（控制科学与工程专业论文）基于armlinux的烟草零售信息终端的设计与实现.pdf

硕上学位论文 摘要 本文针对国家烟草局关于以信息化带动烟草行业现代化建设的要求，密切结 合“烟草销售业务管理系统 科研项目进行研究开发，设计了一个基于a r m l i n u x 的烟草零售信息终端。零售商户可以在此终端上完成商品零售的整个过程，并可 通过终端完成订货预测和订货确认的操作，同时可以下载和浏览各种烟草商品信 息、订货、查看历史营销记录、浏览各种通知广告，并与烟草公司互动操作。 本文首先分析了课题的研究背景及烟草零售信息终端的国内外现状，给出了 一个基于a r m l i n u x 、g p r s 无线网络的烟草销售业务管理系统的总体结构；然 后根据烟草零售信息终端的功能需求构建了基于a r m 9 的硬件平台的整体设计方 案；介绍了基于a r m 9 内核的微处理器$ 3 c 2 4 4 0 a 及关键外围模块，设计了各模 块的硬件接口电路；并在硬件平台上成功移植实现了一个基本的嵌入式l i n u x 系 统的软件平台；随后深入研究了l i n u x 2 6 弓f 入的p l a t f o r md r i v e r 机制下的字符设 备驱动程序的开发方法，在全面分析了汉王手写芯片h w 0 0 6 的通信协议的基础 上，开发了汉王手写芯片的触摸屏驱动程序，实现了在触摸屏上的点击与汉字手 写识别；最后研究了l i n u x 中的串口操作编程，完成了基于华为g t m 9 0 0 bg p r s 模块的数据通信程序设计和条形码扫描程序模块的开发，并研究了多线程编程技 术在网络数据收发中的应用方法，设计了烟草零售信息终端所需的数据库和图形 界面。 所研制的烟草零售信息终端已成功应用于山西省某市的各个烟草零售点，运 行结果表明，该终端运行稳定可靠，与用户的交互方便快捷，采集到的各类数据 能够及时、有效、准确地传输到应用管理系统，各方面性能都达到了课题的要求， 为烟草销售市场预测、货物配送和营销推广提供了一种有效的手段。 关键词：烟草零售；嵌入式系统；图形用户界面；汉王手写；s q l i t e 数据库 h 基于a r m l i n u x 的烟草零售信息终端的设计与实现 a b s t r a c t b a s e do nt h ep r o je c to ft o b a c c om a r k e t i n gm a n a g e m e n ts y s t e m ，t h et o b a c c or e t a i l i n f o r m a t i o nt e r m i n a li sd e s i g n e da c c o r d i n gt o t h ed e m a n d so fs t a t et o b a c c o m o n o p o l yb u r e a uf o rp r o m o t i n gt o b a c c oi n d u s t r ym o d e r n i z a t i o nc o n s t r u c t i o nw i t h i n f o r m a t i z a t i o n b yt h et e r m i n a l ，t o b a c c or e t a i l e r sc o u l dc o m p l e t et h ew h o l ep r o c e s s o ft o b a c c or e t a i l e v e no r d e rf o r e c a s ta n do r d e rc o n f i r m m o r e o v e r , t h et e r m i n a l a p p l i e s s e r v i c e so fd o w n l o a d i n ga n db r o w s i n gk i n d so ft o b a c c oc o m m o d i t y i n f o r m a t i o n ，o r d e r i n g ，c h e c k i n gh i s t o r i c a ls a l e sr e c o r d s ，b r o w s i n gk i n d so fn o t i c ea n d a d v e r t i s e m e n t ，a n di n t e r a c t i o nw i t ht h et o b a c c oc o m p a n y f i r s t l y ，t h i sp a p e ra n a l y z e st h er e s e a r c hb a c k g r o u n d o ft h es u b je c ta n dt h ec u r r e n t s t a t u so ft o b a c c or e t a i li n f o r m a t i o nt e r m i n a la th o m ea n da b r o a d a no v e r a l ls t r u c t u r e o ft o b a c c om a r k e t i n gm a n a g e m e n ts y s t e mb a s e do na r m - l i n u x ，g p r sw i r e l e s s n e t w o r ki sp r e s e n t e d ；s e c o n d l y ，t h eo v e r a l ld e s i g ns c h e m eb a s e do na r m 9h a r d w a r e p l a t f o r m i sc o n s t r u c t e da c c o r d i n gt ot h ed e m a n do ft o b a c c or e t a i l i n f o r m a t i o n t e r m i n a l ；m i c r o p r o c e s s o rs 3 c 2 4 4 0 aa n dk e yp e r i p h e r a lm o d u l e sa r ei n t r o d u c e da n d t h ei n t e r f a c ec i r c u i t sa r ed e s i g n e da n dt h es o f t w a r ep l a t f o r mb a s e do ne m b e d d e d l i n u xi ss u c c e s s f u l l yp o r t e dt oh a r d w a r ep l a t f o r m ；t h i r d l y ，a l li n t e n s i v es t u d yo f d e v e l o p m e n tm e t h o do fc h a r a c t e rd e v i c ed r i v e rb a s e do np l a t f o r md r i v e ri n t r o d u c e d b yl i n u x 2 6i sm a d e ，w i t ht h ec o m p r e h e n s i v ea n a l y s i so fc o m m u n i c a t i o np r o t o c o lo f h a n w a n gh a n d w r i t i n gc h i ph w 0 0 6 ，t o u c hs c r e e nd e v i c ed r i v e rt h a t c a nr e c o g n i z e c l i c k i n ga n dh a n d w r i t i n go ft o u c hs c r e e ni sd e v e l o p e d f i n a l l y ，a f t e rt h er e s e a r c ho f s e r i a lp r o g r a m m i n gi nl i n u x ，t h ep r o g r a mo fg p r sm o d u l ed a t ac o m m u n i c a t i o n b a s e do nh u a w e ig t m 9 0 0 ba n dt h ed e v e l o p m e n to fb a rc o d es c a n n e rp r o g r a ma r e f i n i s h e d b e s i d e s ，i m p l e m e n t a t i o nm e t h o do fm u l t i - t h r e a d e dp r o g r a m m i n g i nt h e n e t w o r kd a t at r a n s m i s s i o ni ss t u d i e d d a t a b a s ea n dg r a p h i c a l i n t e r f a c eo f r e q u i r e m e n t so ft h et o b a c c or e t a i li n f o r m a t i o nt e r m i n a la r ed e s i g n e d t h et o b a c c or e t a i li n f o r m a t i o nt e r m i n a lh a sb e e ns u c c e s s f u l l ya p p l i e dt oa l l t o b a c c or e t a i l e r si ns o m ec i t yo f s h a n x ip r o v i n c e t h er u n n i n gr e s u l t ss h o wt h a tt h e t e r m i n a li sw o r k i n gs t a b l y ，t h ei n t e r a c t i o nw i t ht h eu s e r si sf a s ta n dc o n v e n i e n t ，a n d a l s ot h ed a t ac o l l e c t e dc a nb et i m e l y ，e f f e c t i v e l y ，a n da c c u r a t e l yt r a n s f e ：r r e dt ot h e a p p l i c a t i o nm a n a g e m e n ts y s t e m t h ep e r f o r m a n c e o fa l li s s u eh a sr e a c h e dt h e r e q u i r e m e n t so ft h ep r o j e c t ，a n di t c o u l d b ea ne f f e c t i v ew a yo ft o b a c c om a r k e t i i i 硕上学位论文 f o r e c a s t i n g ，g o o d sd i s t r i b u t i o na n dm a r k e t i n gp r o m o t i o n k e yw o r d s ：t o b a c c or e t a i l ：e m b e d d e ds y s t e m ：g r a p h i c a lu s e ri n t e r f a c e ( g u l ) ； h a n w a n gh a n d w r i t i n g ；s q l i t ed a t a b a s e i v 湖南大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取 得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何 其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献 的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法 律后果由本人承担。 作者签名：会眵 日期：泸7 年j ，月r 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被 查阅和借阅。本人授权湖南大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入 有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编 本学位论文。 本学位论文属于 l 、保密口，在年解密后适用本授权书。 2 、不保和。 ( 请在以上相应方框内打“”) 作者签名：乍i 蒯。 导师签名嘲蕉扒 别笏秽 yl、 日期：沙，1 年厂月7r e l e 1 期：沙j 年厂月jb e t 硕士学位论文 1 1 课题的研究背景 第1 章绪论 目前以信息化带动烟草行业现代化建设，全力推进行业信息化建设，已成为 国内烟草行业关注的热点课题。国家烟草局近日颁布了数字烟草发展纲要，纲 要指出【l 】，建设数字烟草，一是要通过信息化改变传统的生产经营模式，通过 实施行业整个供应链的一体化管理，实现以市场为导向优化资源配置、提高效率、 降低成本、提升效益的目标。二是要把信息化融入到行业、企业的实际工作中， 全面落实依法行政、依法管理、依法经营，运用信息化开展技术创新、管理创新 和制度创新，建立全面、准确、量化的管理体系，实现管理从定性向定量、由静 态向动态、由事后向实时的转变，提升行业生产经营管理水平，提高应对国际竞 争的能力。 为加强卷烟销售网络建设、规范经营管理、提高客户服务质量，响应烟草总 局的要求，山西省烟草公司某市公司对现有烟草运营模式进行了主动变革，大力 推进流通现代化，为此积极推广“协同营销的现代零售、物流管理模式。同时， 该市烟草专卖局( 公司) 领导多次强调信息化建设应与服务消费者、服务工业企 业为根本目标。 目前我国的烟草销售体制是采用烟草专卖体制，烟草提供的订货方式主要以 电话订货、客户经理访销方式为主，零售商户需要打电话到该市烟草的呼叫中心， 提出需要配送的烟草商品种类、数量，然后由相关部门根据库存情况为零售客户 进行配货：或由呼叫中心主动打电话询问零售商户，确定是否需要对卷烟进行配 货。访销方式则是由客户经理定期走访经营商户以获得商户的需求信息。 这种传统的销售方式存在一定的缺陷，例如：烟草客户、零售商户、烟草局 没有有效的沟通途径，无法实现信息共享；无法获得零售商户每日的准确销售信 息；需要人工参与才能获得零售商户的配货需求信息和库存信息；无法获知面向 最终消费者的市场信息。 为缓解这类问题，烟草局迫切需要通过一套系统，通过获知零售商户的每次 销售信息，从而获得准确的销售、订货需求、经营能力以及准确的消费市场分析 信息。基于卷烟零售商户的素质水平，这套系统的终端设备使用需要非常简便， 终端设备和通信方式需要足够可靠和便捷。同时，从零售商户的承受能力来说， 终端设备的使用应具备一定的经济性。 随着这类设备的大力推广使用，可以将采集到的数据及时、有效、准确地传 输到应用管理系统，为市场预测、货物配送和营销推广提供支持。 1 2 烟草零售信息终端的研究现状 国内目前烟草零售信息终端的研究方面主要有下面几种方式： l 、基于手机方式的订货终端。这种方式的产品主要是基于手机短信方式实现 订货、查询、甚至资金支付功能。 2 、基于固定电话短信方式的订货终端。这种是基于中国电信的固定电话终端 来实现实现烟草订货、发货、付款等功能，如汉王信息电话烟草终端。该方式组 网简单灵活，通过内嵌m o d e m ，或使用普通电话线通过当地家家e 平台或固网短 信，或自建专用固网短信息系统，连接烟草系统接入服务器。 3 、专门的烟草销售终端。这种终端是专门的烟草零售终端，除具备日常销售 功能外还兼具订货功能，可以通过电话m o d e m 上传订单实现订货。 以上国内市场上能看到的各种烟草零售信息终端虽然具备了一定的订货、销 售功能，但在信息采集方面却十分薄弱，无法方便地采集全面真实的烟草销售信 息、配货需求信息和库存信息，而且基本上都是基于有线方式，在灵活性、可移 动性、扩展能力上有一定的局限。 由于体制的不同，国外如美国，烟草市场全面走向市场经济，烟草销售渠道 主要是通过大型零售连锁店销售，拥有强大的、覆盖面广的物流配送体系，再加 上先进的计算机网络和信息技术，订货与配货的自动化程度非常高，对消费者信 息的采集也有专门的调查公司来负责；又如日本，烟草订货通常有e o s 订货( 连 锁企业电子订单订货) 、r t 订货( 专用电脑终端机订货) 、f a x 订货( 传真订货) 和电话订货四种方式，其中的r t 订货所用的专用电脑终端机就类似于国内的搿家 家e ，专门用于卷烟订货，零售店运用r t 机通过电话线与订货中心电脑主机连 接，完成订货工作。该机器价值1 0 万日元左右，共有6 个功能按钮和一组数字钮， 体积比普通电话机略大。使用r t 的用户须在每个订货周期内送货日前一天中午 之前，任意时间将订货品牌、数量等输入r t 传送至订货中心。对于传真的方式， 日本烟草公司专门开发了一套软件来识别几万种不同的手写字体，通过字体的识 别确认订单完成订货。 目前国内外烟草零售信息终端正在朝无线网络、功能全面( 具备日常销售、 订货、信息采集等功能) 、操作简便、更加人性化的方向发展。 1 3 嵌入式系统定义及特点 根据国际电气和电子工程师协会( i e e e ) 的定义【2 1 ：嵌入式系统( e m b e d d e d s y s t e m s ) 是“用于控制、监视或者辅助操作机器和设备的装置”。 硕士学位论文 国内一般定义是p 】：以应用为中心、以计算机技术为基础，软硬件可裁剪， 从而能够适应实际应用中对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计 算机系统。 实际上，嵌入式系统本身是一个外延极广的名词，凡是与产品结合在一起的 具有嵌入式特点的控制系统都可以叫嵌入式系统，它可能是庞大的机器，也可能 是小巧的手持设备，因此很难给它下一个精确的定义。现在人们讲嵌入式系统时， 某种程度上指近些年比较热的具有操作系统的嵌入式系统，本文设计的烟草零售 信息终端也沿用这一观点。 嵌入式系统具有以下特点【4 5 】： l 、系统内核小。由于嵌入式系统一般是应用于小型电子装置的，系统资源相 对有限，所以内核较之传统的操作系统要小得多。比如e n e a 公司的o s e 分布式 系统，内核只有5 k 。 2 、专用性强。嵌入式系统的个性化很强，其中的软件系统和硬件的结合非常 紧密，一般要针对硬件进行系统的移植，即使在同一品牌、同一系列的产品中也 需要根据系统硬件的变化和增减不断进行修改。同时针对不同的任务，往往需要 对系统进行较大更改，程序的编译下载要和系统相结合，这种修改和通用软件的 “升级 是完全两个概念。 3 、生命周期长。当嵌入式系统应用到产品以后，还可以进行软件升级，它的 生命周期与产品的生命周期几乎一样长。 4 、系统精简。嵌入式系统一般没有系统软件和应用软件的明显区分，不要求 其功能设计及实现上过于复杂，这样一方面利于控制系统成本，同时也利于实现 系统安全。 5 、高实时性的系统软件是嵌入式软件的基本要求，而且软件要求固态存储， 以提高速度；软件代码要求高质量和高可靠性。 6 、嵌入式软件分为不带操作系统和带操作系统的软件系统。不带操作系统是 指某些嵌入式系统使用一个简单的循环控制对外界的控制请求进行处理，不具备 现代操作系统的基本特征( 如进程管理、存储管理、设备管理、网络通信等) 。带 操作系统的嵌入式系统的软件部分包括操作系统软件和应用程序编程，利用选配 的操作系统开发平台，可以合理地调度多任务，利用系统资源、系统函数以及其 他库函数接口。 7 、嵌入式系统开发需要开发工具和环境。由于其本身不具备自举开发能力， 即使设计完成以后用户通常也是不能对其中的程序功能进行修改的，必须有一套 开发工具和环境才能进行开发，这些工具和环境一般是基于通用计算机上的软硬 件设备以及各种逻辑分析仪、混合信号示波器等。开发时往往有主机和目标机的 概念，主机用于程序开发，目标机作为最后的执行机，开发时需要交替结合进行。 摹于a r m l i n u x 的烟草零售信息终端的设计与实现 1 4 嵌入式系统发展现状及趋势 嵌入式系统已经广泛地应用到当今各个领域，与我们的生活息息相关，小到 掌上的数字产品，大到汽车、航天飞机f 6 】。同时，嵌入式系统也正处在一个飞速 发展和激烈竞争的时代，未来的几年里这种发展和竞争将达到白热化的程度。就 嵌入式系统的技术来说，国外发展速度极快，技术日趋成熟，嵌入式系统硬件， 特别是嵌入式c p u 的处理能力提升较快，由8 位、1 6 位升级到3 2 位，掌上电脑、 p d a 、智能手机、智能汽车等新产品层出不穷，产业规模日益壮大【7 】；而国内发 展也增长很快，市场潜力很大，虽然目前国内的嵌入式系统关键硬件主要靠国外 引进，技术基础比较薄弱，然而随着国内市场的扩大及投身于嵌入式系统开发的 技术人员大量增加，国内的嵌入式发展也呈现出欣欣向荣的局面。 在嵌入式系统快速发展和市场扩大的同时，也对嵌入式系统的开发者提出了 更高的要求。总的来说，未来的嵌入式系统发展呈现如下特点【8 9 】： l 、向小型化、低功耗、低成本发展 目前，社会的各个方面都在向绿色节能发展，嵌入式系统也不例外，为满足 这种特性，要求嵌入式软件产品设计者必须精心挑选处理器硬件，选用合适的嵌 入式操作系统，限制内存容量和复用接口芯片，提高软件设计水平。 2 、向网络化功能发展 随着i n t e r n e t 时代的到来，大量的嵌入式设备将连到i n t e m e t 上，并通过网络 相互通信，自动操作，而无需人的干预。可以想象，随着仪表、控制器、执行器、 家电等嵌入式设备连到i n t e m e t 上，网上设备将是现在的数百倍、数千倍。近年 来出现了嵌入式i n t e r n e t 概念，指设备通过嵌入式模块而非p c 直接接入i n t e m e t ， 以i n t e r n e t 为介质实现信息交互过程，国内有关单位也开始研制嵌入式i n t e r n e t 相关产品。 3 、越来越依赖操作系统的支持 随着新功能的增加，特别是必须具备实时多任务处理与控制以及联网功能， 离开嵌入式操作系统环境平台的支持，编写应用程序将变的异常复杂与困难，甚 至于应用程序根本无法正常运行。在嵌入式操作系统平台基础上编写应用程序， 可以有效减小开发难度、缩短开发时间、减少开发成本、降低开发风险。 4 、人机交互界面更加友好 随着嵌入式系统的发展，人们对嵌入式产品的要求越来越高，而一种嵌入式 产品在市场上能否成功，不仅仅要看该产品功能是否强大，也要看是否有着友好 的人机交互界面。目前，在p d a 等先进的嵌入式设备上( 如苹果公司的i p h o n e 手机) 已实现全触摸屏输入、绚丽的操作界面，可以预见，全触摸屏输入、绚丽 的交互界面、语音控制等必将成为未来嵌入式终端发展的趋势。 硕士学位论文 1 5 基于a r m l i n u x 的嵌入式系统 a r m 处理器以其卓越的性能和显著优点已成为高性能、低功耗、低成本嵌入 式c p u 的代名词，已经得到众多半导体生产商和系统供应商的大力支持。目前已 经占据了7 5 的3 2 位( 6 4 位) 嵌入式c p u 的市场份额，广泛应用于通信、手持 计算、数字消费等行业。在开发过程中，在嵌入式操作系统平台基础上编写应用 程序，可以有效减小开发难度、缩短开发时间、减少开发成本、降低开发风险； 在系统运行过程中，需要嵌入式操作系统来组织管理系统的资源与任务。可见， 这些嵌入式系统越来越依赖于操作系统【1 0 】。 嵌入式l i n u x 是将日益流行的l i n u x 操作系统进行裁剪修改，使之能在嵌入 式计算机系统上运行的一种操作系统。 l i n u x 做嵌入式的优势有以下几点【1 1 】： 1 、l i n u x 是开放源代码的，遍布全球的众多l i n u x 爱好者又是l i n u x 开发者 的强大技术支持。 2 、l i n u x 的内核小、效率高，内核的更新速度很快，l i n u x 是可以定制的， 其系统内核最小只有约1 3 4 k b 。 3 、l i n u x 是免费的操作系统，在价格上极具竞争力。 4 、l i n u x 还有着嵌入式操作系统所需要的很多特色，突出的就是l i n u x 适应 于多种c p u 和多种硬件平台，是一个跨平台的系统。到目前为止，它可以支持二 三十种c p u 。而且性能稳定，裁剪性很好，开发和使用都很容易。 使用l i n u x 来开发无线连接产品的开发者越来越多。l i n u x 在快速增长的无 线连接应用主场中有一个非常重要的优势，就是有足够快的开发速度。这是因为 l i n u x 有很多工具，并且l i n u x 为众多程序员所熟悉。 正是目前嵌入式系统的发展状况及嵌入式l i n u x 的上述多个优点，以 a r m l i n u x 为框架的嵌入式系统逐渐成为众多嵌入式系统开发商的首选。 1 6 课题来源及其系统的总体结构 本文密切结合长沙某科技有限公司委托开发的实际科研项目进行研究设计， 该项目要求研制一套基于g p r s 无线网络的烟草销售业务管理系统，该系统包括 通过智能接入终端设备和业务管理平台及通讯网络，通过g p r s 、短信与烟草公 司的后台营销系统实现7 x 2 4 小时全天候的电子化信息交互，为烟草行业供应链 环节的数据采集和零售终端管理提供强大支持，且能实现“移动公话 功能，增 加业务黏性。系统将成为连接烟草公司、零售户以及最终消费者之间的信息桥梁。 系统可提供如下功能： 1 、为零售商户采集零售商品信息，反映市场真实需求。 基于a p d - l i n u x 的烟草零售信息终端的设计与实现 2 、采集零售商户订货预测信息，并通过对社会库存分析，克服卷烟生产、经 营过程中的盲目性和随意性。 3 、品牌走向分析，为“产销衔接、以销定产”提供依据。 4 、消费者行为分析，将市场多层次、多样化的需求表现为对卷烟产品数量、 质量、品牌等的具体要求，为卷烟产品结构调整和优化提供市场信号和导向。 5 、最终消费市场的销售，为工商企业准确的市场行为提供依据，提升零售商 户经营水平，提供零售商户自身的“管家婆 。 6 、有利于零售商户对客户进行细分并实施个性化和差异化服务，从而提高消 费者的满意度和忠诚度。 7 、通过预留的接口，可与未来的网上订货系统无缝对接。 系统主要由两部分组成：烟草零售信息终端和零售业务系统。 烟草零售信息终端分布于各个卷烟专卖店、超市和各烟草自营点。零售商户 可以在终端上完成商品零售的整个过程，并可通过终端完成订货预测和订货确认 的操作。在经营过程中，零售商户可以利用系统提供的动销台帐完善自身的经营 能力。同时可以下载和浏览各种商品信息、订货、查看历史营销记录、浏览各种 通知广告，并与烟草公司互动操作。 烟草零售信息终端通过g p r s 网络连接移动g g s n ，移动g g s n 网关通过 d d n 专线或i n t e r a c t 与电子商务前置机相连，以实现无线终端与服务器端零售业 务系统的数据交换。 从可靠性上考虑，除g p r s 网络外，系统预留了短信( s m s ) 通道作为系统 的备份通信手段，当g p r s 网络不畅的情况下，系统自动通过短信通道完成与服 务器端的数据通信。 同时，烟草零售信息终端也可以作为无线公话来使用。 零售业务系统主要包括前置服务器、数据库服务器和w e b 服务器、应用服 务器等。前置服务器负责业务报文解释、业务预处理操作；数据库服务器存储终 端机零售商户的交易记录、订货、社会库存等信息。应用服务器完成相关数据的 统计和日志，以及中间数据的转存、负载均衡等，并完成业务系统与烟草局自有 系统的信息交互；w e b 服务器负责向烟草局呈现相关决策分析数据。 零售、订货信息上传到业务系统后，相关数据将被分解，订单预测数据被传 到烟草自有系统处理，零售信息则经过格式转换后将被保存到数据库中，并由应 用服务器和数据库服务器进行相关分析处理。 系统拓扑结构如图1 1 所示。 围1i 蝈草销售业务管理系统拓扑田 1 7 课题研究的主要内容及组织结构 本文所研究与开发的是烟草销售业务管理系统中的烟草零售信息终端部分， 本文将按照嵌入式系统的组成详细介绍烟草零售信息终端的设计及实现，研究的 主要内容及组织结构如下。 第1 章绪论分析课题的研究背景及烟草零售信息终端的国内外现状，研究 嵌入式系统的发展现状及趋势给出了烟草业务管理系统的总体框架。 第2 章烟草零售信息终端的硬件设计设计了基于a r m 9 的烟草零售信息终 端的硬件平台主要包括a r m 微处理器选型及关键外围模块设计。 第3 章嵌入式l i n u x 系统平台的搭建在实现了a r m 9 的硬件平台的基础上 搭建一个基本的嵌入式l i n u x 系统的软件平台，为进一步开发烟草零售信息终端 的应用程序打下基础，并完成了平台的各个组成部分( b o o t l o a d e r 、内核和文件系 统) 的移植下载工作。 第4 章关键设备驱动程序h w 0 0 6 的触摸屏驱动设计深a 研究l i n u x 下的 字符设备驱动程序和l i n u x 2 6 引入的驱动管理和注册机制- - p l a t f o r m d r i v e r 机制， 设计实现了烟草零售信息终端的汉王手写芯片( h w 0 0 6 ) 的触摸屏驱动程序。 第5 章烟草零售信息终端应用程序的设计与实现研究l i n u x 中的串口操作 编程，设计了基于串口的数据通信模块和条形码扫描模块：选择嵌入式数据库， 实现了烟草零售信息终端的数据存储：选择图形用户界面系统，设计了实现烟草 零售信息终端的各图形界面。 昼画一 画 月 回一 基于a r m - l i n u x 的烟草零售信息终端的设计与实现 第2 章烟草零售信息终端的硬件设计 2 1 烟草零售信息终端硬件总体设计 烟草零售信息终端硬件平台以基于a r m 9 内核的微处理器$ 3 c 2 4 4 0 a 芯片为 核心，由电源模块、存储器模块、扩展存储器接口模块、扫描器接口模块、g p r s 模块、汉王手写的触摸屏模块、音频编解码模块等几部分组成。终端硬件平台框 图如图2 1 所示。 图2 1 硬件框图 图中，烟草零售信息终端的非易失存储器采用n a n df l a s h ，用于存储系统 启动、内核、文件系统、烟草信息数据库、零售信息、客户信息等数据；并提供 u s b 和s d 卡接口作为扩展；采用两片3 2 m b y t e 构成3 2 位宽6 4 m b 的s d r a m ， 作为程序的运行空间、数据及堆栈；零售商户采用扫描条码的方式，通过 $ 3 c 2 4 4 0 a 的第2 个r s 2 3 2 接口，采集商品零售信息；零售终端将零售信息或订 货信息通过g p r s 模块g t m 9 0 0 b 发送到零售应用服务器上；用户与终端的交互 使用带手写功能的l c d 触摸屏模块。 2 2a r m 微处理器 2 2 1a r m 简介 a r m ( a d v a n c e dr i s cm a c h i n e s ) ，既可以认为是一个公司的名字，也可以认 为是对一类微处理器的通称，还可以认为是一种技术的名字。 1 9 9 1 年a r m 公司成立于英国剑桥，主要出售芯片设计技术的授权。目前， 采用a r m 技术知识产权( i p ) 核的微处理器，即我们通常所说的a r m 微处理器， 已遍及工业控制、消费类电子产品、通信系统、网络系统、无线系统等各类产品 市场，基于a r m 技术的微处理器应用约占据了3 2 位r i s c 微处理器7 5 以上的 8 硕十学位论文 市场份额，a r m 技术正在逐步渗入到我们生活的各个方面【1 2 】。 a r m 微处理器一般具有如下特点： 1 、体积小、低功耗、低成本、高性能； 2 、支持t h u m b ( 1 6 位) a r m ( 3 2 位) 双指令集，能很好的兼容8 位1 6 位 器件； 3 、c p u 内部大量使用寄存器，指令执行速度更快； 4 、大多数数据操作都在c p u 内部寄存器中完成； 5 、寻址方式灵活简单，执行效率高； 6 、指令长度固定。 由于a r m 公司本身不直接从事芯片生产，因此目前市场上的各种a r m 微处 理器芯片都是世界各大半导体生产商从a r m 公司购买其设计的a r m 微处理器 核，根据各自不同的应用领域，加入适当的外围电路，从而形成自己的a r m 微 处理器芯片进入市场。目前，a r m 体系结构的处理器内核有a r m 7 t d m i 、a r m 8 、 a r m 9 t d m i 、a r m l 0 t d m i 、a r m l l t d m i 等。 本终端采用的a r m 微处理器芯片是三星公司推出的基于a r m 9 2 0 t d m i 内核 的嵌入式s o c 处理器$ 3 c 2 4 4 0 a ，该微处理器应用极为广泛。 2 2 2 $ 3 c 2 4 4 0 a 简介 $ 3 c 2 4 4 0 a 是s a m s u n g 推出的16 3 2 位r i s c ( r e d u c e di n s t r u c t i o ns e t c o m p m e r ) 处理器，为手持设备和一般类型的应用提供了低价格、低功耗、高性 能微控制器的解决方案。s 3 c 2 4 4 0 a 的c p u 内核采用的是a r m 公司设计的 a r m 9 2 0 t 处理器。a r m 9 2 0 t 实现了m m u 、a m b a 总线和h a r v a r d 高速缓存体 系结构，该结构具有独立的1 6 k b 指令c a c h e 和1 6 k b 数据c a c h e ，每个c a c h e 都是由8 字长的行组成的。 $ 3 c 2 4 4 0 a 提供一组完整的系统外围设备，从而大大减少了整个系统的成本， 省去了系统配置额外器件的开销。$ 3 c 2 4 4 0 a 集成的主要片上功能包括【”】： l 、1 2 v 内核供电，1 8 v 2 5 v 3 3 v 存储器供电，3 3 v 外部i o 供电 2 、具有1 6 k b 的i - c a c h e 和1 6 k b 的d c a c h e 以及m m u 3 、外部存储器控制器( s d r a m 控制器和片选逻辑) 4 、l c d 控制器( 最大支持4 k 色s t n 和2 5 6 k 色t f t ) 提供l c d 专用d m a 5 、4 通道d m a 并有外部请求管脚 6 、3 通道u a r t ( i r d a l 0 、6 4 字节t x f i f o 和6 4 字节r x f i f o ) 和2 通道 s p i 7 、l 通道多主机1 2 c 总线和1 通道1 2 s 音频编解码器接口 8 、a c 9 7 编解码器接口 基于a r - - l i n u x 帕烟草零售f 勰终靖舯设计与宴现 9 、s d 主接口版本10 和m m c 卡协议2 1 l 兼容版 1 0 、2 个u s b 主设备接口，1 个u s b 从设备接口( 版本1 1 ) 1 1 、4 通道p w m 定时器，1 通道内部定时器，看门狗定时器 1 2 、8 通道1 0 位a d c 和触摸屏接口 1 3 、具有日志功能的r t c 1 4 、摄像头接口( 最大支持4 0 9 6 x 4 0 9 6 像素的输入、2 0 4 8 x 2 0 4 8 像素支持缩 放的输入) 1 5 、1 3 0 位通用i o 和2 4 通道外部中断源 1 6 、电源控制模式包括正常、慢速、空闲和掉电4 种模式 1 7 、具有p l l 的片上时钟发生器 圈2 2 为$ 3 c 2 4 4 0 a 的结构框图。 固一 固一 圆一 亘 圃 一圄 一田 一田 一回 ”圉 霉ll 图圈固圆 围2 2 $ 3 c 2 4 4 a 结构柱田 $ 3 c 2 4 4 0 a 体系结构的特点如下： 1 、为手持设备和通用嵌入式应用提供片上集成系统解决方案； 2 、采用a r m 9 2 0 t 内核，具有1 6 3 2 位r i s c 体系结构和强大的指令集； 3 、增强的a r m 体系结构m m u ，支持w j n c e 、e p o c 3 2 和l i n u x ； 4 、指令c a c h e 、数据c a c h e 、写缓冲器和物理地址t a gr a m 的使用降低了 主存带宽和延时对性能的影响： 5 、采用a r m 9 2 0 t 内核支持a r m 调试体系结构： 6 、内部采用先进的微控制总线( a m b a ) 体系结构( a m b a 2 0 、a h b a p b ) 。 2 3 外围模块电路设计 l 、电源模块设计 电源电路为系统中所有器件提供工作电压，它是嵌入式系统设计中一个非常 硕士学位论文 重要的部分。烟草零售信息终端需要提供多种电压源，以满足不同模块对电压的 不同要求，各外围模块所需电压如表2 1 所示。 表2 1 各外围模块所需电压 电压值外围模块 5 0 v u s b 、条形码扫描器 3 9 vg t m 9 0 0 3 3 vc p u 、n a n d f l a s h 、s d r a m 、s d 卡、汉王手写芯片、 l c d 、键盘芯片 1 2 5 v。c p u 由此可见，电源电路必须能够提供5 0 v 、3 9 v 、3 3 v 、1 2 5 v 的电压。外部 输入约7 v 1 2 v 的交流电压v ( a c ) ，经整流后，得到直流电压v ( d c ) - - v ( a c ) x1 4 1 4 一1 2 v ，v ( d c ) 经m c 3 4 0 6 3 组成的大电流降压变换后，得到3 0 k - 8 0 k h z 的脉冲电压，经平波、滤波后，得到约5 5 6 v 的电压，5 5 6 v 电压经l m l 0 8 5 变 压后得到，3 9 v 电压，即可供g t m 9 0 0 b 使用。5 5 6 v 到3 3 v 和3 3 v 到1 2 5 v 的 电压转换则采用a m s l l l 7 和l m l l l 7 转换器。屯路原理图如图2 3 所示。 m c 3 4 0 6 3 是一单片双极型线性集成电路，专用于直流直流变换器控制部分， 片内包含有温度补偿带隙基准源、一个占空比周期控制振荡器、驱动器和大电流 输出开关，能输出1 5 a 的开关电流，它能使用最少的外接元件构成开关式升压变 换器、降压式变换器和电源反向器。 l m l l l 7 是一个低压差电压调节器系列。其压差在1 2 v 输出，负载电流为 8 0 0 m a 时为1 2 v 。通过2 个外部电阻可实现1 2 5 v 1 3 8 v 输出电压范围，带有 电流限制和热保护功能。 l 旌i l v 图2 3 电源电路原理图 基于a 跚一l i n u x 的烟草零售信息终端的设计与实现 2 、存储器模块设计 烟草零售信息终端需要非易失的存储器用于存储大量数据，包括系统启动、 内核、文件系统、烟草信息数据库、零售信息等，n a n df l a s h 存储器作为非易 失性闪存，它具有低功耗、大容量、擦写速度快等优点。因此，烟草零售信息终 端的非易失存储器采用n a n df l a s h ，型号为k 9 f 1 2 0 8 d o a ，组织方式为 6 4 m 8 b i t ，5 2 8 字节的页编程周期通常为2 0 0 u s ，1 6 k 的块擦除时间通常为2 m s ， 每字节的读取周期为5 0 n s ，带有硬件数据保护功能。由于$ 3 c 2 4 4 0 a 带有n a n d f l a s h 控制器，因此f l a s h 存储器模块的连接电路较为简单，如图2 4 所示。 啦d 3 3 v 舳 r f c e c l e a l e n f w 宦 州限e l 四f l 瑚i m l l 密嘲l l l d 盛苛嘲 图2 4n a n df l a s h 接口电路 与f l a s h 存储器相比较，随机存取存储器不具有掉电保持数据的特性，在掉 电后数据不能够长久保存，但其随机读取速度远远快于f l a s h 存储器，这些特性 使它成为嵌入式系统中必不可少的存储设备之一。本终端采用两片3 2 m b y t e 构成 3 2 位宽6 4 m b 的s d r a m ，作为程序的运行空间、数据及堆栈，型号为 h y 5 7 v 5 6 1 6 2 0 ，供电电压为3 3 v ，组织方式为4 b a n k s 4 m 1 6 b i t ，最高工作频 率1 3 3 m h z 。图2 5 为两片h y 5 7 v 5 6 1 6 2 0 并联构建3 2 位存储器的电路原理图。 册一：一一m一船一舶一舭一肋ttttttrt一aaaaaaaddddddddllllllll 7 6 j 3 2 l o _ p c c 加加加m斑加的砌 一期w w 喳一 一啪一瞳纰眦一观一聪 一范璐璐 7一gm一一埔一一 6一b一拍 硕上学位论文 氆h z 玎麟1 6 】q l - h廿，嘲7 ，- 5 6 i 脚f f - h u 山