（计算机科学与技术专业论文）嵌入式技术在网络税控器中的应用研究.pdf

独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人 已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京工业大学或其它教育机构的 学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已 在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 关于论文使用授权的说明 沙p 石2 本人完全了解北京工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部 分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 签名：煎量查： 导师签名：日期：蟹5 二哆 摘要 摘要 g b l 8 2 4 0 7 规定了基于局域网的大中型商业企业管理信息系统( m i s ) 进 行税控功能改造的规范，该标准适用于用于生成、存储和传输普通税控发票数 据的税控数据采集模块、网络税控器、税控服务器和税控发票终端，并指导这 些设备基于局域网络的互联。本文作者参与了g b l 8 2 4 0 7 样机系统中的网络税 控器的研制工作，在老师的指导下对相关嵌入式技术做了比较深入的研究。 网络税控器是一个兼具软、硬件的嵌入式设备，整个研制过程非常复杂， 涉及到众多嵌入式技术。本文针对当前迫切需要解决的问题，选取了以下三个 方面作为自己的研究课题：网络税控器的整体设计、i c 卡控制器p 核的设计 与实现及嵌入式l i n u ) 【下的设备驱动程序开发。 s o p c 技术由舢t e r a 公司于2 0 0 0 年率先提出，在业界产生了广泛而深远的 影响，它是一种基于f p g a 的s o c 解决方案，将处理器、存储器、i o 接口等 系统设计所需要的功能模块集成到一个可编程器件上，构成一个可编程的片上 系统。鉴于该技术具有开发时间短、产品的生命周期长、很容易利用h 砌c o p y 技术向a s i c 转化等优势，本文提出了一种基于s o p c 技术的网络税控器解决 方案。 一般的嵌入式系统中，如果要完成i c 卡读写操作，通常会使用i c 卡接口 芯片来实现，而在s o p c 系统中，本文设计并实现了一个i c 卡控制器i p 核来 代替i c 卡接口芯片。该i p 核是以软核的形式存在，可以很容易集成到s o p c 系统中，能够完成和符合g b l 6 6 4 9 标准的i c 卡之间的通讯功能。本文研究了 带触点的集成电路卡的相关标准、a v a l o n 总线规范以及i p 核的综合、仿真、 集成等技术，并在此基础上设计并实现了一个i c 卡控制器i p 核。经过测试， 本文设计的i p 核能够完成与i c 卡的通讯功能。 网络税控器采用了“c l m u ) ( 作为系统软件。在基于嵌入式l i n u x 的软件开发 中，移植和编写驱动程序往往是最具挑战性的工作。设备驱动程序质量的好坏 直接关系到嵌入式系统的工作效率和稳定性，甚至对项目的成败具有决定性作 用。本文讨论了1 i n u ) ( 设备驱动程序开发的技术，并以i c 卡控制器i p 核的驱动 开发作为实例，详细讲解了设备驱动程序开发的流程。 本文所做研究均源于实际科研项目中所遇到的问题，具有较大的工程应用 价值。 关键词s o p c ；网络税控器；集成电路卡；i p 核；设备驱动程序 北京工业大学丁学硕十学位论文 a b s t r a c t a b s t r a c t g b18 2 4 0 7p r o v i d e sn o m l so ft a x - 如n c t i o n 2 i l 位m s f o 肌a t i o nf o rl a n b 2 l s e d m e d i u m - s i z e db u s i n e s se n t 唧r i s em a n a g e m e n ti r 曲r m a t i o ns y s t e m ( m i s ) 1 k s t a i l d a r da p p l i e sf o ro r d i n a d rt a xc o n t r o ld a t aa c q u i s i t i o nm o d u l e ，n e 觚o r kt a x c o m r o l l e r ，t a xc o m r o ls e n ，e r 觚dt a xc o n t r o li r o i c et e m l i n a la tt 1 1 eg e n e r a t i o n ， s t o r a g ea n dt r a n s i i l i s s i o no f i n v o i c ed a 饥a n dt og u i d et h ed e v i c eb a s e do nl o c a la r e a n 神帅r ki 1 1 t e r c o 蚰e c t i o n t h ea u t h e rp a r t i c i p a t e di i ld e v e l o p i n gt 1 1 en e t w o r kt a ) 【 c o n t r o l l e ro fg bl8 2 4 0 7p r o t o t y p es y s t e m ，a n du n d e rm e 鲥d a l l c eo ft e a c h e r s ，id o m o r eh l - d 印t l lr e s e a r c hd b o u tr e l a t e de m b e d d e dt e c l l i l 0 1 0 9 y n e t w o r kt 觚c o n 们1 1 e ri sa 1 1e m b e d d e dd e v i c e 谢l i c hc o n t a i l l sb o mh a r d w a r e a n ds o r w a r e ，也ee i l t i r ed e v e l o p m e n tp r o c e s si sv e r yc o m p l e x ，血v o l v i n gal a r g e m l m b e ro fe m b e d d e dt e c h n o l o g y i n1 i g h to fm eu r g e n tn e e dt os o l v es o m ep r o b l e m s ， 1 1 1 i sd i s s e r t a t i o ns e l e c tt l l e f o l l o 、啊n g t h e ea r e a sa sr e s e a r c h t o p i c s i i ln l i s d i s s e r t a t i o n ：o v e r a l l d e s i 盟 o ft 1 1 en e 觚o r k1 奴c o r l t r o l l e r ， d e s i 印 a n d i m p l e m e n t a t i o no fi cc a r dc o n t r 0 l l e r i pc o r e ，d e v i c ed r i v e rd e v e l o p m e n tf o r e i i 】【b e d d e dl i n u x s o p ct e c h n o l o g yw a sf i r s tp u tf o r v 旧r db ya l t e r ac o 印o r a t i o ni n2 0 0 0 ，i th a da b r o a da i l d 最小r e a c h i n g 妇p a c ti i li n d u s n y ni saf p g a - b a u s e ds o cs o l u t i o n 、地i c h i n t e 伊a t e dp r o c e s s o r ，i i l e m o i o 缸e r l 沁ea n do t l l e rr e q u i r e dd e s i 盟m o d u l e so na p r o g r a m m a b l ec k p a n df o 衄i n t oa c o m p l e t es y s t e m b e c a u s em es o p ct e c l l i l o l o g ) r h a l ss o m ea d v a j l t a g e ss u c h 觞s h o nd e v e l o p m e n tt i m e ，1 0 n gp r o d u c tl i f ec y c l ea i l d v e r ye a s yt oc o i l v e ni n t oa s i cu s i n gh a r d c o p yt e c h n 0 1 0 9 y ，as 0 1 u t i o nb 2 l s e do n s o p ct e c l l o l o g yf o rn e 似o r kt 敦c o n 仃0 1 l e rw 2 l sp r o p o s e di nt l l i sd i s s e r t a t i o n 1 1 1o r d i m 旺ye m b e d d e ds y s t e m s ，w eu s u a l l yu s et 1 1 ei cc a r di n t e r f i a c ec h i pt o a c l l i e v ei cc a r dr e a d i n ga i l dw r i t i n go p e r a t i o n s b u ti i lt l l es o p cs y s t e m ，t l l i s d i s s e r t a t i o nd e s i 9 1 1 e da i l di m p l e m e n t e da ni cc a r dc o n t r o l l e ri pc o r et or e p l a c em e i cc a r di n t e r f a c ec b i p 舡af i o mo fs o m c o r e ，t l ：l i si pc o r ec a i lb ee a s i l yi n t e g r a t e d i i l t ot l l es o p cs y s t e ma i l dc a l lc o m p l e t ec o 砌l 疵c a t i o l l s 淅t l lm ei cc 砌t h a tm e e t t l l en a t i o n a ls t 锄d a r dg b16 6 4 9 i nt k sd i s s e r t a t i o i l ，w es t u d i e dm er e l e v a n t s t a n d a r d sa b o u ti cc a r d 晰t l lc o n t a c t s ，a v a l o nb u ss p e c i f i c a t i o n 锄dt h ei pc o r e s y n t h e s i s ，s i m u l a t i o n ，i n t e 刚i o nt e c 量u l o l o 缈a i l do nt h i sb a s i s ，w ed e s i 驴e da n d t n 北京t 业大学工学硕七学位论文 i m p l e m e m e dai cc a r dc o n t r o l l e ri pc o r e a r e rt e s t i n g ，t h ei pc o r e sc a nc o m p l e t e t h ec o n h n u i l i c a t i o n 、i t l l l ei cc a r d w eu s e 肛c l m u xa sm es y s t e ms o r w a r eo nt l l en e t w o r km 1 ) 【c o n t r o l l ed e v i c e f o rt l l es o 小a r ed e v e l o p m e n tb a s e do nt 1 1 ee m b e d d e dl i i l u ) 【s y s t e m ，p o n i n ga i l d 嘶t i n gm e 嘶v e r s i so r e nm em o s tc h a l l e n g i n gt a s k 1 1 1 eq 砌时o fd e v i c e “v e ri s d i r e c t l yr e l a t e dt 0t l l ee m b e d d e ds y s t e m se m c i e n c ya i l ds t a b i l i t y ，a n de v e np l a ya d e c i s i v er o l eo nt l l es u c c e s so ft 1 1 ep r o j e c t t 1 1 i sd i s s e r t 撕o nd i s c u s s e sd e v i c e “v e r d e v e l o p m e n tt e c l l i l o l o g ) ru n d e rl i n u ) 【p l a t f 0 册，a i l dt l l r o u 曲a ne x 锄p l eo fi cc a r d c o n t r o l l e ri pc o r e 嘶v e r ，i te x p l a i n e dmd e t a i lt 1 1 ed e v i c ed r i v e rd e v e l o p m e n t p r o c e s s a no fs n l d i e sd o n ei i l “sd i s s e r t a t i o na r ed e r i v e d 舶mp r a c t i c a lp r o b l e m e n c o u m e r e di 1 1t 1 1 er e s e 删1p r o j e c t ，a n d n l e yh a v eg r e a tv 酊u ei ne n g i n e e r i n g a p p l i c a t i o n k 码唧o r d ss o p c ； n e t w o r kt a xc o n t r o l l e r ；i cc a r d ； i pc o r e ；d e v i c ed d v e r s p r o 铲a m m e 目录 目录 摘要i a b s t r a c t i i i 第1 章绪论l 1 1 课题背景1 1 2 课题研究内容2 1 3 本文组织结构。4 第2 章基于s o p c 技术的网络税控器5 2 1 网络税控器介绍5 2 1 1 功能概述5 2 1 2 硬件接口。5 2 1 3 软件功能模块6 2 2 网络税控器的硬件解决方案采用s o p c 技术7 2 2 1s o p c 及其技术7 2 2 2s o p c 技术的实现方式。8 2 2 3n i o si i 软核处理器系统的优势1 0 2 2 4 网络税控器的f p g a 器件选型街 2 3 基于s o p c 技术的网络税控器的系统结构1 1 2 3 1 网络税控器的硬件结构l l 2 3 2 网络税控器的软件系统层次结构1 2 2 4 用s o p c 技术实现网络税控器迫切需要解决的问题1 4 2 4 1 设计并实现i c 卡控制器i p 核1 4 2 4 2 将c 1 i n u ) 【操作系统移植到s o p c 硬件平台1 4 2 4 3p c l i n u ) 【环境下的设备驱动程序编写1 5 2 5 本章小结1 5 第3 章i c 卡控制器i p 核的背景技术1 7 3 1i c 卡17 3 1 1 概述1 7 3 1 2i c 卡的优点。1 8 3 1 3 税控i c 卡。18 3 2i p 核介绍18 3 3a 、，a l o n 总线规范1 9 3 3 1a v a l o n 总线概述1 9 3 3 2a v a l o n 接口规范。2 0 3 3 3a v a l o n 信号2 0 3 3 4 传输特性2 0 3 4 接触式i c 卡的相关标准2 1 3 4 1g b t 1 6 6 4 9 2 3 标准。2 l 3 4 2i c 卡的触点2 1 3 4 3i c 卡的帧数据传输格式2 2 3 4 4i c 卡的激活与复位2 3 3 4 5 复位应答2 5 v 北京t 业大学t 学硕七学何论文 3 5 本章小结2 5 第4 章l c 卡控制器i p 核的设计与实现2 7 4 1i c 卡控制器i p 核在s o p c 系统中的作用2 7 4 2i c 卡控制器i p 核的接口寄存器设计2 8 4 2 1 接口寄存器概述2 8 4 2 2 数据寄存器设计2 8 4 2 3 状态寄存器设计2 9 4 2 4 控制寄存器设计3 1 4 3i c 卡控制器i p 核的信号设计31 4 4i c 卡控制器i p 核的系统总体结构设计3 3 4 4 1 系统分解方法3 3 4 4 2i p 核的系统总体结构3 3 4 5i c 卡控制器i p 核各个模块的具体实现3 4 4 5 1 地址访问模块3 4 4 5 2 位传输模块3 4 4 5 3 发送缓冲区控制模块3 5 4 5 4 接受缓冲区控制模块3 5 4 5 5 复位模块3 5 4 5 6 系统控制模块3 6 4 6 本章小结3 6 第5 章i c 卡控制器i p 核的综合、仿真、集成、测试。3 7 5 1 综合3 7 5 1 1 综合概述3 7 5 1 2 逻辑综合工具3 7 5 1 3 逻辑综合流程3 7 5 1 4 工艺库。3 8 5 1 5 约束条件3 8 5 1 6i p 核综合结果3 9 5 2 仿真4 0 5 2 1 仿真概述4 0 5 2 2 仿真工具4 0 5 2 3q 1 l a 巾】si i 环境中的仿真4 l 5 2 4 各个子模块仿真结果4 l 5 2 5 顶层模块仿真4 5 5 3 将i p 核集成到s o p cb u i l d e r 系统中4 7 5 3 1s o p cb u i l d e r 系统介绍4 7 5 3 2 集成i c 卡控制器i p 核4 8 5 4 测 式4 9 5 4 1 测试硬件电路4 9 5 4 2 测试s o p c 系统搭建5 0 5 4 3 测试程序开发5 1 5 4 4 测试结果5 2 5 5 本章小结5 6 第6 章u c l i n u x 环境下的驱动程序开发5 7 6 2 1l i i l u ) ( 内核及内核模块6 2 6 2 2l i m l x 的设备管理。6 3 6 2 3l i m 的设备文件6 4 6 2 4l i n u ) ( 设备驱动程序接口。6 4 6 2 5 设备驱动程序框架6 5 6 2 6 设备驱动程序开发流程6 6 6 3i c 卡控制器i p 核驱动程序实现实例6 7 6 3 1 i p 核驱动程序的宏定义。6 7 6 3 2i p 核驱动程序中f i l eo p e r a t i o n s 结构体的设计6 8 6 3 3i p 核驱动程序的初始化及加载实现过程6 8 6 3 4 将i p 核的设备驱动程序编译进内核。6 9 6 4 本章小结俺 结论7 3 参考文献7 5 攻读硕士学位期间所取得的研究成果7 9 致谢8 1 v i i 北京t 业大学工学硕士学伊论文 第1 章绪论 1 1 课题背景 第1 章绪论 税收作为财政收入的主要来源，其流失不仅意味着财政收入的减少，而且 影响资源的有效配置，对经济带来不可估量的负面影响。在我国，由于纳税人 的纳税意识淡薄、税务制度不够完善、税务管理能力有限等原因，税收流失问 题比较突出。 审计署公布的有关审计结果表明，由于企业存在着核算、申报不实等诸多 问题，导致大量税收流失。这不仅使得政府收入流失，税收对资源配置、收入 分配的调节作用大打折扣，更降低厂税制的弹性【l 】。特别是在通货膨胀的条件 下，由于管理的原因，导致税收收入相对额下降，要想增加收入，只有不断地 提高名义税率和开征新税，导致了高税率低税额的现象，也使得减税面临巨大 困境。并且，从长远角度看，税收流失还会对国民经济产生负面作用。因此， 减少税收流失是一项重要而又迫切的任务。 如何减少税收流失，专家给出各种各样的建议，如提高公民的依法纳税意 识、优化税收征收系统、加强管理系统信息化、制定规范的核定征税程序等。 从技术层面讲，建立税务控制系统，充分运用信息化的手段监控和管理税收征 管工作，不仅可以提高征收效率，还可以强化监督管理机制，减少税务人员参 与违法行为的机会，有效地防范和打击偷逃税行为。如美国从6 0 年代起开始在 税务系统中采用计算机技术，目前形成了由东海岸国家计算中心和按地区设立 的l o 个服务中心组成的电子计算机系统，国家设置了计算机控制中心，并在全 国各地形成联网，与其他各部门进行信息交换，形成比较广泛和严密的税收监 控网络弘j ，有效的减少了税收流失。 相比国外发达国家，我国税收征管工作的信息化水平还比较低，在应用高 科技管理手段方面还有很大差距。但随着金税工程的一期、二期建设，我国在 税控网络建设、信息共享、发票管理方面取得了较大进步，已初步建立起覆盖 全国的税控网络。 金税工程的全称是全国增值税专用发票计算机稽核网络系统，是我国为提 高增值税的信息化管理水平，打击伪造、倒卖、盗窃发票违法犯罪，维护国 家税务工作的正常运行，在借鉴国外经验的基础上，并结合国情，于1 9 9 4 年 提出的税务信息化建设系列目标的总称。金税工程是由一个网络、四个系统构 北京工业大学丁学硕十学何论文 成。一个网络是指总局、省、地、县四级计算机网络；四个系统是指增值税防 伪税控开票子系统、防伪税控认证子系统、增值税交叉稽核子系统和发票协查 子系统【3 】。金税工程实际是上是利用覆盖全国税务机关的计算机网络对增值税 专用发票和企业纳税状况进行严密监控的一个体系。其中增值税防伪税控开票 子系统是通过防伪税控金税卡、防伪税控i c 卡和读卡器等专用设备和用于防伪 税控系统开具专用发票的计算机、打印机等通用设备，运用数字密码和电子信 息存储技术，强化增值税专用发票的防伪开票功能，解决销项发票信息真实性 问题的计算机管理系统。该系统可以对企业开具的增值税专用发票和销售收入 进行有效的监控。该系统是加强增值税管理，防范和严厉打击各种偷、骗增值 税等违法犯罪活动的主要手段，是金税工程的主要组成部分，也是实施金税工 程的基础。 2 0 0 3 年6 月2 5 日，国家质检总局正式发布了强制性国家标准gb 1 8 2 4 0 1 税控收款机第一部分机器规范、gb18 2 4 0 2 税控收款机第 二部分税控ic 卡规范和gb18 2 4 0 3 税控收款机第三部分税控器规范， 并于2 0 0 3 年10 月1 日开始实施。该系统可分别对税控收款机、税控器及税控 ic 卡的税控功能进行标准符合性测试【4 】。随后，国家税务总局、财政部、信 息产业部和国家质量监督检验检疫总局联合发出通知，要求凡从事商业、零售 业、饮食业、娱乐业、服务业、交通运输业等适合使用税控收款机系列机具的 行业，具有一定规模和固定经营场所的纳税人，今后必须购置并使用税控收款 机。 2 0 0 7 年，在国家税务总局的领导下，中国工程院院士、北工大计算机学院 院长沈昌祥作为总负责人，借助北工大计算机学院的科技力量，联合海信等四 家知名企业共同制定了g b l 8 2 4 0 7 ，并同时研制了符合该标准的样机系统。 g b l 8 2 4 0 7 标准规定了基于局域网的大中型商业企业管理信息系统( m i s ) 进 行税控功能改造的规范，使之适应现有税控收款机g b1 8 2 4 0 1 6 的通用要求， 适用于用于生成、存储和传输普通税控发票数据的税控数据采集模块、网络税 控器、税控服务器和税控发票终端，并指导这些设备基于局域网络的互酬5 1 。 1 2 课题研究内容 本文作者参与了g b l 8 2 4 0 7 样机系统中的网络税控器的研制工作，在老师 的指导下对相关嵌入式技术做了比较深入的研究。网络税控器是一个兼具软、 硬件的嵌入式设备，整个研制过程非常复杂，涉及到众多嵌入式技术。针对当 前迫切需要解决的问题，本文选取了以下三个方面作为自己的研究课题，主要 2 第1 苹绪论 包括：基于s o p c 技术的网络税控器的整体设计、i c 卡控制器i p 核的设计与 实现及嵌入式l i n u ) 【下的设备驱动程序开发。 s o p c 技术由灿t e m 公司于2 0 0 0 年率先提出，在业界产生了广泛而深远的 影响，它是一种基于f p g a 的s o c 解决方案，将处理器、存储器、的接口等 系统设计所需要的功能模块集成到一个可编程器件上，构成一个可编程的片上 系统。鉴于该技术具有开发时间短、产品的生命周期长、很容易利用h 莉c o p y 技术向a s i c 转化等优势，本文提出了一种基于s o p c 技术的网络税控器解决 方案。文中论述了s o p c 技术的实现方式、软核处理器的特点与优势、f p g a 芯片选型等背景技术，分析了网络税控器的功能需求、硬件接口及软件功能模 块，并在此基础上给出了网络税控器的硬件结构框图和软件系统层次结构。 一般的嵌入式系统中，如果要完成带触点的i c 卡读写操作，通常会使用 i c 卡接口芯片来实现，i c 卡接口芯片就像是一个专用的微控制器，能按照c p u 的要求与i c 卡通讯，完成所有对i c 卡的读写操作。而在s o p c 系统中，可以 使用i c 卡控制器i p 核来取代i c 卡接口芯片。i c 卡控制器i p 核能够完成和i c 卡接口芯片同样的功能，c p u 所有对i c 卡的读写操作都能通过i c 卡控制器i p 核来完成。c p u 通过读写i p 核提供的寄存器来获取i p 核的状态、控制i p 核的 行为；i p 核接受c p u 的数据和控制信号，同时提供c p u 访问的接口，以并行 的方式向c p u 传输数据。由于i p 核是以软核的形式存在，相比于i c 卡接口芯 片具有明显的优势：可以很容易将其集成到f p g a 芯片内，实现和软核处理器 的无缝连接；可以节省购买接口芯片的费用，并能降低功耗、减少开发板的面 积；生命周期长，修改方便。因此，设计并实现一个i c 卡接口控制器i p 核、 并用硬件描述语言表述出来就成为一个亟待解决又很有研究价值的工作。文中 介绍了i c 卡控制器i p 核在整个s o p c 系统中的作用，论述了i p 核的设计过程， 包括i p 核的接口寄存器设计、信号设计、系统总体设计，给出了i p 核的输入 输出信号，使得集成s o p c 系统、连接i c 卡更为方便；介绍了i p 核的系统内 部结构，并对i p 核内部各个模块的实现做了详细描述；论述了综合、仿真等相 关技术，并对i p 核综合后占用的资源情况与仿真结果做了分析；而且给出了测 试硬件电路、测试用例的设计思路，详细讲述测试程序的开发并对i p 核做了严 格的测试。测试结果表明，本文设计的m 核能够完成各项预期功能，实现和i c 卡的正常通讯。 网络税控器采用了“c l i i l u ) 【作为系统软件。“c l i l l u ) ( 全称为m i c r 0c o n n - 0 l l i i l u ) 【，是l i n u x 操作系统的变种之一，专门针对微控制器领域而设计的一个嵌入 式l i n u x 操作系统，主要面对没有m m u ( m e m o 珂m a l l a g e m e n tu i l i t ，内存管理单 元) 的硬件平台。“c l i n u ) 【继承了l i n u x 源代码开放、内核稳定而高效、支持众 北京t 业大学t 学硕十学位论文 多硬件平台的特点，在嵌入式领域中占据了比较大的市场份额。在基于嵌入式 l i i l u ) 【的软件开发中，移植操作系统和编写驱动程序往往是最具挑战性的工作。 设备驱动程序质量的好坏直接关系到嵌入式系统的工作效率和稳定性，甚至对 项目的成败具有决定性作用。文中着重研究了p c l i r m x 环境下的设备驱动程序 的开发。介绍了p c l i n u x 操作系统、交叉编译链等嵌入式软件技术，详细讲述 了n i o s 2 p c l i n u 】【开发环境的搭建过程，并将肛c 1 i r l _ u ) 【移植到了s o p c 硬件平台 上；而且对l i i 姒的设备管理、设备驱动程序接口、设备驱动程序框架等做了 论述，并给出了设备驱动程序的开发流程；还以i c 卡控制器i p 核的设备驱动 程序为例，给出设备驱动程序的开发过程。 1 3 本文组织结构 本文分为六章。第一章绪论，主要介绍了课题的研究背景，研究内容和论 文组织结构。第二章基于s o p c 技术的网络税控器，论述了网络税控器的功能 需求、硬件接口和软件模块划分，并提出了一种基于s o p c 技术的硬件解决方 案，同时分析了当前实现该方案需要迫切解决的问题。第三章i c 卡控制器d 核的背景技术，介绍了i c 卡、i p 核及a v a l o n 总线的相关知识，并着重对接触 式i c 卡的相关标准做了详细的描述。第四章i c 卡控制器i p 核的设计与实现， 简单介绍了i c 卡控制器i p 核在整个系统中的作用，并重点阐述了i p 核的接口 寄存器设计、信号设计及内部模块的设计与实现过程。第五章i c 卡控制器i p 核的综合、仿真、集成、测试，对i p 核的综合、仿真技术做了深入研究，并给 出了i c 卡控制器i p 核综合后的r t l 电路及仿真波形，将该i p 核集成到s o p c b u i l d e r 系统中并开发了测试程序，给出了测试用例设计及执行结果。第六章 “c l i n u x 环境下的驱动程序开发，讲述了将 l c l i n u x 操作系统移植到s o p c 开发 平台上的过程，研究了嵌入式l i n u ) 【下的设备驱动程序的开发技术，并给出了 i c 卡控制器i p 核的设备驱动程序实现实例。 4 第2 章基于s o p c 技术的网络税控器 第2 章基于s o p c 技术的网络税控器 2 1 网络税控器介绍 2 1 1 功能概述 根据g b l 8 2 4 0 7 定义，网络税控器是一种用于生成税控码，完成与税控服 务器之间传送税控数据的电子装置【5 】。在结合已有的网络体系及硬件设备的基 础上，网络税控器必须具有获取并解析税源数据，生成税控码的功能，从而配 合税控服务器完成对原有的商用收款机的税控改造，达到税控的目的。 作为兼具软件与硬件一体的关键设备，网络税控器承担着连接税控服务器、 商用收款机、税控发票终端等设备之间的大部分通讯工作，在整个g b l 8 2 4 0 7 样机系统中起着非常重要的作用。网络税控器必须具有以下功能【5 】： 一与商用收款机、税控服务器通讯； -接收、解析税源数据并生成税控码； 返回税控相关数据给税控数据采集模块； 上传税控相关数据到税控服务器； 自动向税控服务器签到； 一上传网络税控器的状态信息到税控服务器； 支持断网工作； 支持故障报警( 声或光信号) 。 2 1 2 硬件接口 为实现2 1 1 中所述的各项功能，网络税控器应满足一定的硬件条件，具备 必要的i o 接口。经过综合分析和考虑，为网络税控器配置以下硬件接口： 1 ) 一个串行接口，用来实现与宿主进行数据交换的串行接口符合g b t 6 1 0 7 2 0 0 0 的规定，采用9 插孔的d c e 接口连接器，使用t x d 、i u 和g n d ： 2 ) 两个网络接口，网络接口芯片采用以太网卡，能够实现与税控服务器、 税控发票终端之间的数据传输、命令传送、存取控制等网络通讯功能； 3 ) 一个税控i c 卡接口，税控卡采用p l u g i n 型卡或i d 1 型，i c 卡每个 触点的尺寸、数量、位置和分配满足g b t 1 6 6 4 9 2 中的规定，i c 卡触点上的电 特性、i c 卡的操作过程、复位应答、t = o 的异步半双工字符传输协议满足 g b t 1 6 6 4 9 3 的要求； 5 北京工业大学t 掌硕十学位论文 4 ) s d 卡接口，s d 卡是一种基于半导体快闪记忆器的新一代记忆设备， 其体积为2 4 n u n 3 2 i i u n 2 1 m m ，通过9 针的接口界面与专门的驱动器相连接， 不需要额外的电源来保持其上记忆的信息。鉴于其拥有高记忆容量、快速数据 传输率、极大的移动灵活性以及很好的安全性，在市场上越来越得到广泛的应 用【6 】。网络税控器中添加s d 卡接口，可以使以后扩展非易失性存储器容量、 修改应用程序变得更为方便。 5 ) u s b 接口，u s b 接口是目前应用极为广泛的一种接口技术，已成为当 今个人电脑和大量智能设备的必配的接口之一。u s b 的全称是u i l i v e r s a l ls e r i a l b u s ，中文名字为通用串行总线，但其并不是一种总线标准，而是一种接口技 术。它用一个4 针插头作为标准插头，采用菊花链形式可以把所有的外设连接 起来，最多可以连接1 2 7 个外部设备，并且不会损失带宽【7 】。其具有传输速度 快( u s b l 1 是1 2 m b p s ，u s b 2 o 是4 8 0 m b p s ，u s b 3 0 是5g b p s ) ，使用方便， 支持热插拔，连接灵活，独立供电等优点，可以连接鼠标、键盘、打印机、扫 描仪、摄像头、闪存盘、m p 3 机、手机、数码相机、移动硬盘、外置光软驱、 u s b 网卡、a d s lm o d e m 、c a b l em o d e m 等几乎所有的外部设备【8 】，因此具有 很大的优势，网络税控器支持u s b 接口可以更好的满足用户扩展外设的需求。 2 1 3 软件功能模块 网络税控器是一个兼具软件和硬件于一体的嵌入式设备，在2 1 2 中介绍了 配置的硬件接口，下面简单介绍一下软件部分。 网络税控器的软件部分的设计原则以满足系统的网络通讯、完成税控流程 为目标，主要实现驱动硬件设备、接收并解析税源数据、为税控服务器提供业 务数据支持等功能。为便于描述和实现，在遵循高内聚、低耦合的原则基础上 将软件部分划分成五个模块，每个模块实现一个相对集成的功能，模块之间的 交互通过模块接口来完成。模块间可以相互调用并传递参数，共同完成网络税 控器的各项功能。 网络税控器的五个软件模块如下【9 】： 1 ) 串口通讯模块，串口通讯模块实现了串口设备的初始化，完成对串口的 读数据和写数据操作，同时处理数据采集模块通过串口发送过来的签到、打印 单据、定时巡检等请求； 2 ) 打印数据解析模块，打印数据解析模块用来解析串口通讯模块发送过来 的打印数据，完成包括装载解析规则、提取x m l 文件中的相应数据、解析数 据、插入税控码等操作； 3 ) 税控流程管理模块，税控流程管理模块是软件系统的核心模块，负责与 6 第2 章摹于二s o p c 技术的网络税控器 税控服务器的交互，并接收数据解析模块的开票命令，调度各个模块完成初始 化、开电子发票、报税、授权、下载解析规则数据文件、下载商品税目对照信 息文件、网络税控器配置信息等一整套流程。 4 ) 驱动程序模块，驱动程序模块是软件系统中与硬件紧密关联的部分，主 要由设备的驱动程序组成，包括i c 卡驱动、l e d 驱动、蜂鸣器驱动。需要说 明的是，上述外设的硬件驱动均已在l i i l u 】( 内核实现，此处所说的驱动模块只 是对操作系统提供的系统调用进行了逻辑封装，以便于其他软件模块的调用。 关于l i n u x 环境下的i c 卡驱动程序开发会在6 3 小节详细描述。 5 ) 数据库管理模块，数据库管理模块把对数据库的相关操作如数据的存储、 删除、修改、查询等进行了封装，只提供相应的接口供税控管理模块调用，需 存储的数据或查询条件则以参数的形式传入。 2 2 网络税控器的硬件解决方案一一采用s o p c 技术 2 2 1s o p c 及其技术 毒 微电子技术的近期发展成果为s o c 的实现提供了多种途径，对于经过验证 而又具有批量生产价值的系统芯片，可以做成专用集成电路( a n s i ) 大规模量 产。对