在低成本识别与个人资料储存领域，射频识别（RFID）技术将先与条码系统共存，最终可能取而代之。它有数个超越条码系统的优势，包括：

而微控制器（MCU）将可使以上这一切成真。

RFID系统包括标签与读卡机。标签（收发器）的主要元件为天线、储存标签特定资讯的记忆晶片，以及相当基本的数位控制电路。标签储存的资讯少如识别号码，多则可达百万位元组的资料。

非接触式智慧卡可视为RFID标签技术的复杂子集。相较于机械接触式系统，其主要价值在于方便与成本低。在读卡机附近挥一下识别卡，即可进入建筑物或从旋转门进入大型转运站，比插取电子接触式卡片或磁卡还方便。这种技术也比机械接触式读卡机耐用和便宜。

非接触式智慧卡必须具备智能，这一点与标签不同。以通行证为例，卡片上所具备的智能正足以增加或降低其价值。另一方面，储存生物识别资料或可嵌入MCU的电子卡，例如护照，则是具有大量储存能力，以及高智慧的无接触式安全识别技术实例。

就标签而言，读卡机提供读取、写入与解读资料所需的绝大部份智能，更供应标签/收发器运作所需的电源，其作法通常是引起标签上的线圈产生感应电流。读卡机与伺服器和资料库进行通讯，而资料库内储存了数百万份标签的大量资讯。

智慧卡与标签的主要技术趋势几乎一致：整合更多的资料与智能，和更多复杂的全球资讯网路建立介面。

要更先进，通常必须付出代价。这些趋势引起安全与隐私上的顾虑，致使这些技术必须符合更高的效能标准，例如卡片与标签必须能加密，而如何同时识别数百份标签的挑战也不容小觑。

对于设计工程师而言，提高智慧标签与智慧卡系统效能标准的影响颇巨。新一代的标签与卡片显然多少需要重新设计。不过重新设计的最大挑战，在于读取标签与卡片的装置，以及如何嵌入大部份的智能。特别是如何充分发挥今日读卡机系统所使用的8位元与16位元MCU，以期符合效能、安全与网路的需求。

8位元与16位元MCU的处理速度无法消化先进的软体加密演算法。它们的汇流排宽度将无法适切地配合资料加密标准（Data Encryption Standard；DES）及Triple DES的32位元字元长度。它们可能必须利用繁琐的分页记忆体架构，才能处理接收到的作业量，在特定状况下对标签进行加密和高速排序。它们也欠缺为因应复杂应用所开发的32位元MCU内建IP的优势。

标签EPC技术的效果

在消费者层级的部署上，新一代标签系统必须更加先进，以便处理复杂的新应用与全球互通性。

统一商品条码（UPC）是针对条码技术所设计的基本识别标志，电子商品编码（EPC）则是由EPCglobal论坛针对RFID所建立的。 EPC的编码长度为64位元或96位元，它就像专为以网路连接、能即时存取之资料库而建立的查询表。

有时标签必须跨越公司内部网路，直接与主系统通讯。公司可与其事业伙伴合作主导EPC资讯服务（EPCIS），但这种作法需要建立更高的标准、互通性与安全性。

未来设计工程师必须注意的重点，是从大型集中资料库朝分散式资料发展的重要趋势。分散式资料处理有两项优点：

《图一 从仓库到零售商店的卷标建置》

32位元MCU解决方案

只要符合成本效益，32位元MCU则非常适合精密的RFID自动识别系统。如同前述，重新设计的工作大多针对读卡机。基本读卡机的区块图如(图二)所示。

《图二 使用MCU与卡片阅读机专用 IC的RFID卡片阅读机》

MCU可使用UART与USB序列通道等数种常见序列介面,与较大型的EPCIS资料库通讯。而读卡机和标签之间的通讯则是由MCU监控。

此系统仰赖储存于EEPROM中的资料，并具备数项基本性能：

若读卡机想寻找特定标签或标签群组，可在作业范围针对系列码和应用程​​式识别码设定查询条件，以查询所有标签。

读卡机必须以一系列的问题询问标签。此互动通常为存取标签中使用者资料的读取作业，但也可能随后进行写入作业。

由于此流程太过复杂而无法在本文中详尽解说，但通常流程如下：

这一切均累积成MCU的大量负载。标签甚至需要更高的效能。 32位元MCU结合晶片内建快闪记忆体，可储存本机资料库的资讯，不需与主机持续通讯。

《图三 AES加密与解密结构》

智慧读卡机之资料加密选项

加密可经用软体或软硬体结合来进行。仅以软体进行加密的优点主要在于成本较低，而以软硬体共同加密，则能提供更高的安全性及更佳的效能。

以软体加密的8位元与16位元系统，除了必须面对效能冲击外，软体也常有必须以程式码设计处理记忆体有限的问题，而且几乎一定会有可能造成安全风险的后门。系统设计师在无可选择的情况下，必须增加额外的记忆体以容纳额外的程式码时，安全风险也会随之增加。 32位元MCU可提供足够的晶片上记忆体资源（512k位元组的快闪记忆体），未来还可随时间增加记忆容量。

设计团队经常认为硬体加密，必会增加难以接受的BOM成本与IP成本。虽然DES与Triple DES等演算法属于公共财，不需授权费，但改善其效能的实作方法却可申请专利。

幸好在使用具备安全核心及大量IP库的32位元MCU时，设计师基本上已集这两者之大成。一方面，32位元MCU具备以软体执行加密演算法所需的所有处理能力。另一方面，具有最佳化加密引擎的安全核心，可提供所有必要的硬体安全。获得专利的实作演算法随附于MCU的IP库中。

就读卡机/标签系统而言，软体组态能力特别重要。例如，即将进入市场以支援EPCIS的新一代智慧标签系统，能非常快速地变更加密演算法。

如同先前的智慧型标签系统，大多数的系统智能仍将置于读卡机模组中。由于读卡机是由具备安全ARM核心与适当IP的标准件32位元MCU所驱动，实作硬体安全所需的额外成本极少。

32位元件的另一项优势为它能提供额外的记忆容量。在读卡机里的MCU嵌入足够记忆体，可除去8位元与16位元设计中经常出现于MCU与记忆体之间的外部汇流排。无此汇流排， 骇客将不能再监控读卡机的记忆体汇流排，因此可避开安全威胁。

《图四 DES密码区块图》

电子护照

在考量无接触式智慧卡时，设计精良且具备高效能的MCU将更具竞争力。明年即将流行的电子护照（ePassport）就是一个好例子。

储存于电子护照的生物识别资料，可轻易将四十种以上的安全作法嵌入护照。这类应用通常需要大量记忆体来处理这些复杂的资料。例如，美国国务院就指定至少要有64K位元组。但一组生物识别影像就需要约12K位元组的空间，且扩张速度相当快。不过对LPC213x系列而言却不是问题，因为它拥有内建512M位元组的快闪记忆体和32K位元组的SRAM。

为了确保每日能有效处理数百万份电子护照，系统必须在电子护照上使用超低功耗晶片，并在安全智慧卡控制器（读卡机）上使用高效计算引擎。

除了提供电子护照应用所有需要之处理能力之外，32位元ARM7TDMI-S核心即根据低功耗作业而最佳化。其他储存大量加密资料的应用，包括个人识别标签与军方使用的士兵身份识别牌。

32位元MCU的优势

32位元MCU可为新一代智慧标签与非接触式智慧卡应用提供明显优势。例如，它们能针对更多的智慧标签处理识别与排序流程，不必采用8位元MCU所需的记忆体分段定址技术。

当加密成为RFID读卡机/标签系统的特性之一时，其优势显然易见。例如，DES与Triple DES皆需32位元乘法器，而这在架构于ARM7TDMI-S的MCU是内建功能。

以软体执行加密演算法有许多优点，例如能快速变更加密金钥。不过软体执行需要大量嵌入式记忆体，而32位元MCU正具备这样的要求。记忆体对应I/O可使系统设计更为简单，而32位元MCU通常含有数组高位元速率介面的I/O可供选择。

《图五 LPC213x系列区块图》

过去，32位元MCU的缺点在于成本。然而，自从供应商推出标准ARM式MCU后，其价格即不断降低。尖端半导体制程的量产使晶片体积缩小，也使32位元标准MCU的价格降低。当然，相较于最便宜的8位元MCU，32位元MCU的成本仍然较高，但系统设计师现在可以在符合整体系统的BOM预算下，应用符合效能需求的32位元MCU。

RFID与符合安全与隐私考量的自动识别技术结合后，预计将在智慧标签与非接触式智慧卡市场中，加速32位元MCU新市场的形成。

在不久的将来，消费者将目睹它们进入付费、库存与销售点系统，而将增强技术或非接触式智慧卡应用于电子护照等敏感领域，也指日可待。作者任职于Philips飞利浦半导体）

延 伸 阅 读

本文设计的智慧化监控系统，主要是将矿井中采集的甲烷等有害气体的浓度资料通过汇流排型网路定时传送到地面监管中心的PC中，使用软体平台进行资料存储。 PC根据收到的资料可以即时监测有害气体的浓度，超过安全阀值可自动报警。同时，井下工作人员和重要设备配备的射频识别（RFID）模组通过井下固定监控点定时向监管中心传送他们的位置资料，平时用做人员的考勤记录和设备的管理与调度，一旦发生意外事故，将有利于人员和设备的救援与疏散。相关介绍请见「 基于RFID技术的煤矿安全智慧化监控系统」一文。 近年来，RFID无线射频辨识技术（Radio Frequency Identification；RFID）的话题不断在各产业界延烧。因为RFID是一种利用无线电波读取资料，以辨识物品的技术。 RFID标签包含着一个矽晶片和天线，可储存关于物品的描述资料。与一般常见的条码相比，RFID可实现更强大的物品管理、追踪功能，且应用领域极为广泛，因而受到各界高度关注。你可在「RFID潜力惊人晶片商蓄势待发」一文中得到进一步的介绍。 本文介绍了基于射频识别技术设计的煤矿安全智慧化监控系统。该系统可以即时检测井中甲烷 等有害气体的浓度，对携带射频识别（RFID）的井下工作人员和重要设备进行自动位置检测、身份识别和资讯管理。系统使用汇流排型拓扑结构的网路进行资料的采集和传送，并利用监管中心的远端PC实现显示及存储等功能，适用于各类环境下煤矿的安全管理。「RFID的煤矿安全智慧化监控系统」一文为你做了相关的评析。

市场动态

盛群半导体推出三款RFID tag新产品。此三款RFID内存的资料均为EPROM，客户可于生产 过程自行烧入规划的产品码。同时所配合Reader线路完全相同，唯对应不同功能、编号 的RFID，reader中的HOLTEK MCU程式必须相对应的修改。相关介绍请见「盛群半导体推出三款RFID 新产品」一文。 于达拉斯举行的RFID世界大会上，Sun Microsystems发布了其最新的RFID行业解决方案架构（ISA），即Su​​n RFID ISA for Manufacturing（针对制造业的Sun RFID行业解决方案架构）。该架构将Sun的RFID技术体验与其在制造业中丰富的专业经验结合起来，应对当前消费商品包装行业独特的商务要求，帮助该行业客户全面利用RFID的强大功能。 你可在「 Sun发布全新制造业RFID解决方案架构（ISA）」一文中得到进一步的介绍。 面对RFID（无线频率识别系统）在全球市场掀起的风暴，与“热情”的国外IT巨头摩拳擦掌相比，国内IT企业却一点都不“感冒”。在「国内IT企业为什么对RFID就是不“感冒”？」一文为你做了相关的评析。