專利名稱：一種農(nóng)畜產(chǎn)品流通監(jiān)管裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及食品監(jiān)控領(lǐng)域，具體地，涉及一種農(nóng)畜產(chǎn)品流通 監(jiān)管裝置。
背景技術(shù)：
農(nóng)畜產(chǎn)品質(zhì)量安全受到世界的關(guān)注，農(nóng)畜產(chǎn)品質(zhì)量可追溯體系是 當(dāng)前研究的熱點(diǎn)問(wèn)題，所謂可追溯性是指"通過(guò)記載和識(shí)別，追蹤實(shí) 體的歷史、應(yīng)用情況和所處場(chǎng)所的能力"，要求農(nóng)畜產(chǎn)品供方建立并 保持形成文件的程序，對(duì)每個(gè)或每批產(chǎn)品都應(yīng)有唯一性標(biāo)識(shí)，這種標(biāo) 識(shí)應(yīng)加以記錄。
建立可追溯體系的關(guān)鍵是農(nóng)畜產(chǎn)品的個(gè)體標(biāo)識(shí)和流動(dòng)登記、農(nóng)畜 產(chǎn)品供應(yīng)鏈各環(huán)節(jié)信息管理及溯源信息傳遞。現(xiàn)有技術(shù)在農(nóng)畜產(chǎn)品個(gè)
體標(biāo)識(shí)和流動(dòng)登記方面， 一般釆用條碼或者RFID (無(wú)線射頻識(shí)別標(biāo) 簽讀寫(xiě))進(jìn)行標(biāo)識(shí)，并對(duì)這種標(biāo)識(shí)加以記錄，為可追溯農(nóng)畜產(chǎn)品供應(yīng) 鏈(屠宰、加工、批發(fā)、零售)質(zhì)量監(jiān)控體系建立提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。
目前，根據(jù)調(diào)查可知各類RPID ( Radio Frequency Identification) 產(chǎn)品主要使用51單片機(jī)或者ARM ( Advanced RISC Machines )系列的 芯片作為顯控芯片，這樣的設(shè)計(jì)優(yōu)點(diǎn)在于技術(shù)成熟,穩(wěn)定，成本低。但 是這些優(yōu)點(diǎn)是建立在已經(jīng)固化好的硬核(51單片機(jī)或者ARM系列芯 片)上，這樣就大大的降低了系統(tǒng)的靈活性。導(dǎo)致在射頻信號(hào)傳輸過(guò) 程中,傳送的是未加密的信號(hào),通過(guò)頻率相同的讀卡器就可獲得這些傳 送的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)的傳送變的不安全。有些系統(tǒng)使用了51芯片或者ARM 控制芯片外掛一片DSP (數(shù)字信號(hào)處理)芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)的加密方式， 這種方式大大降低了PCB ( Printed Circuit Board)的集成度同時(shí)也使 產(chǎn)品成本增加。
3通過(guò)RFID技術(shù)、條碼自動(dòng)識(shí)別技術(shù)與互聯(lián)網(wǎng)、通信、傳感網(wǎng)絡(luò) 等信息技術(shù)的融合，將無(wú)源標(biāo)簽RFID作為信息載體放入各種產(chǎn)品中， 通過(guò)RFID閱讀器設(shè)備對(duì)其的讀取來(lái)實(shí)現(xiàn)農(nóng)畜產(chǎn)品安全生產(chǎn)流通各環(huán) 節(jié)信息的快速釆集，從而實(shí)現(xiàn)農(nóng)畜產(chǎn)品質(zhì)量安全可追溯性方面的進(jìn) 展。在我國(guó)農(nóng)畜產(chǎn)品流通信息管理中，農(nóng)畜產(chǎn)品供應(yīng)鏈各環(huán)節(jié)間缺乏 有效的信息傳遞，溯源信息多集中在單個(gè)環(huán)節(jié)內(nèi)或少數(shù)環(huán)節(jié)，不能準(zhǔn) 確反映農(nóng)畜產(chǎn)品供應(yīng)的全過(guò)程信息。
其中，使用RFID對(duì)農(nóng)畜產(chǎn)品信息進(jìn)行管理的過(guò)程中普遍存在三 方面的安全隱患問(wèn)題。
一是由于RFID系統(tǒng)是資源受限的，使得它存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)量有限， 相對(duì)加密難度較高，數(shù)據(jù)在讀入到讀取器的過(guò)程中，可能在半途被竊 取。
二是RFID是無(wú)線技術(shù)中的 一種，所以不可避免的具有無(wú)線系統(tǒng) 通用的安全隱患，RFID系統(tǒng)前端的無(wú)線裝置和傳輸協(xié)議是產(chǎn)生系統(tǒng) 來(lái)源數(shù)據(jù)是否可靠的依托，是整個(gè)系統(tǒng)的基礎(chǔ)。
三是其標(biāo)簽的安全問(wèn)題，對(duì)于RFID標(biāo)簽來(lái)說(shuō)，芯片具有可重復(fù) 編程功能，這使得一個(gè)標(biāo)簽密碼被破譯，其他的標(biāo)簽密碼也很容易被 破譯，從而導(dǎo)致大量的信息被盜。
基于以上原因該RFID系統(tǒng)不能以統(tǒng)一 的方法或規(guī)律來(lái)對(duì)追溯信 息進(jìn)行識(shí)別和管理，并無(wú)法完成顯控功能以及靈活的加密功能。

實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是提供一種能夠?qū)ψ匪菪畔⑦M(jìn)行識(shí)別和管理， 并能夠完成顯控功能以及靈活的加密功能的農(nóng)畜產(chǎn)品流通監(jiān)管裝置。
為實(shí)現(xiàn)達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型公開(kāi)了 一種農(nóng)畜產(chǎn)品流通監(jiān)管 裝置，包括
主機(jī)，該主機(jī)包括現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列芯片生成的內(nèi)核、無(wú)線射頻
識(shí)別標(biāo)簽讀寫(xiě)模塊、天線、數(shù)據(jù)處理模塊；其中，所述無(wú)線射頻識(shí)別標(biāo)簽讀寫(xiě)模塊和該天線組成用于接收或發(fā)送無(wú)線信號(hào)的無(wú)線射頻收發(fā)模塊，該無(wú)線射頻收發(fā)模塊與所述現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列芯片連接并進(jìn)行無(wú)線信號(hào)的處理；
所述內(nèi)核與該數(shù)據(jù)處理模塊組成加密模塊，該加密模塊與所述無(wú)線射頻識(shí)別標(biāo)簽讀寫(xiě)模塊結(jié)合并進(jìn)行密鑰運(yùn)算。
進(jìn)一步地，所述裝置還包括與現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列芯片連接的內(nèi)置密鑰算法的存儲(chǔ)器。
進(jìn)一步地，所述裝置還包括連接主機(jī)并用于對(duì)標(biāo)簽信息處理的液晶屏。
進(jìn)一步地，所述裝置為手持式或固定式。
具體地，該裝置即MICROBLAZE啟動(dòng)系統(tǒng)，包括通過(guò)XILINX公司提供的FPGA的MICROBLAZE內(nèi)核、RFID (無(wú)線射頻識(shí)別標(biāo)簽讀寫(xiě))模塊、天線、DSP數(shù)據(jù)處理、FPGA的SHA-1加密模塊；
其中，該MICROBLAZE內(nèi)核由SDR AM內(nèi)存、FLASH存儲(chǔ)、FPGA的OPB總線以及串口等通訊接口組成；
MICROBLAZE內(nèi)核、DSP數(shù)據(jù)處理、OPB總線8組成的SHA-1加密模塊；且OPB總線實(shí)現(xiàn)與各個(gè)接口的連接通訊；數(shù)據(jù)經(jīng)處理后存儲(chǔ)至FLASH存儲(chǔ)或其他外部存儲(chǔ)設(shè)備；
RFID模塊和天線組成的RFID射頻收發(fā)模塊其通過(guò)SPI接口與FPGA通訊，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理交換；即天線接收空間的電磁信號(hào)，傳遞給RFID模塊，RFID模塊完成處理所述電磁信號(hào)，通過(guò)SPI接口將處理后得到的信息反饋給SHA-1加密模塊，經(jīng)過(guò)驗(yàn)證后的信息；再通過(guò)SPI接口發(fā)送給內(nèi)核進(jìn)行信息處理；確保信息的安全可靠。
進(jìn)一步地，通過(guò)嵌入式技術(shù)把SHA-1的加密芯片與RFID閱讀裝置進(jìn)行結(jié)合，能完成密鑰、SHA-1的密碼運(yùn)算，內(nèi)置SHA-1算法的安全存儲(chǔ)器，通過(guò)與FPGA的相應(yīng)引腳相連來(lái)組裝。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn)首先，本實(shí)用新型是具有安全認(rèn)證功能的RFID讀寫(xiě)裝置。使用 一片F(xiàn)PGA (現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列)來(lái)完成上述51或ARM的顯控功能以 及加密功能，保證在集成度和成本不變的前提下靈活的完成加密功 能。即手持式農(nóng)畜產(chǎn)品監(jiān)管裝置采用全存儲(chǔ)芯片式存儲(chǔ)，并且在存儲(chǔ) 芯片中包含了內(nèi)部操作的密鑰，該密鑰對(duì)外界不可見(jiàn)。每個(gè)農(nóng)用標(biāo)簽 包含一個(gè)唯一的不可改變的ID號(hào)碼作為農(nóng)畜產(chǎn)品的標(biāo)識(shí)，每個(gè)農(nóng)畜產(chǎn) 品的標(biāo)識(shí)綁定的一個(gè)密鑰；且該裝置的閱讀裝置能夠進(jìn)行包含密鑰、 SHA-1的密碼運(yùn)算，且FPGA控制電路實(shí)現(xiàn)了RFID穩(wěn)定的讀取，通過(guò) 群讀功能、防沖突協(xié)議等保證了信息傳輸質(zhì)量。
另外，該裝置具有不可逆的特點(diǎn)，所謂不可逆是指從一個(gè)HASH 結(jié)果逆推出與之相關(guān)的輸入數(shù)據(jù)在計(jì)算上是不可行的。因此釆用由美 國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)局開(kāi)發(fā)，被ISO/IEC10118-3:2004國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)所釆用的單 向HASH算法實(shí)現(xiàn)不可逆的特性。
再者，在本裝置內(nèi)置SHA-1算法的安全存儲(chǔ)器，通過(guò)與FPGA的 相應(yīng)引腳相連。每個(gè)農(nóng)畜產(chǎn)品生產(chǎn)單位被授權(quán)一個(gè)密鑰(或根據(jù)應(yīng)用 場(chǎng)景RFID可以授權(quán)不同類型的多個(gè)密鑰)；本裝置安全特性除了 SHA-1本身所具有的安全特性外，還具有依賴于該密鑰的安全識(shí)別認(rèn) 證方法，而該密鑰不可能從安全存儲(chǔ)器或者FPGA中讀出，更近一步， 即該密鑰不可能在FPGA初始化配置時(shí)，利用竊聽(tīng)其配置數(shù)據(jù)流的手 段而被發(fā)現(xiàn)，因此大大提高了農(nóng)畜產(chǎn)品流通信息的安全性。
本裝置開(kāi)發(fā)釆用Xilinx公司的Spartan-3系列的XC3S1500器件來(lái) 實(shí)現(xiàn)在FPGA中的加密技術(shù)，當(dāng)器件上電后，F(xiàn)PGA從PROM中讀取數(shù) 據(jù)進(jìn)行初始化配置，配置完成后FPGA的微處理器功能被啟動(dòng),當(dāng)農(nóng)畜 產(chǎn)品標(biāo)簽出現(xiàn)在閱讀裝置附近時(shí)，開(kāi)始進(jìn)行閱讀并進(jìn)行認(rèn)證工作。
本實(shí)用新型充分利用FPGA的VHDL( VHSIC hardware description language,硬件描述語(yǔ)言)設(shè)計(jì)出靈活的IP核，內(nèi)嵌SHA-1加密算法 的IP核占用FPGA的部分邏輯單元)，成本較低；并且可以使農(nóng)畜產(chǎn)品
6信息的讀取能夠不依賴網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行獨(dú)立認(rèn)證的功能，可靠性強(qiáng)，以彩色 液晶觸摸屏為人機(jī)交互設(shè)備，提高了設(shè)備的通用性和可移植性。另外，
具有USB數(shù)據(jù)的更新接口，數(shù)據(jù)互搡作方便快捷，實(shí)現(xiàn)農(nóng)畜產(chǎn)品屠宰、
加工、批發(fā)、零售等流通過(guò)程質(zhì)量信息的密鑰式讀寫(xiě)。

圖l是本實(shí)用新型的流通監(jiān)管裝置的整體框架示意圖2是本實(shí)用新型的MICROBLAZE內(nèi)核結(jié)構(gòu)示意圖3是本實(shí)用新型的流通監(jiān)管裝置的RFID原理圖4是本實(shí)用新型的SH1算法MODELSIM仿真圖5是本實(shí)用新型的SH1算法流程圖6是為FPGA完成的SHA-1算法的IPCore示意圖7是FPGA完成的TFT液晶屏的IPCore示意圖。
具體實(shí)施方式
為使本實(shí)用新型的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下 面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。
FPGA (現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列)解決了定制電路的不足，又克服了 原有可編程器件門(mén)電路數(shù)有限的缺點(diǎn)。基于它運(yùn)行速度快，可編程, 使用靈活等特點(diǎn)選擇FPGA作為數(shù)字信號(hào)處理，顯示控制核心芯片。
RFID即射頻識(shí)別，俗稱電子標(biāo)簽。RFID的基本組成部分標(biāo)簽 (Tag):由耦合元件及芯片組成，每個(gè)標(biāo)簽具有唯一的電子編碼，附 著在物體上標(biāo)識(shí)目標(biāo)對(duì)象；閱讀器(Reader):讀取(有時(shí)還可以寫(xiě) 入)標(biāo)簽信息的設(shè)備，可設(shè)計(jì)為手持式或固定式；天線(Antenna): 在標(biāo)簽和讀取器間傳遞射頻信號(hào)。閱讀器通過(guò)發(fā)射天線發(fā)送一定頻率 的射頻信號(hào)，當(dāng)射頻卡進(jìn)入發(fā)射天線工作區(qū)域時(shí)產(chǎn)生感應(yīng)電流，射頻 卡獲得能量被激活；射頻卡將自身編碼等信息通過(guò)卡內(nèi)置發(fā)送天線發(fā) 送出去；系統(tǒng)接收天線接收到從射頻卡發(fā)送來(lái)的載波信號(hào)，經(jīng)天線調(diào) 節(jié)器傳送到閱讀器，閱讀器對(duì)接收的信號(hào)進(jìn)行解調(diào)和解碼然后送到后臺(tái)主系統(tǒng)進(jìn)行相關(guān)處理；主系統(tǒng)根據(jù)邏輯運(yùn)算判斷該卡的合法性，針 對(duì)不同的設(shè)定做出相應(yīng)的處理和控制，發(fā)出指令信號(hào)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng) 作。在耦合方式(電感-電磁)、通信流程、從射頻卡到閱讀器的數(shù)據(jù) 傳輸方法(負(fù)載調(diào)制、反向散射、高次諧波)以及頻率范圍等方面， 不同的非接觸傳輸方法有根本的區(qū)別，但所有的閱讀器在功能原理 上，以及由此決定的設(shè)計(jì)構(gòu)造上都很相似，所有閱讀器均可簡(jiǎn)化為高 頻接口和控制單元兩個(gè)基本模塊。髙頻接口包含發(fā)送器和接收器，其
功能包括產(chǎn)生高頻發(fā)射功率以啟動(dòng)射頻卡并提供能量；對(duì)發(fā)射信號(hào) 進(jìn)行調(diào)制，用于將數(shù)據(jù)傳送給射頻卡；接收并解調(diào)來(lái)自射頻卡的高頻 信號(hào)。
閱讀器的控制單元的功能包括與應(yīng)用系統(tǒng)軟件進(jìn)行通信，并執(zhí) 行應(yīng)用系統(tǒng)軟件發(fā)來(lái)的命令；控制與射頻卡的通信過(guò)程(主-從原則); 信號(hào)的編解碼。對(duì)一些特殊的系統(tǒng)還有執(zhí)行反碰撞算法，對(duì)射頻卡與 閱讀器間要傳送的數(shù)據(jù)進(jìn)行加密和解密，以及進(jìn)行射頻卡和閱讀器間 的身份驗(yàn)證等附加功能。
射頻識(shí)別系統(tǒng)的讀寫(xiě)距離是一個(gè)很關(guān)鍵的參數(shù)。目前，長(zhǎng)距離射 頻識(shí)別系統(tǒng)的價(jià)格還很貴，因此尋找提高其讀寫(xiě)距離的方法很重要。 影響射頻卡讀寫(xiě)距離的因素包括天線工作頻率、閱讀器的RF輸出功 率、閱讀器的接收靈敏度、射頻卡的功耗、天線及諧振電路的Q值、 天線方向、閱讀器和射頻卡的耦合度，以及射頻卡本身獲得的能量及 發(fā)送信息的能量等。大多數(shù)系統(tǒng)的讀取距離和寫(xiě)入距離是不同的，寫(xiě) 入距離大約是讀取距離的40%-80%。目前，可供射頻卡使用的幾種標(biāo) 準(zhǔn)有IS010536、 IS014443、 IS015693和IS018000。應(yīng)用最多的是 IS014443和IS015693，這兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)都由物理特性、射頻功率和信號(hào) 接口、初始化和反碰撞以及傳輸協(xié)議四部分組成。
所述的農(nóng)畜產(chǎn)品流通監(jiān)管裝置為手持式或固定式，包括主機(jī)，該 主機(jī)包括現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列芯片生成的內(nèi)核、無(wú)線射頻識(shí)別標(biāo)簽讀寫(xiě)模塊、內(nèi)置的天線、數(shù)據(jù)處理模塊等；
其中，所述無(wú)線射頻識(shí)別標(biāo)簽讀寫(xiě)模塊和該天線組成用于接收或 發(fā)送無(wú)線信號(hào)的無(wú)線射頻收發(fā)模塊，該無(wú)線射頻收發(fā)模塊與所述現(xiàn)場(chǎng)
可編程門(mén)陣列芯片連接并進(jìn)行無(wú)線信號(hào)的處理；
所述內(nèi)核與該數(shù)據(jù)處理模塊組成加密模塊，該加密模塊與所述無(wú) 線射頻識(shí)別標(biāo)簽讀寫(xiě)模塊結(jié)合并進(jìn)行密鑰運(yùn)算。
且該裝置還包括與現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列芯片即內(nèi)核連接的內(nèi)置密 鑰算法的存儲(chǔ)器，以及連接主機(jī)并用于對(duì)標(biāo)簽信息處理的液晶屏。
參照?qǐng)Di所示為本實(shí)用新型的流通監(jiān)管裝置整體框架圖，由
MICROBLAZE內(nèi)核l、 RFID模塊2、天線3、 SDRAM內(nèi)存4、 FLASH 存儲(chǔ)5、 DSP數(shù)據(jù)處理6、 FPGA的SHA-l加密模塊7和FPGA的OPB總
線8組成。
其中，具體的MICROBLAZE存儲(chǔ)電路為RFID模塊2和天線3組 成的RFID射頻收發(fā)模塊；SDRAM內(nèi)存4、 FLASH存儲(chǔ)5和OPB總線8 組成的存儲(chǔ)運(yùn)行電路；MICROBLAZE內(nèi)核l、 DSP數(shù)據(jù)處理6和OPB 總線8組成的視頻壓縮算法模塊；MICROBLAZE內(nèi)核l、 SHA-1加密 模塊7和OPB總線8組成的S H A -1加密模塊。
本實(shí)用新型的FPGA釆用XC3S1500實(shí)現(xiàn)，該FPGA有456個(gè)管腳， 使用MICROBLAZE作為系統(tǒng)的軟核，通過(guò)交叉編譯后的LINUX移植 到FPGA作為操作系統(tǒng)，通過(guò)FPGA內(nèi)部邏輯單元實(shí)現(xiàn)硬件加密算法， 完成了在核心部件內(nèi)的加密與操作系統(tǒng)的移植。
如圖2所示為圖1中MICROBLAZE內(nèi)核1的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖，即 MicroBlaze內(nèi)核結(jié)構(gòu)框圖。MicroBlaze是基于Xilinx公司FPGA的 微處理器IP核，和其它外設(shè)IP核一起，完成可編程系統(tǒng)芯片 (SOPC)的設(shè)計(jì)。MicroBlaze處理器釆用RISC架構(gòu)和哈佛結(jié)構(gòu)的32 位指令和數(shù)據(jù)總線，可以全速執(zhí)行存儲(chǔ)在片上存儲(chǔ)器和外部存儲(chǔ)器中 的程序，并和其它外設(shè)IP核一起，完成可編程系統(tǒng)芯片(SOPC)的設(shè)計(jì)。MicroBlaze內(nèi)核采用RISC架構(gòu)和哈佛結(jié)構(gòu)的32位指令和數(shù)據(jù)總線，可 以全速執(zhí)行存儲(chǔ)在片上存儲(chǔ)器和外部存儲(chǔ)器中的程序，并訪問(wèn)相應(yīng)的 數(shù)據(jù)。
圖l中OPB總線8是一種完全同步總線，它的勸能處于一個(gè)單獨(dú)的 總線層級(jí)。它不是直接連接到處理器內(nèi)核的。OPB接口提供分離的32 位地址總線和32位數(shù)據(jù)總線。處理器內(nèi)核可以借助"PLBtoOPB"橋， 通過(guò)OPB訪問(wèn)從外設(shè)。作為OPB總線控制器的外設(shè)可以借助"OPBto PLB"橋，通過(guò)PLB訪問(wèn)存儲(chǔ)器。通過(guò)OPB總線實(shí)現(xiàn)與各個(gè)接口的 連接通訊。
其中，圖l中SHA-l加密模塊7通過(guò)OPB總線8傳遞數(shù)據(jù)，在發(fā)送 端，首先根據(jù)SHA-1加密算法對(duì)數(shù)據(jù)基帶信號(hào)進(jìn)行加密，然后根據(jù) MicroBkze內(nèi)核的 一個(gè)響應(yīng)中斷控制加密后數(shù)據(jù)通過(guò)OPB總線傳遞到 RFID模塊2中，對(duì)其進(jìn)行調(diào)制、載波、發(fā)射等信號(hào)處理，無(wú)緣卡片響 應(yīng)加密后的電磁信號(hào)。在此過(guò)程中由于射頻信號(hào)已完成SHA-1加密， 因此使得信號(hào)不可能被破譯，從而保證數(shù)據(jù)在讀寫(xiě)傳輸過(guò)程中的安全 可靠；作為接收端時(shí)，天線3接收空間電磁信號(hào)，傳遞給RFID模塊2， 模塊進(jìn)行解調(diào)，濾波，AD轉(zhuǎn)換，通過(guò)SPI接口向處理器發(fā)送數(shù)字信號(hào)。 處理器響應(yīng)得到的數(shù)字信號(hào)后，根據(jù)SHA-1加密模塊7的SHA-1算法進(jìn) 行數(shù)據(jù)驗(yàn)證，驗(yàn)證后的數(shù)據(jù)參數(shù)將被通過(guò)OPB總線保存在FLASH存儲(chǔ) 5中。通過(guò)主機(jī)其他的外部接口 (例如USB， SD)上傳到服務(wù)器進(jìn)行 信息的匯總處理。
圖3為RFID通訊原理圖，具體描述了圖1中RFID射頻收發(fā)模塊在 本實(shí)用新型裝置中的具體連接方式，由于FPGA所用管腳為456Pin, 顯示內(nèi)容較大，在這里并沒(méi)有全部繪制，只對(duì)主接口連接進(jìn)行示意說(shuō) 明。系統(tǒng)通過(guò)FPGA的3個(gè)GPIO管腳連接RC632芯片中的SPI接口 ， VHDL完成SPI總線的時(shí)序和底層驅(qū)動(dòng)，通過(guò)FPGA內(nèi)部的OPB總線將 數(shù)字信號(hào)交給內(nèi)核MICROBLZAE處理，MICROBLAZE將所信號(hào)通過(guò)
10OPB總線放在內(nèi)存某一地址中，待數(shù)據(jù)驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證結(jié)束后，將這一地
址中的內(nèi)容搬運(yùn)的FLASH中保存，以備數(shù)據(jù)處理、匯總時(shí)使用。
圖4為SHA-1算法的VHDL仿真時(shí)序圖，結(jié)合圖5中的SHA-1算法 流程圖，SHA-1即為安全散列算法(Secure Hash Algorithm )。在本實(shí) 用新型裝置中，使用IP核設(shè)計(jì)SHA-1算法。首先SHA-1算法為位加密
算法，既所有的數(shù)據(jù)需更改成位字符串，在此基礎(chǔ)之上進(jìn)行消息補(bǔ)位， 既用消息的長(zhǎng)度對(duì)512取模，使結(jié)果等于448，如果長(zhǎng)度取模結(jié)果為 448,仍需要補(bǔ)位處理。進(jìn)一步地補(bǔ)位步驟為，首先在數(shù)據(jù)最后一位 補(bǔ)一個(gè)l，循環(huán)補(bǔ)O,直到數(shù)據(jù)長(zhǎng)度滿足對(duì)512取模結(jié)果為448為止；補(bǔ) 位完成后進(jìn)行補(bǔ)長(zhǎng)度，所謂的補(bǔ)長(zhǎng)度是將原始數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度添加到已經(jīng) 進(jìn)行了補(bǔ)位操作的消息后面，通常用 一個(gè)64位的數(shù)據(jù)來(lái)表示原始消息 的長(zhǎng)度，如果消息長(zhǎng)度不大于2八64，那么第一個(gè)字就是O,如果原始 的消息長(zhǎng)度超過(guò)了512，需要將它補(bǔ)成512的倍數(shù)，最后把整個(gè)消息分 成一個(gè)一個(gè)512位的數(shù)據(jù)塊，分別處理每一個(gè)數(shù)據(jù)塊，如圖4SH1算法 流程圖所示，直到輸出160位摘要結(jié)束。
圖5為FPGA完成的SHA-1算法IPCore,其中MIO到MB 1為數(shù)據(jù)的 原文輸入管腳,共32BIT。 INLENGTH0到INLENGTH5為密鑰輸入管 腳。CLK為軟核時(shí)鐘輸入管腳。READY管腳為數(shù)據(jù)就緒管腳。RST 為復(fù)位管腳。ONHOLD管腳為等待管腳。首先輸入32BIT的原文和 6BIT的密鑰進(jìn)行加密。加密后通過(guò)MO輸出160BIT的密文。
圖6為本實(shí)用新型設(shè)備中通過(guò)FPGA完成的TFT液晶屏，RFID技術(shù) 對(duì)于數(shù)據(jù)的處理通常是首先給予該產(chǎn)品唯一的識(shí)別ID編碼，通過(guò)該編 碼存儲(chǔ)相關(guān)的信息，在讀寫(xiě)過(guò)程中，讀寫(xiě)器只顯示該編碼，讀卡器會(huì) 在識(shí)別過(guò)程中以某 一規(guī)律為原則進(jìn)行修改，此規(guī)則具有通用性。比如 公交一卡通，高速公路收費(fèi)系統(tǒng),這些系統(tǒng)修改的值都有規(guī)律可尋，不 用用戶直接對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行讀寫(xiě)操作。
在農(nóng)畜產(chǎn)品追溯過(guò)程中，由于農(nóng)產(chǎn)品數(shù)據(jù)種類繁多，缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，難以按某 一規(guī)律進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理(例如農(nóng)產(chǎn)品計(jì)量單位根據(jù)產(chǎn)品類 型有可能為噸、公斤、尾、箱等)，不能以統(tǒng)一的方法或規(guī)律來(lái)對(duì)追
溯信息進(jìn)行識(shí)別以及管理，本實(shí)用新型可以通過(guò)TFT液晶屏來(lái)實(shí)現(xiàn)即
時(shí)的標(biāo)示信息修改，提高了設(shè)備的通用性和可移植性。
該裝置從FPGA中扣出部分資源作為顯示控制終端，通過(guò)觸摸屏 對(duì)TFT液晶屏進(jìn)行控制，在顯示端將產(chǎn)品的主要信息全部顯示出來(lái)。 然后通過(guò)對(duì)觸摸屏的 一點(diǎn) 一觸操作完成對(duì)產(chǎn)品的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)管理。圖中 管腳D0到D23為T(mén)FT的紅綠藍(lán)三色的數(shù)據(jù)輸入管腳。CLK為數(shù)據(jù)時(shí) 鐘信號(hào)，IHS為行掃數(shù)據(jù)輸入管腳,IVS為列掃數(shù)據(jù)輸入管腳。XL、 XR、 YD、 YU為電阻式觸摸屏的X軸與Y軸基準(zhǔn)電壓，反饋電壓輸入管腳。 RESET為復(fù)位信號(hào)輸入管腳。圖左側(cè)的MCLK為該軟核的數(shù)據(jù)時(shí)鐘輸 入管腳。SPENA為串型數(shù)據(jù)使能端口， SPDA為串型數(shù)據(jù)輸入管腳。 SPCK為串型數(shù)據(jù)時(shí)鐘輸入管腳。VOM—EX管腳為擴(kuò)展管腳。根據(jù)官 方給出的液晶屏DATASHEET時(shí)序，完成了以上FPGA中的TFT液晶屏 IPCore設(shè)計(jì)。例如現(xiàn)有技術(shù)中肉牛個(gè)體從出生到最終產(chǎn)品的全程信息 管理和溯源，對(duì)肉牛的生產(chǎn)一一包裝一一運(yùn)輸一一銷售實(shí)現(xiàn)一條龍的 溯源監(jiān)管，在此過(guò)程中可以給予其唯一的標(biāo)識(shí)碼，此標(biāo)識(shí)碼信息將伴 隨該產(chǎn)品生命鏈的每個(gè)環(huán)節(jié)，通過(guò)本實(shí)用新型設(shè)備提供的SHA-1算法 加密身份認(rèn)證機(jī)制，能夠?qū)崿F(xiàn)標(biāo)簽信息的加密讀寫(xiě)，在標(biāo)簽更換或者 損壞情況下，通過(guò)設(shè)備寫(xiě)的功能，將加密的個(gè)體標(biāo)識(shí)信息重新寫(xiě)入標(biāo) 簽中，保證信息在追溯體系各環(huán)節(jié)中信息不被偷取和篡改。
需要說(shuō)明的是，該裝置的認(rèn)證工作包括下列步驟
1) 產(chǎn)生一組隨機(jī)數(shù)并發(fā)送給農(nóng)畜產(chǎn)品標(biāo)簽。
2) 農(nóng)畜產(chǎn)品標(biāo)簽接到隨機(jī)數(shù)，基于密鑰后運(yùn)算后得到產(chǎn)品密鑰 A,并發(fā)給農(nóng)業(yè)產(chǎn)品安全裝置。
3) FPGA本身進(jìn)行計(jì)算，即基于其自身存儲(chǔ)密鑰與隨機(jī)數(shù)進(jìn)行運(yùn) 算后得到密鑰E。4)密鑰E與產(chǎn)品密鑰A進(jìn)行對(duì)比認(rèn)證。如果A和E不匹配，則該標(biāo) 簽被認(rèn)為非法標(biāo)簽，認(rèn)證失??；如果A和匹配，則認(rèn)為該標(biāo)簽為合法 標(biāo)簽，認(rèn)證通過(guò)。
本實(shí)用新型通過(guò)TFT (薄膜晶體管)液晶屏來(lái)實(shí)現(xiàn)即時(shí)的標(biāo)示信 息修改，提高了設(shè)備的通用性和可移植性。通過(guò)該設(shè)備中內(nèi)置密鑰的 RF ID讀卡器能夠安全識(shí)別農(nóng)畜產(chǎn)品在流通過(guò)程中所附帶的標(biāo)簽信 息，實(shí)現(xiàn)農(nóng)畜產(chǎn)品屠宰、加工、批發(fā)、零售等流通過(guò)程質(zhì)量信息的密 鑰式讀寫(xiě)。即結(jié)合了農(nóng)畜產(chǎn)品質(zhì)量安全追溯需求，完成高度加密的手 持設(shè)備。該裝置操作簡(jiǎn)單，使用方便。
以上實(shí)施方式僅用于說(shuō)明本實(shí)用新型，而并非對(duì)本實(shí)用新型的限 制，有關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不脫離本實(shí)用新型的精神和范 圍的情況下，還可以做出各種變化和變型，因此所有等同的技術(shù)方案 也屬于本實(shí)用新型的范疇，本實(shí)用新型的專利保護(hù)范圍應(yīng)由權(quán)利要求 限定。
權(quán)利要求1、一種農(nóng)畜產(chǎn)品流通監(jiān)管裝置，其特征在于，包括主機(jī)，該主機(jī)包括現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列芯片生成的內(nèi)核、無(wú)線射頻識(shí)別標(biāo)簽讀寫(xiě)模塊、天線、數(shù)據(jù)處理模塊；其中，所述無(wú)線射頻識(shí)別標(biāo)簽讀寫(xiě)模塊和該天線組成用于接收或發(fā)送無(wú)線信號(hào)的無(wú)線射頻收發(fā)模塊，該無(wú)線射頻收發(fā)模塊與所述現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列芯片連接并進(jìn)行無(wú)線信號(hào)的處理；所述內(nèi)核與該數(shù)據(jù)處理模塊組成加密模塊，該加密模塊與所述無(wú)線射頻識(shí)別標(biāo)簽讀寫(xiě)模塊結(jié)合并進(jìn)行密鑰運(yùn)算。
2、 如權(quán)利要求l所述的裝置，其特征在于，所述裝置還包括與現(xiàn) 場(chǎng)可編程門(mén)陣列芯片連接的內(nèi)置密鑰算法的存儲(chǔ)器。
3、 如權(quán)利要求l所述的裝置，其特征在于，所述裝置還包括連接 主機(jī)用于顯示標(biāo)簽信息處理功能的顯示屏。
4、 如權(quán)利要求l所述的裝置，其特征在于，所述裝置為手持式或 固定式。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種農(nóng)畜產(chǎn)品流通監(jiān)管裝置，包括主機(jī)，該主機(jī)包括內(nèi)核、無(wú)線射頻識(shí)別標(biāo)簽讀寫(xiě)模塊、天線、數(shù)據(jù)處理模塊；其中，所述無(wú)線射頻識(shí)別標(biāo)簽讀寫(xiě)模塊和該天線組成用于接收或發(fā)送無(wú)線信號(hào)的無(wú)線射頻收發(fā)模塊，該無(wú)線射頻收發(fā)模塊與內(nèi)核連接，在信號(hào)發(fā)射前，由內(nèi)核對(duì)基帶信號(hào)進(jìn)行加密；所述內(nèi)核與該數(shù)據(jù)處理模塊組成加密模塊，該加密模塊與所述無(wú)線射頻識(shí)別標(biāo)簽讀寫(xiě)模塊結(jié)合并進(jìn)行密鑰運(yùn)算。該裝置采用了加密存儲(chǔ)芯片，在存儲(chǔ)芯片中包含了內(nèi)部操作的密鑰，內(nèi)置SHA-1算法的安全存儲(chǔ)器，通過(guò)與現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列芯片的相應(yīng)引腳相連來(lái)組裝，能夠進(jìn)行包含密鑰、SHA-1的密碼運(yùn)算，從而保證安全可靠的信息讀取。
文檔編號(hào)G06K7/00GK201387612SQ20092010633
公開(kāi)日2010年1月20日 申請(qǐng)日期2009年3月4日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月4日
發(fā)明者臣 馮, 吳華瑞, 想 孫, 朱華吉, 顧靜秋 申請(qǐng)人:北京市農(nóng)林科學(xué)院