【应用】高集成度、小封装！32位MCU助力RFID智能标签
【摘要】与传统的条型码、磁卡及IC卡相比，电子标签具有非接触、阅读速度快、无磨损、不受环境影响、寿命长、便于使用的优势。本文针对作为阅读器和应答器的通信桥梁的MCU进行了技术分析，并推荐了符合要求的高性能32位微控制器。
电子标签的应用和发展现状
电子标签是射频识别（RFID）的俗称，是时下最为先进的非接触感应技术，通过在阅读器和射频卡之间进行非接触双向数据传输来达到目标识别和数据交换的目的。与传统的磁卡及IC卡技术相比电子标签具有以下优势：容量比较大，数据可随时更新，可读可写；速度快，非接触，可多目标识别，运动识别；体积小，易封装，可嵌入到商品内；专用芯片，序列号唯一，密匙认证，极难复制；无机械故障、寿命长、抗恶劣环境。
目前我国的电子标签主要应用于流通管理领域、防伪领域、金融收费领域及汽车防盗、物品跟踪等领域。每年的发行量超过了3000万张，根据初步测算，未来几年我国电子标签的年应用量会有数十亿元以上的需求。
阅读器和应答器的通信桥梁——MCU
完整的RFID系统包括阅读器、应答器（标签）和应用软件。作为阅读器和应答器的通信桥梁，MCU可以使用几种流行串行接口中的任一种接口与较大的 EPCIS数据库通信，这些接口包括UART和USB串行通道。
如果一个阅读器寻找某个特定标签或一组标签，它可以使用系列码和应用标识号标准询问位于其操作范围内的所有标签。阅读器需要对标签进行一系列询问操作。这种交互操作通常是对标签中用户数据的读操作，但也有可能发生后续的写操作，这样会对MCU构成严重负荷，标签需要具有更高的性能。另外对于内存受限的设计来说，软件使用的代码常常很多，并且几乎总是存在后门，从而造成安全风险，这就需要通过增加外部存储器来容纳剩余代码。
使用32位MCU和大容量片上闪存，就可以实现本地数据库信息存储，而不必与主机进行无休止的通信，并且使系统安全更有保障。
除了需要MCU具有丰富的外设通信接口之外，由于标签的尺寸一般相对较小，这就需要MCU的封装也是越小越好。
下图为电子标签系统框图：
图1：电子标签系统
一款性能逆天的32位微控制器
EFM32WG是SILICON LABS公司推出的32位微控制器，括基于 ARM Cortex-M4 核心的设备。该核心提供完整的DSP指令集，且包括硬件FPU，具有更快的计算性能,外部总线接口支持高达4x256MB的外部存储器映射空间，一方面使得在一系列的询问操作中EFM32 Wonder Gecko可以很好地完成算法的快速执行。另一方面具有优化加密引擎的安全内核可以提供所需的所有硬件安全性。另外，在无需唤醒CPU的情况下执行多种功能的外围设备以及超低的待机电流，且封装最小可做到81-pin (4.36mm x 4.28mm)。
所以综合以上的性能，EFM32WG完全满足电子标签对于MCU的要求。除此之外，EFM32还具有以下特点优势：
1）低功耗：
EFM32是全球最低功耗的32位微控制器，它具有5种功耗模式，在RTC在运行，LEUART、LCD控制器、DMA可运行的EM2模式下，功耗电流仅为1.4uA，在关断模式Em3，功耗电流仅1.1uA。优异的MCU低功耗特性将为延长电池寿命起到极其关键的作用。
2）高集成度、高性能：
EFM32WG系列为Cortex-M4内核，集成有ADC、模拟比较器、运算放大器等模拟外设以及串口、I2C、USB-HOST等通信接口，资源丰富，配置灵活。另外，内核的指令效率以及代码密度比传统的8位单片机高，尤其是在算法处理方面具有比较大的优势。例如相同的C语言AES 算法或3DES算法，在Cortex-M3内核的MCU中运行，效率比在8位单片机上运行高约4倍，因此MCU具有更快地处理、响应外设事件的能力。
3）可扩展性良好：
EFM32的TG、G、GG系列之间具有良好的兼容性，同系列型号的芯片是pin-pin兼容，保证用户在统一的硬件平台上，可进行不同功能需求的裁剪。Flash资源从最低的4KB~1024KB，RAM资源从2KB~128KB。
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SILICON LABS 32-bit Microcontroller选型表
SILICON LABS 32位MCU选型，频率24MHz~80MHz，Flash存储4kB~2048kB，RAM存储2kB~512kB。
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产品型号
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品类
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系列
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Frequency（MHz）
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Flash (kB)
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RAM (kB)
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Vdd min（V）
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Vdd max（V）
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Package Type
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Package Size (mm)
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Internal Osc.
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Debug Interface
|
Cryptography
|
Dig I/O Pins
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ADC 1
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DAC
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USB
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Cap Sense
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LCD
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Temp Sensor
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Timers (16-bit)
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UART
|
USART
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SPI
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I2C
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I2S
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EMIF
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RTC
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Comparators
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EFM32GG290F512-BGA112
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32位MCU
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EFM32 Giant Gecko
|
48
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512
|
128
|
1.98
|
3.8
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BGA112
|
10x10
|
±2%
|
ETM; SW
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AES-128 AES-256
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90
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12-bit, 8-ch., 1 Msps
|
12-bit, 2 ch.
|
-
|
Cap Sense
|
-
|
Temp Sensor
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4
|
7
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3
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3
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2
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1
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0
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RTC
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2
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