作者：中國電子科技集團公司第五十二研究所 吳文淵

引言

稅控收款機是指具有特定稅控功能的電子收款機，它是集軟硬件為一體的嵌入式系統(tǒng)，硬件設(shè)計考慮高性價比和高可靠性，軟件設(shè)計考慮系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。根據(jù)這一原則，本文介紹了一種基于ARM控制器LPC2214的稅控收款機的設(shè)計方案。

稅控收款機硬件系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

稅控收款機的硬件組成框圖如圖1所示，其硬件系統(tǒng)由中央處理模塊、顯示模塊、打印模塊、電源模塊、時鐘模塊、IC卡接口、外部通訊接口(包括RS232串行接口、網(wǎng)絡(luò)接口、USB接口等)、蜂鳴器，以及輸入鍵盤、電子鎖、條碼掃描儀和手寫板等幾部分組成。

圖1  稅控收款機硬件框圖

中央處理模塊

中央處理模塊采用飛利浦公司基于32位ARM7TDMI-S內(nèi)核的低功耗ARM處理器LPC2214。該處理器是飛利浦公司為嵌入式應用提供的高性價比微控制器解決方案，通過在ARM7TDMI-S內(nèi)容基礎(chǔ)上擴展一系列的通用外圍器件，使系統(tǒng)費用降至最低，增強了系統(tǒng)對外部設(shè)備的支持能力。由于LPC2114集成了豐富的片上資源，所以系統(tǒng)本身的擴展大大減少，這不但減小了產(chǎn)品的體積，而且便于維護。

顯示模塊

作為人機交互的顯示模塊包括一個LCD主顯示屏和一個9位的VFD用戶顯示屏，其中LCD采用內(nèi)置KS0107/KS0108控制器的圖形點陣式液晶，顯示分辨率為192×64，可顯示16×5個11×12點陣的漢字；VFD通過具有SPI接口的芯片HT16512進行驅(qū)動。

打印模塊

系統(tǒng)選用EPSON公司的MU110II打印機頭，供電電壓為DC24V。電機驅(qū)動采用MTD2003F，針驅(qū)動采用MTA001M，由LPC2214的通用I/O口進行控制。

電源管理模塊

系統(tǒng)采用開關(guān)電源為LPC2214提供5V電源。由于稅控收款機對掉電保護有嚴格要求，所以在電源管理模塊中設(shè)計了掉電保護電路，可以在掉電時維持系統(tǒng)正常工作一定時間。掉電時該電路會發(fā)送給處理器一個中斷，使系統(tǒng)進入掉電中斷處理程序，進行相應的掉電保護工作。

時鐘模塊

時鐘模塊采用I2C總線時鐘芯片P8563AP，在后備電池的支持下，能保證系統(tǒng)掉電后片內(nèi)時鐘繼續(xù)運行。

稅控存儲器

稅控收款機需要記錄大量的數(shù)據(jù)信息，本系統(tǒng)采用了ATMEL公司具有SPI接口的Flash存儲器AT45DB321，由于LPC2214微控制器具有SPI的接口，所以能夠方便地同它相連接。設(shè)計上采用可插拔式模塊，將數(shù)據(jù)存儲模塊與系統(tǒng)主板分離。此設(shè)計的特點是當系統(tǒng)出錯時，能夠?qū)⒅匾獢?shù)據(jù)及時轉(zhuǎn)移，降低了數(shù)據(jù)發(fā)生錯誤的幾率，提高了數(shù)據(jù)的完整性和可靠性。在稅控卡的配合下，可以將相關(guān)的數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)移到另一正常工作的機器中繼續(xù)進行工作，保證數(shù)據(jù)存儲的時效性。另外，也可以在維護和檢修時采用替換法，這體現(xiàn)出很強的實用性和可操作性。

IC卡接口

通常的設(shè)計中會使用專用IC卡讀寫芯片為系統(tǒng)提供ISO7816的接口，如CTS56I01、WatchCore、TDA8020等。本系統(tǒng)沒有進行硬件擴展，充分利用LPC2214的性能特性，實現(xiàn)了符合ISO7816標準的IC卡接口功能。

智能卡芯片的接口信號包括：電源電壓(VCC)、地(GND)、復位(RST)、時鐘(CLK)、編程電壓(VPP)、輸入輸出(I/O)。如圖2所示，I/O、RST由LPC2214微控制器的通用I/O口(GPIO)來控制，通過軟件模擬數(shù)據(jù)讀寫操作時序，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的交換，其中I/O上信號的傳輸是雙向的，所以要利用軟件根據(jù)時序不斷轉(zhuǎn)換輸入輸出的狀態(tài)。此方法具有成本低、方便靈活等特點。

其它模塊

鍵盤控制芯片采用具有SPI串行接口的ZLG7289B，該芯片可連接多達64鍵的鍵盤矩陣，可滿足本系統(tǒng)的設(shè)計要求。

由于LPC2214未集成USB控制器，因此系統(tǒng)中采用了CYPRESS公司內(nèi)含USB主/從控制器、可支持全速數(shù)據(jù)傳輸?shù)腢SB控制芯片SL811HS，以支持U盤和移動硬盤讀寫操作。此外，本系統(tǒng)采用RTL8019以太網(wǎng)控制器擴展31個以太網(wǎng)接口，稅控收款機相互之間可以通過網(wǎng)絡(luò)接口進行數(shù)據(jù)通信，并且可以和PC機的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)交換。

稅控收款機軟件系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

稅控收款機軟件結(jié)構(gòu)

稅控收款機軟件采用分層次結(jié)構(gòu)化、模塊化設(shè)計，依次分為業(yè)務處理層、接口層、設(shè)備驅(qū)動層和硬件平臺等4個層次。其中業(yè)務處理層完成稅控收款機具體的業(yè)務處理；接口層作為業(yè)務處理層與設(shè)備驅(qū)動層的橋梁，提供與具體硬件平臺無關(guān)的應用程序接口(API)，其主要功能是對下層設(shè)備驅(qū)動程序進行封裝，并提供一些公共的函數(shù)庫；設(shè)備驅(qū)動層即BSP(Board Support Package，板級支持包)，包含具體硬件平臺的各種設(shè)備驅(qū)動程序。

采用如上架構(gòu)的系統(tǒng)軟件層次結(jié)構(gòu)清晰，直接相鄰的上下層之間存在依賴關(guān)系，不相鄰的上下層之間沒有依賴關(guān)系。同層各模塊之間的調(diào)用通過預定義的模塊輸出接口函數(shù)實現(xiàn)，各