。通常的分 類方式為有源標簽和無源標簽之分。一個激活了的RFID標簽必須提供穩定的功率。因此這 些標簽能夠持續響應來自不同環境的命令。如今，低頻和高頻段的射頻識別系統已經廣泛 應用于成熟的技術當中，然而天線尺寸的大小限制了他們的商業應用。典型的應用為甚高 頻段(UHF)860MHz-960MHz 標簽。
[0004] RFID是一種中短距離射頻技術，用于固定物體和移動物體之間的通信，其中以數 字通信為主。RFID系統通常具備以下特點，其鏈路的一端為簡單的設備，而鏈路的另一端為 更多復雜的設備。簡單的設備通常稱為標簽，或者轉換器，其外形較小且造價便宜，因而可 以在數量上得到大量的部署，同時其通過改變負載標簽的編碼方式或者調制方式來向閱讀 器發送數據，這其中運用了大量的調制和編碼技術，可以分為只讀標簽和讀寫兩用標簽。面 對紛繁復雜的測試項以及測試頻段，研究RFID協議符合性自動化測試具有十分重要的意 義。
【發明內容】
[0005] 發明目的：為了克服現有技術中存在的不足，本發明提供一種基于虛擬儀器的 RFID標簽空中接口協議符合性自動化測試方法，能夠快捷方便的實現RFID協議符合性測試 流程并將可靠的測試結果方便統一地記錄到格式化的測試報告中，同時能夠在進行計算標 簽速率時準確快速計算出相關結果，還能夠針對不同測試目的進行自主原則，有效提高了 測試效率。
[0006] 技術方案:為實現上述目的，本發明采用的技術方案為：
[0007] 一種基于虛擬儀器的RFID標簽空中接口協議符合性自動化測試方法，對閱讀器原 型機和RFID標簽間的接口協議進行符合性自動化測試，其中閱讀器原型機是基于虛擬儀器 構建的；閱讀器原型機主要包括底層FPGA控制設備和上層主控制器，底層FPGA控制設備包 括發射機、接收機和MAC協議控制層，上層主控制器對通信協議交互參數和符合性自動化測 試參數進行設置;發射機狀態機包括前導碼信息、信號組幀、等待時間和下電狀態，接收機 包含檢測、同步、解調、解碼和字節存儲功能，MC協議交互層模型包括命令的組幀、封裝、譯 碼信息的解析、拆裝解析以及整個通信過程的協議控制。最后在實現了完整的鏈路時序通 信后，將底層數字信號傳輸至主控器進行處理，并實現了標簽工作頻率測試、標簽解調測 試、標簽數據編碼測試、標簽前導碼測試、標簽頻率允差測試、標簽鏈接時序Tl測試和標簽 狀態機測試一系列協議符合性自動化測試，整個過程自動生成測試報告，相比傳統手動控 制測試效率得到了大大的提高。該方法包括以下步驟：
[0008] (1)閱讀器原型機根據接口協議設計發射機、接收機和MAC協議控制層，實現閱讀 器原型機和RFID標簽間的正常通信；
[0009] (2)根據符合性測試要求對通信協議交互參數和符合性自動化測試參數進行設 置；
[0010] (3)通過發射機向RFID標簽發送測試信號，通過RFID標簽向接收機反饋信號，將接 收機的接收信號稱為實際接收信號，基于測試信號、理論接收信號和實際接收信號進行符 合性自動化測試計算，包括標簽工作頻率測試、標簽解調測試、標簽數據編碼測試、標簽前 導碼測試、標簽頻率允差測試、標簽鏈接時序Tl測試和標簽狀態機測試；
[0011 ] (4)計算結果通過MFCLibraryExcel .dll動態鏈接庫寫入到Excel表格文件中，并 通過sel.xml文件進行表格中文字內容的配置，最終生成自動化測試報告。
[0012]具體的，所述步驟(3)具體包括如下步驟：
[0013] (31)對實際接收信號進行模數轉換并送入上層主控制器，利用MathScript節點模 塊對時域數字信號進行分析；
[0014] (32)在MathScript節點模塊中，首先對時域數字信號進行濾波平滑處理，然后根 據索引倌詵取出對應理論捽收信號的岡間，對岡間內的信號桉以下規則計算判決門限值：
[0015]
[0016]
[0017] 式中：Hig2h LowTh表示標簽副載波高于載波電平時的門限值，low2High Th表示 標簽副載波低于載波電平時的門限值，W表示標簽副載波參考電平，己伊表示載波參考 電平值；
[0018] (33)根據判決門限值，對區間內的時域數字信號進行錯位異或處理，將區間內的 時域數字信號轉換為基帶信號，計算基帶信號的占空比和反向鏈路散射速率；
[0019] (34)基于測試信號、理論接收信號和步驟(33)得到的基帶信號進行符合性自動化 測試計算。
[0020] 有益效果:本發明提供的基于虛擬儀器的RFID標簽空中接口協議符合性自動化測 試方法，相比較現有技術，具有如下優點：1、本發明適用于各類通信協議標準進行構建軟件 架構和硬件架構，具有靈活性和可擴展性;2、本發明提供的自動化測試系統方便操作，人性 化設計測試內容，其中計算協議相關符合性要求所用算法高效準確;3、本發明生成的自動 化測試報告格式統一，便于快速判定標簽性能，改進了傳統測試繁瑣于不便的缺點，大大提 高了測試效率。
【附圖說明】
[0021]圖1為本發明應用系統的結構框圖；
[0022]圖2為本發明應用系統的架構圖；
[0023]圖3為發射機狀態機結構框圖；
[0024]圖4為接收機狀態機結構框圖；
[0025] 圖5為MAC狀態機結構框圖。
【具體實施方式】
[0026] 下面結合附圖對本發明作更進一步的說明。
[0027] 一種基于虛擬儀器的RFID標簽空中接口協議符合性自動化測試方法，對閱讀器原 型機和RFID標簽間的接口協議進行符合性自動化測試，其中閱讀器原型機是基于虛擬儀器 構建的；閱讀器原型機主要包括底層FPGA控制設備和上層主控制器，底層FPGA控制設備包 括發射機、接收機和MAC協議控制層，上層主控制器對通信協議交互參數和符合性自動化測 試參數進行設置。
[0028]閱讀器原型機的底層硬件基于NI-PXIe模塊化硬件平臺進行構建，包括主控器 PXIe-8115、上變頻器PXIe-5610、下變頻器PXIe-5600、基帶射頻收發器PXIe-5641RVST、平 板天線和PXIe采集傳輸總線，各個硬件模塊通過高速總線連接，并通過同一板載時鐘分頻 來完成各個模塊之間的同步。具體框架圖如2所示。
[0029]發射機的底層硬件主要是在通過NI平臺的提供的Labview開發環境進行硬件結構 的設計。發射機狀態包括：Idle狀態、Power Up狀態和Frame Pack狀態。其中Frame Pack狀 態里面分子結構，分別為Preamble、Signal、Tail和Power Off，如圖3所示。Idle狀態是一個 將發送命令傳入FIFO寄存器前的等待狀態。Power Up狀態是為了能夠激發標簽內部的磁感 應電路，閱讀器需發射一定功率的CW信號狀態。Frame Pack狀態是在完成前同步序列和有 效組幀信號的發送后持續給卡設備供能的一段CW信號。Frame Pack狀態機中又包含三個子 狀態，分別為幀頭部序列、發送信息和幀結束。Power OfT狀態用于一個信號發送的結束延 遲時間。
[0030] 接收機的底層硬件包括6個級聯狀態，分別為初始化Initpara、載波平均能量計算 CalCW、信號檢測RevSig、同步PreambSync、譯碼Decode和字節存儲Binary2Byte狀態。其中 最后一個狀態結束以后再跳轉回初始的狀態以等待起始觸發信號。詳細的流程圖如圖4所 示。InitPara狀態用于同步發射機寫入狀態。CalCW狀態用于計算出CW波的平均能量值，以 設定能量檢測的閾值以及解碼門限值。RevSig狀態將會完成微小標簽信號檢測的功能，并 行執行自適應能量檢測、超時判斷、標簽信號的定位功能。PreambSync狀態下實現同步序列 的檢測功能。Decode狀態下用于標簽編碼信息的解碼功能。Binary2Byte狀態中將比特流轉 換為字節流。
[0031] MAC協議控制層，主要實現了命令的組幀、封裝、譯碼信息的解析、拆裝解析以及整 個通信過程的協議控制。MAC層狀態機主要包含Idle狀態、CmdSelect狀態、CmdWrite狀態、 Wait狀態、ErrFound狀態和CmdRead狀態，如圖5所示。Idle狀態用于控制命令發送形式，并 且等待用戶下一次按下開始鍵的觸發。CmdSelect狀態中MAC層會根據標簽所處狀態來發送 下一條指令。CmdWrite狀態實現了 MAC層選擇的命令以字節的形式依次寫入命令寄存器 CMDFIF0中，并通過CMDFIF0在發射機模塊接收命令字節。Wait狀態主要用來等待發射機或 者接收機的控制信號，從而決定是否狀態跳轉。ErrFound狀態中實現了鏈路時序的控制或 者差錯控制。CmdRead狀態下將會完成標簽信息的解碼讀取，包括16位隨機數、唯一 UID識別 碼、會話句柄、讀標簽內存信息及標簽狀態、安全密碼、寫標簽內存狀態。
[0032]最后符合性自動化測試功能的實現主要是在主控器中設計完成的。先根據要測試 的項目配置相關底層發射機接收機參數，使得完整的時序通信鏈路時域波形數據能夠準確 的從底層傳輸至主控器中。然后對時域波形數據進行濾波處理，計算出平均高電平和低電 平電壓值，從而得出高低電平的閾值門限，再根據此閾值門限進行波形邏輯值轉化，從而得 到波形上升下降沿的索引值，并根據協議規定的占空比和波形速率進行計算，并最終根據 和協議要求誤差范圍內的標準值進行判別驗證。通過MFCLibraryExcel. dll動態鏈接庫寫 如到相關的Excel表格文件中，并通過sel .xml文件進行表格中文字內容的配置，最終完成 自動化測試報告的生成。整個自動化測試過程是在循環嵌套中實現的，可以根據具體的測 試項設置不同的要求，比如循環次數，頻點頻段，功率增益等等。本系統主要根據標簽工作 頻率測試、標簽解調測試、標簽數據編碼測試、標簽前導碼測試、標簽頻率允差測試、標簽鏈 接時序Tl測試和標簽狀態機測試幾項內容進行設計，如果實際要求別的測試項還可以拓 展。
[0033]整個狀態機的工作流程如下：
[0034] (1)發射機：用戶點擊發送按鈕觸發Idle狀態跳轉至Power Up狀態。Power Up狀態 發送CW波以滿足標簽的上電要求，一段延時后進入Frame Pack狀態。在Frame Pack狀態中 先進入Preamble子狀態，為發送信號加入幀頭信息。然后等待MAC層的信號發送觸發信號來 進入Signal子狀態，將CMDFIF0中的發送信號進行時域發送。最后進入Tail子狀態加入發送 信號的幀尾信息。若會話結束則進入Power OfT狀態結束發送，否則繼續進入Frame Pack狀 態繼續發送命令。
[0035] (2)接收機：Init Para狀態用于等待發射機發送命令完畢的觸發信號，之后進入 CalCW狀態。在CalCW狀態用于計算CW波的平均能量。之后進入RcvSig狀態，進行對于標簽返 回信號的自適應檢測，用于定位標簽信號。若在規定時間內沒有檢測到標簽信號則進行超 時判斷。進入PreambSync狀態中對標簽返回的幀頭信息進行解碼方式的判斷，用以確定解 碼方式。進入Decode狀態根據上一狀態確定的解碼方式對標簽返回信號進行解碼。最后進 入Binary2Byte狀態將解碼后的比特流數據轉換為字節流數據。
[0036] (3)MAC協議控制層：Idle狀態根據用戶發送命令的觸發跳轉至Cmd Select狀態。 在Cmd Select狀態下根據用戶選擇的命令或者標簽所處狀態，相應地組成將要發送的時域 信號。在進入Cmd Write狀態后，將上一狀態組好的發送命令寫入到CMDFIF0寄存器中并用 于發射機讀取，轉入Wait狀態。在Wait狀態中根據接收機的解碼狀態是否完成進行跳轉，若 收到超時觸發信號或者解碼錯誤信號則轉入Err Found狀態，否則轉入Cmd Read狀態。在 Cmd Read狀態中對接收機傳過來的字節流信號進一步翻譯，從而可知標簽所處通信狀態。 最后繼續循環進入Cmd Select狀態維持整個協議控制層的運行。
[0037] 該方法包括以下步驟：
[0038] (1)閱讀器原型機根據接口協議設計發射機、接收機和MAC協議控制層，實現閱讀 器原型機和RFID標簽間的正常通信；
[0039] (2)根據符合性測試要求對通信協議交互參數和符合性自動化測試參數進行設 置；
[0040] (3)通過發射機向RFID標簽發送測試信號，通過RFID標簽向接收機反饋信號，將接 收機的接收信號稱為實際接收信號，基于測試信號、理論接收信號和實際接收信號進行符 合性自動化測試計算，包括標簽工作頻率測試、標簽解調測試、標簽數據編碼測試、標簽前 導碼測試、標簽頻率允差測試、標簽鏈接時序Tl測試和標簽狀態機測試;具體包括如下步 驟：
[0041] (31)對實際接收信號進行模數轉換并送入上層主控制器，利用MathScript節點模 塊對時域數字信號進行分析；
[0042] (32)在MathScript節點模塊中，首先對時域數字信號進行濾波平滑處理，然后根
據索引倌詵取出對府理論梓收信號的反間，對反間內的信號按以下規則計算判決門限值：
[0043]
[0044]
[0045] 式中：Hig2h LowTh表示標簽副載波高于載波電平時的門限值，Low2HighThresh表 示標簽副載波低于載波電平時的門限值，表示標簽副載波參考電平，石爾表示載波參 考電平值；
[0046] (33)根據判決門限值，對區間內的時域數字信號進行錯位異或處理，將區間內的 時域數字信號轉換為基帶信號，計算基帶信號的占空比和反向鏈路散射速率；
[0047] (34)基于測試信號、理論接收信號和步驟(33)得到的基帶信號進行符合性自動化 測試計算；
[0048] (4)計算結果通過MFCLibraryExcel.dll動態鏈接庫寫入到Excel表格文件中，并 通過sel.xml文件進行表格中文字內容的配置，最終生成自動化測試報告。
[0049] 測試報告應根據每項測試案例的通信參數以及測試判定給出，通過條件為當信號 分析儀被觸發意味著標簽在測試頻率下能夠工作，以及占空比滿足45%~55%區間之內的 數值，以及計算的返回信號鏈路速率與協議對應值得誤差比不超過2%。
[0050] 以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出：對于本技術領域的普通技術人 員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應 視為本發明的保護范圍。
【主權項】
1. 一種基于虛擬儀器的RFID標簽空中接口協議符合性自動化測試方法，其特征在于： 對閱讀器原型機和RFID標簽間的接口協議進行符合性自動化測試，其中閱讀器原型機是基 于虛擬儀器構建的；閱讀器原型機主要包括底層FPGA控制設備和上層主控制器，底層FPGA 控制設備包括發射機、接收機和MAC協議控制層，上層主控制器對通信協議交互參數和符合 性自動化測試參數進行設置;該方法包括W下步驟： (1) 閱讀器原型機根據接口協議設計發射機、接收機和MAC協議控制層，實現閱讀器原 型機和RFID標簽間的正常通信； (2) 根據符合性測試要求對通信協議交互參數和符合性自動化測試參數進行設置； (3) 通過發射機向RFID標簽發送測試信號，通過RFID標簽向接收機反饋信號，將接收機 的接收信號稱為實際接收信號，基于測試信號、理論接收信號和實際接收信號進行符合性 自動化測試計算，包括標簽工作頻率測試、標簽解調測試、標簽數據編碼測試、標簽前導碼 測試、標簽頻率允差測試、標簽鏈接時序T1測試和標簽狀態機測試； (4) 計算結果通過MF化ibra巧Excel .dll動態鏈接庫寫入到Excel表格文件中，并通過 sel.xml文件進行表格中文字內容的配置，最終生成自動化測試報告。2. 根據權利要求1所述的基于虛擬儀器的RFID標簽空中接口協議符合性自動化測試方 法，其特征在于:所述步驟(3)具體包括如下步驟： (31) 對實際接收信號進行模數轉換并送入上層主控制器，利用MathScript節點模塊對 時域數字信號進行分析； (32) 在MathScript節點模塊中，首先對時域數字信號進行濾波平滑處理，然后根據索 引值選取出對應理論接收信號的區間，對區間內的信號按W下規則計算判決口限值：式中：Hig化Low化表示標簽副載波高于載波電平時的口限值，Low2HighThresh表示標 簽副載波低于載波電平時的口限值，忘為表示標簽副載波參考電平，若承表示載波參考電 平值； (33) 根據判決口限值，對區間內的時域數字信號進行錯位異或處理，將區間內的時域 數字信號轉換為基帶信號，計算基帶信號的占空比和反向鏈路散射速率； (34) 基于測試信號、理論接收信號和步驟(33)得到的基帶信號進行符合性自動化測試 計算。
【文檔編號】G06K7/00GK105844190SQ201610159351
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年3月18日
【發明人】裴文江, 張遜, 王開, 夏亦犁
【申請人】東南大學