原创 解读CPU上的密电码

机器阅读时代已经到来
    80年代的时候，有一本书曾经风靡一时，这就是美国著名未来学家阿尔温·托夫勒的《第三次浪潮》，“新技术革命”、“信息爆炸”等新词汇就是在这本书里被首先提出来的。托夫勒预言，信息技术将对未来社会产生根本性影响。如果说当时许多人对托夫勒的话还是将信将疑，那么今天只要你去一趟超市，就能体会到托夫勒的观点是那样的正确：以条形码技术为核心的POS系统，减少了排队等待时间，使工作效率提高了许多倍。

     事实上，利用机器可读符号取代文字的研究工作早在二战结束后不久就开始了，当时IBM公司的乔·伍德兰德（Joe Wood Land）和伯尼·西尔沃（Berny Silver）两位工程师研制出同心圆形代码标识，即所谓的“牛眼”，到了70年代逐步改进为条形码（如图1），并被国际标准ISO采用，80年代条码技术获得了广泛应用。

    随着社会的发展，人们对信息的要求不断提高，条形码这种一维代码在一些传统应用领域（如商业、药品、后勤运输等）遭遇信息容量的限制问题。因为条形码只能在一个水平方向表达信息，而在垂直方向则不表达任何信息，表达的信息量较小。于是，1987年前后引入了大容量的二维编码技术。

    二维码有两种类型的编码方法：一种是线性堆叠式二维码，就是在一维条码编码原理的基础上，将多个一维码在纵向堆叠而产生的，典型的码制有PDF417、Code 16K、Code 49等。另一种二维编码是矩阵式二维码，在一个矩形空间通过黑、白像素（方块或圆）在矩阵中的不同分布进行编码，典型的码制有Data Matrix、Maxi Code、QR Code、Aztec等。

    在半导体工业中，为了标定晶元的相关参数，开始时使用MicroPDF417编码体系，后来这种体系被一种性能更佳的ECC200的数据矩阵码（data matrix code）所取代。1997年美国国家信息标准化协会（ANSI）和美国电子工业协会（EIA）正式将ECC200数据矩阵码确定为ANSI/EIA-706标准，国际标准化组织也于2000年将其命名为ISO/IEC 16022:2000并予以颁布，促进了数据矩阵码的推广应用。

    与其他编码方式不同，数据矩阵码的尺寸大小、数据格式和存储密度都可以改变，这给使用带来极大地便利。电子行业的装配流水线中使用数据矩阵码来表示芯片、电容、二极管等元器件以及电路板卡等（图2）的相关数据，能够极大地提高工效。

    目前，电子行业普遍采用以数据矩阵码为核心构建起产品标识信息系统，来实现从生产、物流和产品追溯中的自动识别和全程电子化。产品标识信息系统为ERP（Enterprise Resources Planning，企业资源计划）系统提供了JIT（just-in-time，即时库存，原材料现用现买）基础数据，成为降低生产成本的重要一环。产品标识信息系统好比一个无形的链条，把上下游企业紧密地连系在一起，强化了质量控制体系。

    芯片业巨头Intel公司从Pentium II处理器开始引入EIA-706矩阵码管理体系，矩阵码中包含了晶元尺寸、制造工艺、制造商名称、工厂代码、产品序列号、制造日期等详细信息（图3）。AMD、Motolola、Texas Instrument、Hewlett-Packard等大型芯片制造企业都普遍在生产和销售中引入了以数据矩阵码为核心的产品标识信息系统。

数据矩阵码的优势
    数据矩阵由静区、寻边区和数据区三部分组成（如图4）。寻边区有点儿像足球比赛中的巡边员，用于阅读器进行定位，自身不含编码信息；被寻边区包围的数据区包含着编码信息，每一个黑色或白色的方格（或圆点）就是一个数据单位，分别表示“0”和“1”；在寻边区外层有宽度为一个数据单位隔离带，称之为“静区”。
从技术角度看，数据矩阵码有以下四个特点：

1、尺寸变化幅度大
    数据矩阵码的图像尺寸可大可小，大可达14平方英寸，小可至0.001平方英寸，大小相差1万4千倍。包含相同数据的图形，既可以大如巴掌，也可以小如绿豆。同样使用在CPU上，矩阵 码的尺寸也有很大的改变。大家比较一下图5与图3上的矩阵码，就能体会矩阵码的这种特性。

2、数据密度高
    数据矩阵码可容纳1100～3800个字节或500～1800个汉字，可以将文字、图形、声音等信息进行编码。如此大的容量，几乎可以把一份产品说明书的内容都包含进去了。

3、保密性强
    数据矩阵码是建立在计算机图象处理技术、组合编码原理等基础上的一种新型图形符号自动识读处理码制。图文和数据按一定规则进行编码后转换成一个由黑白小方块组成的二维图形。虽然每个小方块只能表示“0”或“1”，但加入特定的密钥以后，所表示的意义就会改变。经过加密处理的数据码，我们可以眼睛盯着它，却无法知道它所包含的意义。解铃还需系铃人，如果你被容许进入企业标识信息系统，得到密钥即可还原出真实信息来。有了这样的特点，也使数据矩阵码有了防伪功能。

4、纠错能力强
    光盘存储数据使用RS纠错码（Reed-Solomon error correction，里德-所罗门纠错码）， RS纠错码有很强的纠错能力，即便矩阵图形的某些部位遭到破坏，识别软件也能通过先进的算法恢复出正确的数据。数据矩阵码也采用RS纠错码，因为具有这种特性，数据矩阵码才更具实用价值——即便在实际应用中存在着局部被磨损和损坏，也不会影响信息读取的结果。

    除此以外，矩阵码还具有唯一性、永久性、低成本以及机器易读的特点，所有这些因素综合起来，商家选择它作为产品标识就有了足够的理由。

数据矩阵码的制作和读取
1、制作
    制作矩阵码标志的方法有很多种，如印刷法、喷墨法、机械冲压法等。芯片上的数据矩阵码的图案通常是利用激光打标机（图6）制作的，激光打标机产生的激光束可在短短几秒钟之内将编码图案雕刻在芯片表面上。

2、读取
    矩阵码采用视觉技术来实现识别，由于其携带的信息是人的眼睛不可认读的，读取时只有采用机器阅读方式，即使用摄像头、扫描仪或光电式阅读器等设备将矩阵码的图形信息输入到计算机中。阅读器可在2米之内的任何距离，以任意角度去读取矩阵码图形。

     光电式阅读器是目前常用的阅读器，由光-电转换装置和相应的电路组成， 分为固定式和手持式两类（图7）。其基本原理是：编码图案不同区域的颜色深浅对光的反射率不同：深色部分吸收光，反射光的强度很弱，浅色部分反射光强度很大。这样，利用CCD和CMOS等感光器件将反射光的强弱变化转换成电信号，再经过滤波、整形，形成与模拟信号对应的方波信号，经译码器解释为计算机可以直接接受的数字信号，经串行口或USB接口发送到电脑中，最后由视觉识别软件转换成数据信息。

用户不必关心“密电码”的含义
    CPU上的那个密电码实际上芯片制造商为芯片产品制定的一个标识代码，芯片制造商通过它构建起产品标识信息系统，实现了生产过程自动化和管理信息化，对企业降低制造成本，和加强质量控制都有着十分重要的意义。而对于我们消费者来说，不仅无法获知矩阵码的信息，即便获取了其中的信息，也没有什么实际意义。