在低成本識別與個人資料儲存領域，射頻識別（RFID）技術將先與條碼系統共存，最終可能取而代之。它有數個超越條碼系統的優勢，包括：

而微控制器（MCU）將可使以上這一切成真。

RFID系統包括標籤與讀卡機。標籤（收發器）的主要元件為天線、儲存標籤特定資訊的記憶晶片，以及相當基本的數位控制電路。標籤儲存的資訊少如識別號碼，多則可達百萬位元組的資料。

非接觸式智慧卡可視為RFID標籤技術的複雜子集。相較於機械接觸式系統，其主要價值在於方便與成本低。在讀卡機附近揮一下識別卡，即可進入建築物或從旋轉門進入大型轉運站，比插取電子接觸式卡片或磁卡還方便。這種技術也比機械接觸式讀卡機耐用和便宜。

非接觸式智慧卡必須具備智能，這一點與標籤不同。以通行證為例，卡片上所具備的智能正足以增加或降低其價值。另一方面，儲存生物識別資料或可嵌入MCU的電子卡，例如護照，則是具有大量儲存能力，以及高智慧的無接觸式安全識別技術實例。

就標籤而言，讀卡機提供讀取、寫入與解讀資料所需的絕大部份智能，更供應標籤/收發器運作所需的電源，其作法通常是引起標籤上的線圈產生感應電流。讀卡機與伺服器和資料庫進行通訊，而資料庫內儲存了數百萬份標籤的大量資訊。

智慧卡與標籤的主要技術趨勢幾乎一致：整合更多的資料與智能，和更多複雜的全球資訊網路建立介面。

要更先進，通常必須付出代價。這些趨勢引起安全與隱私上的顧慮，致使這些技術必須符合更高的效能標準，例如卡片與標籤必須能加密，而如何同時識別數百份標籤的挑戰也不容小覷。

對於設計工程師而言，提高智慧標籤與智慧卡系統效能標準的影響頗鉅。新一代的標籤與卡片顯然多少需要重新設計。不過重新設計的最大挑戰，在於讀取標籤與卡片的裝置，以及如何嵌入大部份的智能。特別是如何充分發揮今日讀卡機系統所使用的8位元與16位元MCU，以期符合效能、安全與網路的需求。

8位元與16位元MCU的處理速度無法消化先進的軟體加密演算法。它們的匯流排寬度將無法適切地配合資料加密標準（Data Encryption Standard；DES）及Triple DES的32位元字元長度。它們可能必須利用繁瑣的分頁記憶體架構，才能處理接收到的作業量，在特定狀況下對標籤進行加密和高速排序。它們也欠缺為因應複雜應用所開發的32位元MCU內建IP的優勢。

標籤EPC技術的效果

在消費者層級的部署上，新一代標籤系統必須更加先進，以便處理複雜的新應用與全球互通性。

統一商品條碼（UPC）是針對條碼技術所設計的基本識別標誌，電子商品編碼（EPC）則是由EPCglobal論壇針對RFID所建立的。EPC的編碼長度為64位元或96位元，它就像專為以網路連接、能即時存取之資料庫而建立的查詢表。

有時標籤必須跨越公司內部網路，直接與主系統通訊。公司可與其事業夥伴合作主導EPC資訊服務（EPCIS），但這種作法需要建立更高的標準、互通性與安全性。

未來設計工程師必須注意的重點，是從大型集中資料庫朝分散式資料發展的重要趨勢。分散式資料處理有兩項優點：

《圖一　從倉庫到零售商店的標籤建置》

32位元MCU解決方案

只要符合成本效益，32位元MCU則非常適合精密的RFID自動識別系統。如同前述，重新設計的工作大多針對讀卡機。基本讀卡機的區塊圖如(圖二)所示。

《圖二　使用MCU與讀卡機專用 IC的RFID讀卡機》

MCU可使用UARTS與USB序列通道等數種常見序列介面，與較大型的EPCIS資料庫通訊。而讀卡機和標籤之間的通訊則是由MCU監控。

此系統仰賴儲存於EEPROM中的資料，並具備數項基本性能：

若讀卡機想尋找特定標籤或標籤群組，可在作業範圍針對系列碼和應用程式識別碼設定查詢條件，以查詢所有標籤。

讀卡機必須以一系列的問題詢問標籤。此互動通常為存取標籤中使用者資料的讀取作業，但也可能隨後進行寫入作業。

由於此流程太過複雜而無法在本文中詳盡解說，但通常流程如下：

這一切均累積成MCU的大量負載。標籤甚至需要更高的效能。32位元MCU結合晶片內建快閃記憶體，可儲存本機資料庫的資訊，不需與主機持續通訊。

《圖三　AES加密與解密結構》

智慧讀卡機之資料加密選項

加密可經用軟體或軟硬體結合來進行。僅以軟體進行加密的優點主要在於成本較低，而以軟硬體共同加密，則能提供更高的安全性及更佳的效能。

以軟體加密的8位元與16位元系統，除了必須面對效能衝擊外，軟體也常有必須以程式碼設計處理記憶體有限的問題，而且幾乎一定會有可能造成安全風險的後門。系統設計師在無可選擇的情況下，必須增加額外的記憶體以容納額外的程式碼時，安全風險也會隨之增加。32位元MCU可提供足夠的晶片上記憶體資源（512k位元組的快閃記憶體），未來還可隨時間增加記憶容量。

設計團隊經常認為硬體加密，必會增加難以接受的BOM成本與IP成本。雖然DES與Triple DES等演算法屬於公共財，不需授權費，但改善其效能的實作方法卻可申請專利。

幸好在使用具備安全核心及大量IP庫的32位元MCU時，設計師基本上已集這兩者之大成。一方面，32位元MCU具備以軟體執行加密演算法所需的所有處理能力。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體安全。獲得專利的實作演算法隨附於MCU的IP庫中。

就讀卡機/標籤系統而言，軟體組態能力特別重要。例如，即將進入市場以支援EPCIS的新一代智慧標籤系統，能非常快速地變更加密演算法。

如同先前的智慧型標籤系統，大多數的系統智能仍將置於讀卡機模組中。由於讀卡機是由具備安全ARM核心與適當IP的標準件32位元MCU所驅動，實作硬體安全所需的額外成本極少。

32位元件的另一項優勢為它能提供額外的記憶容量。在讀卡機裡的MCU嵌入足夠記憶體，可除去8位元與16位元設計中經常出現於MCU與記憶體之間的外部匯流排。無此匯流排， 駭客將不能再監控讀卡機的記憶體匯流排，因此可避開安全威脅。

《圖四　DES密碼區塊圖》

電子護照

在考量無接觸式智慧卡時，設計精良且具備高效能的MCU將更具競爭力。明年即將流行的電子護照（ePassport）就是一個好例子。

儲存於電子護照的生物識別資料，可輕易將四十種以上的安全作法嵌入護照。這類應用通常需要大量記憶體來處理這些複雜的資料。例如，美國國務院就指定至少要有64K位元組。但一組生物識別影像就需要約12K位元組的空間，且擴張速度相當快。不過對LPC213x系列而言卻不是問題，因為它擁有內建512M位元組的快閃記憶體和32K位元組的SRAM。

為了確保每日能有效處理數百萬份電子護照，系統必須在電子護照上使用超低功耗晶片，並在安全智慧卡控制器（讀卡機）上使用高效計算引擎。

除了提供電子護照應用所有需要之處理能力之外，32位元ARM7TDMI-S核心即根據低功耗作業而最佳化。其他儲存大量加密資料的應用，包括個人識別標籤與軍方使用的士兵身份識別牌。

32位元MCU的優勢

32位元MCU可為新一代智慧標籤與非接觸式智慧卡應用提供明顯優勢。例如，它們能針對更多的智慧標籤處理識別與排序流程，不必採用8位元MCU所需的記憶體分段定址技術。

當加密成為RFID讀卡機/標籤系統的特性之一時，其優勢顯然易見。例如，DES與Triple DES皆需32位元乘法器，而這在架構於ARM7TDMI-S的MCU是內建功能。

以軟體執行加密演算法有許多優點，例如能快速變更加密金鑰。不過軟體執行需要大量嵌入式記憶體，而32位元MCU正具備這樣的要求。記憶體對應I/O可使系統設計更為簡單，而32位元MCU通常含有數組高位元速率介面的I/O可供選擇。

《圖五　LPC213x系列區塊圖》

過去，32位元MCU的缺點在於成本。然而，自從供應商推出標準ARM式MCU後，其價格即不斷降低。尖端半導體製程的量產使晶片體積縮小，也使32位元標準MCU的價格降低。當然，相較於最便宜的8位元MCU，32位元MCU的成本仍然較高，但系統設計師現在可以在符合整體系統的BOM預算下，應用符合效能需求的32位元MCU。

RFID與符合安全與隱私考量的自動識別技術結合後，預計將在智慧標籤與非接觸式智慧卡市場中，加速32位元MCU新市場的形成。

在不久的將來，消費者將目睹它們進入付費、庫存與銷售點系統，而將增強技術或非接觸式智慧卡應用於電子護照等敏感領域，也指日可待。作者任職於Philips飛利浦半導體）

延 伸 閱 讀

本文設計的智慧化監控系統，主要是將礦井中採集的甲烷等有害氣體的濃度資料通過匯流排型網路定時傳送到地面監管中心的PC中，使用軟體平臺進行資料存儲。PC根據收到的資料可以即時監測有害氣體的濃度，超過安全閥值可自動報警。同時，井下工作人員和重要設備配備的射頻識別（RFID）模組通過井下固定監控點定時向監管中心傳送他們的位置資料，平時用做人員的考勤記錄和設備的管理與調度，一旦發生意外事故，將有利於人員和設備的救援與疏散。相關介紹請見「 基於RFID技術的煤礦安全智慧化監控系統」一文。 近年來，RFID無線射頻辨識技術（Radio Frequency Identification；RFID）的話題不斷在各產業界延燒。因為RFID是一種利用無線電波讀取資料，以辨識物品的技術。RFID標籤包含著一個矽晶片和天線，可儲存關於物品的描述資料。與一般常見的條碼相比，RFID可實現更強大的物品管理、追蹤功能，且應用領域極為廣泛，因而受到各界高度關注。你可在「RFID潛力驚人晶片商蓄勢待發」一文中得到進一步的介紹。 本文介紹了基於射頻識別技術設計的煤礦安全智慧化監控系統。該系統可以即時檢測井中甲烷 等有害氣體的濃度，對攜帶射頻識別（RFID）的井下工作人員和重要設備進行自動位置檢測、身份識別和資訊管理。系統使用匯流排型拓撲結構的網路進行資料的採集和傳送，並利用監管中心的遠端PC實現顯示及存儲等功能，適用於各類環境下煤礦的安全管理。「RFID的煤礦安全智慧化監控系統」一文為你做了相關的評析。

市場動態

盛群半導體推出三款RFID tag新產品。此三款RFID內存的資料均為EPROM，客戶可於生產 過程自行燒入規劃的產品碼。同時所配合Reader線路完全相同，唯對應不同功能、編號 的RFID，reader中的HOLTEK MCU程式必須相對應的修改。相關介紹請見「盛群半導體推出三款RFID 新產品」一文。 於達拉斯舉行的RFID世界大會上，Sun Microsystems發佈了其最新的RFID行業解決方案架構（ISA），即Sun RFID ISA for Manufacturing（針對製造業的Sun RFID行業解決方案架構）。該架構將Sun的RFID技術體驗與其在製造業中豐富的專業經驗結合起來，應對當前消費商品包裝行業獨特的商務要求，幫助該行業客戶全面利用RFID的強大功能。 你可在「 Sun發佈全新製造業RFID解決方案架構（ISA）」一文中得到進一步的介紹。 面對RFID（無線頻率識別系統）在全球市場掀起的風暴，與“熱情”的國外IT巨頭摩拳擦掌相比，國內IT企業卻一點都不“感冒”。在「國內IT企業為什麼對RFID就是不“感冒”？」一文為你做了相關的評析。