AT91RM9200在嵌入式稅控POS系統中的應用

分類：技術教程日期：2007-04-18 00:00:00

摘要:首先介紹并分析了我國稅控POS產業的現狀及存在問題，并以目前市場條件下共有的突出技術問題為重心，加以詳細闡述；然后在技術層面從硬件和軟件兩個角度進行了細致方案選型及可性行分析；最后定位以ARM結構體系處理器為核心的嵌入式稅控POS解決方案。同時還從實際應用角度，對我國稅控POS產業發展趨勢做了分析和預測。
關鍵詞: ARM，Linux，稅控POS，嵌入式解決方案
1 引言
據賽迪顧問統計，全國將有300～500萬臺的市場裝機總容量及相關稅務接口軟硬件、配套設備、服務和培訓等市場需求，會形成至少300～400億元的巨大市場。然而，整個稅控收款機市場急待解決的問題還不少。
稅控POs概念在我國提出雖已有幾年時間，但其現有方案總體技術含量較低，如今各商家的產品基本已趨于同質化。這一現象非常不利于行業的發展．淡化了人們對該行業發展的期望。分析其原因，有來自企業自身的自主創新能力缺乏，也有來自產業鏈的上下游廠商配合力度不夠，甚至還有來自我國相關行業的法律法規相對滯后和不夠完善。所有這些問題，都嚴重影響著我國稅控POS產業的發展。
2 方案需求分析
對于一個目標系統應用的方案選型，應考慮安全性能、知識產權、產品多元化和服務專業化等多種問題，但更主要的還是基于如下考慮：
首先，不論從硬件實現角度還是從軟件實現角度來看，稅控POS系統都是非常復雜的體系。不同于通常的POS終端，稅控POS系統不但要滿足如今社會信息化的各種要求，還要能滿足我國現階段對稅源監控的嚴格要求。
其次，嵌入式ARM處理器集成度等方面的獨特優越性和相對低廉的價位，也是我們選擇用它來實現稅控POS系統的重要根據。
再者，嵌人式稅控POS系統是一套智能且復雜的稅控體系，很難再用單片機那樣功能單一的處理器來實現。即使用單片機可以做到，那么不論在系統實現的成本上還是系統設計的復雜度上都要遠遠超過用32位架構的嵌人式處理器實現的模式。本文采取了全新的設計理念，即以高安全性的、32位架構的嵌入式處理器為核心，結合嵌入式Linux操作系統來完成。下面將對ARM處理器系列當中一款典型且性能優異的嵌入式處理器AT91RM9200在稅控POS系統上的實現，給以詳細介紹。
3 方案設計與實現
3．1 系統設計架構與性能參數
AT91RM9200是一款最具代表性的基于ARM920T核的嵌人式處理器，其總線架構接口模式如圖1所示。AT91 RM9200不但性能卓越，同時價格相對低廉，而且還是一款工業級微控處理器；其集成度也十分高，幾乎囊括了嵌入式應用領域內的各種主流接口。另一個重要參考因素，那就是方案應用定位。此稅控POs方案于設計之初，就已充分考慮了方案定位的典型性和普適性，沒有一味追求高端。同時，嵌人式系統設計的特點也告訴我們，應用系統設計不應一味追求高性能。作為嵌入式領域內的應用系統設計，應充分考慮系統應用的具體需要，充分利用軟硬件本身已有的各種資源，合理地定位系統選型。這樣才能更好地發揮嵌人式系統在設汁上的靈活性等優勢。

表1為系統的性能參數。

3．2 系統軟硬件構成及實現
(1) 硬件構成
硬件設計上，在核心處理器AT91RM9200的基礎上，外擴了各種接口的專用芯片，如圖2所示。

其主要實現接口如下：
①稅控專用接口：稅控器的專用通道，是專為稅務部門有效控制稅收來源而設計和預留的；其靈活的模塊化設計，極大地方便了稅控器的功能升級和維護。
②網絡接口：具有智能糾錯功能的10／100 MHz自適應的高速以太網口設計，保證了數據傳輸的高效性和實時性。
③標準串行接口：提供3個2線串口、1個4線串口和1個8線串口來支持多種外設，如IC卡、磁條掃描、串行熱敏打印機和GPRS／CDMA無線通信模塊等。
④存儲卡接口：豐富的各類存儲卡接口，包括USB Host、USB Device、CF卡和IDE硬盤等，可以實現大容量數據存儲。
(2) 軟件構成
采用的是一套標準的嵌入式Linux系統——ARM—Linux，其構件包括U boot(Boodoader)、zImage(Kernel)和Ramdisk(Filesystem)3個主體部分。其中：
①Bootloader:系統啟動時第一時間執行的一段代碼；在功能上類似PC機上的BIOS系統。應用系統主要靠它來完成系統的安裝和調試等任務；在整個系統設計過程中，BootLoader是與具體硬件結合最緊密的部分，其實現主要為匯編語言。
②Kernel：整個應用系統的核心，它負責統一調度和管理系統上的所有資源；系統啟動過程中，繼引導代碼之后進一步初始化外設和系統配置。
③Filesystem：ARM—Linux系統下的重要組成部分，可以簡單理解為系統下各種文件的有機組織結構；一般包臺系統以及其上應用程序運行時所需的各種庫文件和資源文件。
以上3部分的有機結合便構成了一個完整的ARM—Linux操作系統。實際應用時還須通過燒寫器把它固化在一顆FLASH芯片上。
3．3 方案價值與特點
①高度安全性：首先，該方案在應用上是系統級的，整個系統設計是把上層應用納入系統一級實現的；其次，操作系統上選擇了以安全性著稱的Linux系統實現，再結合ARM處理器的各種數據保護機制的使用，有效地保證了稅控POS在數據采集、處理、存儲和傳送等過程中的高度安全性。
②穩定健壯性：采用最主流的ARM9處理器AT9lRM9200，主頻為200 MHz，性能高，功耗低，內置資源豐富，外圍電路設計簡單，保證了生產的方便和穩定。采用QFP封裝的處理器取代BGA封裝，大大降低了整板的焊接成本，提高了整機的一次調測成功率。
③擴展靈活性：通過內置的兩個USBHost接口為產品的后續升級提供高度的擴展性，如USB無線網卡和LISB鍵盤、鼠標等輸人設備。
④多種存儲方式：提供擴展FLASH存儲，并支持IDE硬盤、電子盤、CF卡和U盤等存儲卡。
⑤多種通信方式：提供100 MFIz以太網，吞吐量可達60 Mbps以上。支持普通Modem撥號、GPRS／CDMA撥號和ADSL撥號上網。
⑥普適通用性：支持多種LCD屏及VGA顯示器，包括黑白屏和TFT真彩屏；分辨率可支持640×480以上，并支持觸摸屏(800×600)，滿足多種POS機應用需求。
⑦界面可自定義：提供基于嵌入式Linux操作系統的豐富的軟件資源，例如各種GUI API供客戶定制自己的u1界面；甚至產品外殼也可設計得非常小巧、精致。
⑧操作簡易方便：支持PS2，以及USB標準鍵盤、鼠標，自定義小鍵盤和觸摸屏等。
4 稅控POS發展趨勢
各種嵌入式稅控POS不斷推陳出新，具有無線功能的手持終端POS也已開始應用。隨著我國網絡納稅的興起，過不了多久，嵌有功能更強大的并網納稅管理系統的稅控POS產品將會發展起來。屆時整個稅控POS系統不再是單一的POS終端，而是一套網絡化、系統化、智能化的稅控P0S設備。這類POS終端很可能先出現在一些高檔的餐飲、娛樂等場所，然后逐步普及開來。因此，未來幾年時間內，稅控P0S的發展應該是更多地向更高的信息化、網絡化和智能化方向不斷推進。
5 結束語
目前，此方案已通過國家相關部門的嚴格測試和認證，并已實現量產。事實證明，基于ARM結構體系的嵌入式稅控POS解決方案，優勢是十分明顯的，同時也是十分成功的。為此，要感謝ARM公司及其合作伙伴給我們提供了如此性能卓越的微控制器／微處理器；更令人振奮的是，ARM公司及其合作伙伴一直快速、穩健地推出適用于各種場合的ARM架構核與微控制器／微處理器。我們有理由相信ARM體系結構處理器在中國市場的普及和推廣必將帶動我國稅控POS等電子產業的快速發展。