基于二代*的门禁考勤系统分析

　　引言
　　
　　MCF52233是飞思卡尔公司推出一款主要用于工业控制的32位芯片[1],具有稳定性好、可靠性高、接口丰富、存储空间大等优点,并且集成了网络模块,已经广泛应用于工业控制领域。射频识别是一种非接触式的自动识别技术,目前已广泛应用于物流、制造、公共信息服务等行业。
　　
　　本系统通过射频模块读取二代*的序列号,然后对该序列号作如下处理:*,使用快速查询方法,查询MCF52233的Flash中已存储的序列号。若查询成功,电子门自动打开,*刷卡人员进入,具有门禁的功能。第二,若门禁控制器处于脱机工作状态,则ID序列号暂存于Flash中,等联机后再把ID序列号和刷卡时间上传到服务器;若门禁控制器处于联机工作状态,则把ID序列号和刷卡时间直接通过网络或USB接口上传到服务器。
　　
　　1系统总体架构
　　
　　基于二代*的RFID门禁考勤系统（以下简称门禁考勤系统）由二代*ID采集器、门禁控制器、服务器管理软件和可控电子门组成,使用二代居民*作为电子标签,无须购买专门的射频卡,为用户节省成本,使用方便。
　　
　　由于门禁控制器脱机工作时,能够独立识别ID序列号,因此要预先把ID序列号下载到门禁控制器的Flash中,此时需要使用ID采集器预*行ID序列号的采集。门禁控制器具有以太网和USB接口,同时支持TypeA标准（Mifire1卡）和TypeB标准（二代*）射频卡,能根据射频卡上的信息自动识别持卡人是否被*进入,从而控制电子门的开和闭;另外,它还能记录持卡人进出时间,具备考勤的功能。
　　　　
　　2系统硬件组成
　　
　　本系统选择80引脚的MCF52233作为主控芯片,主要是由于该芯片引脚功能比较丰富,同时包含网络模块、IIC模块（用于对时钟芯片PCF8563进行数据传输）和QSPI模块（用于对液晶进行控制）。该芯片虽不包含USB模块,但可使用飞思卡尔生产的M68HC908JB8的USB接口。本系统需实现的功能模块包括:GPIO、UART、QSPI、IIC、PIT、Flash及USB模块[1]。
　　　　
　　刷卡记录包括刷卡时间和卡号,因此使用PCF8563时钟芯片保存系统时间,同时使用MCF52233内部的定时器（PIT）模块计时,以延长PCF8563使用的纽扣电池的寿命。
　　
　　3系统软件设计
　　
　　3.1MCU方软件设计
　　
　　MCU方软件主要分为两大部分:*信息采集软件和门禁控制器软件。
　　
　　*信息采集软件的主要功能:对ID序列号进行采集,并上传到服务器方的数据库中。
　　
　　门禁控制器软件的主要功能:ID索引表和序列号的写入功能、配置参数信息的写入功能、刷卡识别并开门功能和刷卡信息上传功能。
　　
　　为了能够在主控芯片的Flash中快速查询到ID序列号,本系统对Flash区域进行了重新划分（下文介绍）,其中两区域分别用于存储ID索引表和ID序列号。*信息的写入程序主要是将ID索引表和ID序列号两部分信息写入到门禁控制器中。该信息的写入都要通过握手信号,以确保正确的信息写入到MCF52233的Flash中。下面主要介绍ID序列号写入Flash的过程。
　　　　
　　配置参数信息的写入流程与ID序列号的写入流程一致,这里不再描述。
　　
　　刷卡识别并开门程序主要实现以下功能:将当前刷卡的ID序列号读出;检查该ID序列号的有效性;若ID序列号有效,则开电子门并将该刷卡记录存入到Flash中。检查*ID有效性的程序主要包括三部分函数:总的查询函数、根据特征值（由ID序列号累加求和取模得到）到ID索引表中取得分组首末地址函数和在分组中查询ID序列号函数。
　　　　
　　刷卡信息上传程序主要是将刷卡的信息上传到服务器方入库,以备查询使用。上传的信息主要包含刷卡时间和ID序列号。如果每刷一条信息就写入Flash,则必定对Flash要进行频繁的擦写,这样会降低系统的效率。为了提高系统效率,采用临时缓冲区的方法,只有当刷卡记录满一页,才写入到Flash中。
　　　　
　　3.2服务器方软件设计
　　
　　服务器方软件主要实现以下的功能:ID序列号采集功能,对门禁控制器的操作,人员信息和刷卡信息的数据库操作功能。
　　
　　ID序列号采集功能是采集ID序列号并保存到服务器的数据库上。
　　
　　门禁控制器的操作主要有以下几个方面:门禁控制器系统时间的设置、人员信息的下载、配置参数的下载和刷卡记录的上传等。
　　
　　人员信息的数据库操作主要包括:人员信息的添加、修改、查询和删除操作。
　　
　　刷卡信息的数据库操作主要包括:刷卡记录的查询和删除操作。
　　
　　3.3服务器方数据库设计
　　
　　本系统的服务器方数据库主要包含以下两个表:人员信息表和刷卡信息表。
　　
　　人员信息表用于保存人员的基本信息,必需包含字段:人员编号、姓名、性别、ID序列号,其中人员编号是主键,用于*标识每条记录。各字段的长度如下:人员编号10字节,姓名10字节,性别1字节,ID序列号16字节。
　　
　　刷卡信息表用于保存刷卡信息。刷卡记录通过以下方式获得:服务器读取门禁控制器中的刷卡信息（仅包含ID序列号和刷卡时间）,根据ID序列号查询人员信息表,获得人员编号和姓名,然后同刷卡时间一并存入到刷卡信息表中。刷卡信息表包含以下字段:人员编号10字节,姓名10字节,刷卡时间（日期型）。
　　
　　4设计要点的讨论
　　
　　4.1Flash分配设计
　　
　　MCF52233是ColdFire的一款芯片,其可寻址4GB的地址空间,地址范围为0x00000000~0xFFFFFFFF。该芯片具有256KB的Flash和32KB的SRAM,其Flash存储器的地址范围是0x00000000~0x0003FFFF[3]。本系统的Flash存储器划分为5大部分:程序区域、门禁控制器配置区域、ID索引表区域、ID序列号区域和刷卡记录信息区域,。
　　　　
　　ID索引表每项为8字节,分别存放每组的起始地址和结束地址;每个ID序列号为16个字节,存放8字节的ID号和预留8字节;每条刷卡记录信息为16个字节,存放8字节的刷卡时间和8字节的ID序列号。
　　
　　4.2ID序列号查询过程
　　
　　为了能够在MCF52233的Flash中快速查找到匹配的ID序列号,作者对几种常用的查询方法进行比较,发现异或和累加和取模的查询效率比较高。通过软件模拟大量数据,计算标准差偏移程度,zui终得到累加和取模的效率更高。因此,本系统采用累加和取模的方法得到该ID序列号的特征值,在Flash中把ID序列号分为两部分存储:ID索引表和ID序列号表。ID索引表中存储的是模相同的ID序列号在Flash中的起始地址和结束地址。
　　　　
　　ID序列号查询过程调用以下函数:
　　
　　uint8SelectID（uint8personID[],uint8nlength）
　　
　　其功能为:根据给定的ID序列号,查询Flash的ID序列号表中是否存在该ID序列号。参数personID为要查询的ID序列号数组;nlength为ID序列号的字节数。
　　
　　SelectID内部又调用以下两个函数:
　　
　　（1）uint8FetchIDGroupAddressFromIDIndex（uint8nIndexValue,uint32*pHeadAddr,uint32*pEndAddr）。
　　
　　其功能为:根据ID序列号的特征值取得该ID序列号所在分组的首末地址。参数nIndexValue为ID序列号的特征值;pHeadAddr为ID序列号所在分组的首地址;pEndAddr为ID序列号所在分组的末地址。
　　
　　（2）uint8SelectIDFromIDGroup（uint8*pHeadlAddr,uint8*pEndAddr,uint8personID[],uint8nLength）。
　　
　　其功能为在ID序列号分组中查询是否存在的ID序列号。参数pHeadlAddr为ID分组的首地址;pEndAddr为ID分组的末地址;personID为要查询的ID序列号的数组;length为ID序列号的字节数。
　　
　　5结束语
　　
　　本系统采用全国统一发行的第二代*作为RFID识别的电子标签,集成了以太网和USB接口,具有“脱机”和“联机”两种工作状态,同时具有门禁和考勤的功能。本系统经半年的实际使用表明能够在现场、稳定地运行。本文对局域网内的嵌入式系统应用、现有只读卡系统的升级换代以及二代*的应用扩展具有参考价值。
　　
　　参考文献
　　
　　[1]王宜怀.基于32位ColdFire构建嵌入式系统[M].北京:电子工业出版社,2009.
　　
　　[2]孙鹏.基于嵌入式以太网的RFID系统应用技术研究[D].苏州:苏州大学出版社,2008.
　　
　　[3]FreescaleMCF52233MCF52233RM[Z].2004.http://www.freescale.com.