1 嵌入式打印終端系統(tǒng) 的設(shè)計(jì)原理                                      
  
 

嵌入式打印終端原理連接圖如圖1所示。主要由開發(fā)板、主機(jī)、打印機(jī)和掃描儀四部分組成。主機(jī)是一臺(tái)PC機(jī)。開發(fā)板采用的是三星公司S3C2410開發(fā)板，ARM9的核，跑的是2.4內(nèi)核版本的嵌入式Linux操作系統(tǒng)。掃描儀為超市等用的手持掃描儀。再加一臺(tái)微型打印機(jī)接在開發(fā)板的GPIO口上。

工作流程為：開發(fā)板將掃描儀的數(shù)據(jù)從串口讀出，然后通過網(wǎng)口將數(shù)據(jù)發(fā)送給主機(jī)進(jìn)行檢索處理。開發(fā)板等待直至接收到主機(jī)處理完畢的數(shù)據(jù)后轉(zhuǎn)發(fā)給打印機(jī)，將信息打印出來。

2 嵌入式打印終端系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

2.1硬件開發(fā)平臺(tái)S3C2410結(jié)構(gòu)

三星公司的S3C2410開發(fā)板用的是32位RISC架構(gòu)基于ARM920T核，其增強(qiáng)的MMU單元、AMBA總線，可以支持WinCE、 Linux等實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。片上資源豐富接口眾多，包含LCD控制器、USB Host、CS9800A網(wǎng)絡(luò)芯片、SD卡、3個(gè)UART通用異步串行口等設(shè)備接口。[1]

2.2打印機(jī)與開發(fā)板接口電路的設(shè)計(jì)

我們使用的微型打印機(jī)使用的是并行接口。由于開發(fā)板上沒有提供并口，所以必須自己設(shè)計(jì)一個(gè)板卡接口電路，以連接打印機(jī)的并口和我們的嵌入式開發(fā)板。查看S3C2410的電路原理圖，由于此系統(tǒng)不需要用到LCD屏，可以將板子上用于LCD連接的GPIO口進(jìn)行改造，根據(jù)ARM9core的LCD電路引腳和板上的LCD插槽定義，如圖2，找到了14根空閑的GPIO口：

gpio_c8~gpio_d15,gpi0_d0~gpio_d4。用這14根通用輸入輸出口連接微型打印機(jī)的并口。

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同時(shí)查看打印機(jī)的電路手冊(cè)和管腳定義，選用其STB選通線、ACK回答脈沖線、BUSY線、DATA0-DATA7數(shù)據(jù)線來與開發(fā)板的GPIO口相連，并初始化高低電平值。為了避免接線過緊互相干擾，制作一個(gè)接口板定義各引腳連接如圖3所示。

至此，硬件的電路設(shè)計(jì)及連接基本完成。

3嵌入式打印終端系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

軟件平臺(tái)采用的是基于2.4內(nèi)核的嵌入式Linux系統(tǒng)。采用的交叉編譯器工具包為CROSS2.95.3.tgz(包含arm-linux-gcc等)。

3.1 打印機(jī)驅(qū)動(dòng)的編寫

Linux的設(shè)備分為塊設(shè)備，字符設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，該系統(tǒng)使用到的微型打印機(jī)屬于字符設(shè)備，下面將具體說明如何設(shè)計(jì)打印機(jī)驅(qū)動(dòng)。

3.1.1  定義設(shè)備名

#define DEVICE_NAME weida_printer

3.1.2  模塊函數(shù)設(shè)計(jì)

在該系統(tǒng)中，采用模塊化加載驅(qū)動(dòng)程序的方法，因此必須實(shí)現(xiàn)模塊的初始化函數(shù)和卸載函數(shù)。采用devfs方式注冊(cè)打印機(jī)。

初始化函數(shù)weida_init通過devfs_register函數(shù)向系統(tǒng)注冊(cè)設(shè)備。

函數(shù)原型devfs_register(NULL, DEVICE_NAME, DEVFS_FL_DEFAULT, 0, 0, S_IFCHR | S_IRUSR | S_IWUSR,  &weida_printer_fops, NULL);

其中，DEVICE_NAME為主設(shè)備名，weida_printer_fops為定義的一個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，用來實(shí)現(xiàn)的文件操作，包括open、close、write等。

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3.1.3  初始化打印端口

初始化打印機(jī)第一個(gè)要做的事情就是要對(duì)GPIO口進(jìn)行初始化，初始化函數(shù)如下：

static void weida_init(void){
devfs_register(); /*注冊(cè)設(shè)備驅(qū)動(dòng)*/
set_gpio_ctrl(WEIDA_STB|GPIO_PULLUP_DIS|GPIO_MODE_OUT); /*設(shè)置STB口*/
    write_gpio_bit(WEIDA_STB,1);
    weida_printer_io_port_init();
/*設(shè)置其它IO口，以及賦初值*/ }

其中，WEIDA_STB為連接打印機(jī)選通口初始化為高電平，GPIO_PULL_DIS是設(shè)置是否需要上拉電阻，GPIO_MODE_OUT 設(shè)置GPIO口為輸出口。最后使用module_init(weida_printer_init);采用模塊方式加載驅(qū)動(dòng)。[2]

3.1.4  接口函數(shù)設(shè)計(jì)

ioctl()函數(shù)主要完成打印機(jī)字體、行距等參數(shù)的設(shè)置，在設(shè)計(jì)過程中必須解決用戶數(shù)據(jù)和內(nèi)核數(shù)據(jù)之間如何傳遞。從用戶態(tài)讀取數(shù)據(jù)，然后在內(nèi)核態(tài)運(yùn)行，可以使用copy_from_user函數(shù)來完成傳遞數(shù)據(jù)。

weida_printer_write ( )先對(duì)打印機(jī)是否在線，是否忙，是否準(zhǔn)備好做進(jìn)一步的判斷，然后再進(jìn)行打印。在打印的時(shí)候要注意每發(fā)一個(gè)字符要延遲150毫秒，因?yàn)槿绻蛴?shù)據(jù)發(fā)得過快打印機(jī)的來不急處理，所以要設(shè)置延時(shí)。

open/close函數(shù)打開/關(guān)閉文件，因?yàn)樵?strong>LINUX下設(shè)備都是當(dāng)作文件來操作的，所以需要open和close這兩個(gè)接口函數(shù)。

3.2 掃描儀串口的設(shè)置

嵌入式移動(dòng)打印終端中使用到的掃描儀是串口掃描儀，這種掃描儀相對(duì)于USB接口的掃描儀來說，控制較簡(jiǎn)單，在掃描儀掃描后，可以直接從串口讀取數(shù)據(jù)。

3.2.1  串口設(shè)置[3]

設(shè)置串口速率函數(shù)：set_speed(int fd, int speed),其中fd 為打開的設(shè)備文件，speed為速率。

設(shè)置串口參數(shù)：set_parity(int fd,int databits,int stopbits,int parity),databits為有多少個(gè)數(shù)據(jù)位，stopbit為設(shè)置多少個(gè)停止位，parity為奇偶校驗(yàn)位設(shè)置。設(shè)置串口波特率為9600，數(shù)據(jù)位為8位，一位停止位，沒有校驗(yàn)位。

3.2.2  編寫讀取掃描儀數(shù)據(jù)函數(shù)

首先打開設(shè)備文件，該系統(tǒng)中使用的串口為串口2，因此打開函數(shù)為：

open(“/dev/ttyS1”,O_RDWR|O_NONBLOCK|O_NDELAY);其中，O_RDWR表示可讀可寫，O_NONBLOCK表示非堵塞模式，O_NDELAY表示沒有延遲，立即發(fā)出去。

3.2.3 客戶端和服務(wù)器的socket編寫

嵌入式打印終端采用C/S的模式，把PC機(jī)作為服務(wù)器，開發(fā)板作為客戶端，通過以太網(wǎng)連接?？蛻舳私⒁粋€(gè)socket連接去尋找PC機(jī)上的服務(wù)程序。PC機(jī)上同時(shí)也運(yùn)行一個(gè)socket用來listen請(qǐng)求和綁定。采用的是TCP的連接方式。

3.4 主應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)

開發(fā)板上的應(yīng)用程序Main函數(shù)注冊(cè)兩個(gè)線程p1和p2，兩個(gè)全局?jǐn)?shù)組c1和c2。

線程p1將從串口讀到的數(shù)據(jù)放入c1中，然后sent socket直接從c1中取走數(shù)據(jù)發(fā)送給服務(wù)器。線程p2負(fù)責(zé)將received socket數(shù)據(jù)放入c2數(shù)組中，然后直接從c2取走數(shù)據(jù)交給打印機(jī)去打印。

這里對(duì)線程使用了兩個(gè)信號(hào)量，并初始化為：sem_init(&sem1,0,1); sem_init(&sem2,0,0); [4]

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兩個(gè)線程的核心代碼如下：
void thread1(void) {
    打開串口；設(shè)置串口；建立連接；
    while(1)    {
        sem_wait(&sem1);
        從串口讀書據(jù)；
用clinetsocket發(fā)送出去；
        sem_post(&sem2);}
}
void thread2(void)  {
    打開打印機(jī)設(shè)備；
    while(1)    {
        sem_wait(&sem2);
        接收數(shù)據(jù)；扔給打印機(jī)；
        sem_post(&sem1);    }
}

如此可以使兩個(gè)線程得以同步運(yùn)行，并可以執(zhí)行多次掃描和打印任務(wù)。
 
本文作者創(chuàng)新點(diǎn)及其經(jīng)濟(jì)效益：本系統(tǒng)具有移動(dòng)性強(qiáng)，功耗低等特點(diǎn)，而且與以往傳統(tǒng)的用PC 機(jī)實(shí)現(xiàn)的打印終端相比，還具有低成本優(yōu)勢(shì)。能廣泛地應(yīng)用于超市收銀系統(tǒng)，銀行自動(dòng)存取款機(jī)，等各種工業(yè)領(lǐng)域。筆者試驗(yàn)了一下把802.11g的無線網(wǎng)卡移植到開發(fā)板上，并成功實(shí)現(xiàn)了和主機(jī)的無線通信，使得該系統(tǒng)更加便攜。根據(jù)對(duì)南京各大學(xué)校區(qū)內(nèi)超市的研究調(diào)查，此系統(tǒng)估計(jì)可產(chǎn)生50萬元的經(jīng)濟(jì)效益。

趙遠(yuǎn)東導(dǎo)師評(píng)論：該同學(xué)在書寫這篇文章的過程中，參考大量中英文文獻(xiàn)資料，通過對(duì)ARM開發(fā)板的結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)等方面的認(rèn)知，了解Linux驅(qū)動(dòng)的基本框架，設(shè)計(jì)出了接口板電路實(shí)現(xiàn)了移動(dòng)終端打印功能，有一定的創(chuàng)新思想和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

參考文獻(xiàn):
[1]  SAMSUNG. S3C2410A 200MHz&266MHz 32-BIT RISC MICROPROCESSOR USER’S MANUAL [EB/OL]. http://www.samsung.com/, 2004-03. 35,367-408
[2]  CORBET J, RUBINI A. LINUX設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序（第三版）[M]. 中國(guó)電力出版社, 2006. 46-74 TP316.81
[3]  孫瓊. 嵌入式LINUX應(yīng)用程序開發(fā)詳解[M]. 人民郵電出版社, 2006. 184-191 TP316.89
[4]  田家林，陳利學(xué)，寇向輝． LINUX嵌入式操作系統(tǒng)在ARM上的移植[J]. 微計(jì)算機(jī)信息， 2007，4-2：P60-62．