（模式识别与智能系统专业论文）超市版税控收款机的设计与实现.pdf

摘要 摘要 超市版税控收款机是应用于超市，具有商业销售管理功能，并能够记录有关税务数据、 开具和打印发票以及其他税收报表的收款机，是国家金税工程带动的新兴产业。但是，目 前市场上的主流税控机多采用8 位或1 6 位单片机，并且不带有操作系统，功能简单，操 作不便；同时大多数商业p o s 机不具有税控功能。针对此现状，我们设计和开发了一种基 于3 2 位a r m 7 处理器并且带有i t c l i n u x 操作系统的嵌入式超市版税控收款机，以满足目 前市场的需要。本文详细介绍了超市版税控收款机的的设计与实现。 文章首先描述了目前市场上流行的税控收款机的类型和技术水平，结合本次设计的超 市版税控收款机分析了系统的功能需求，并设计了开发的总体方案。 接着，全文根据总体的设计方案逐步展开，分别介绍了基于已有的地税版税控收款机 的硬件改动，以及系统软件和应用软件的具体设计和实现。硬件设计增加了条码枪、钱箱 等设备；系统软件设计充分考虑了嵌入式硬件资源平台和系统的功能需求，采用了嵌入式 g u i 和s q l i t e 作为本次的开发工具，文中介绍了界面的具体设计，以及s q l i t e 的体系结 构、详细移植过程和数据库具体实现。应用软件部分采用了模块化和层次化的设计方法， 根据软件工程的模型，重点从软件的模块划分及各部分的功能、税控流程的具体实现以及 应用程序的移植过程这三个方面进行详细描述。这种模块化和分层结构的设计方式使各层 次和各功能模块之间相对独立，有利于系统的维护与改进，并使其具有良好的可扩展性。 然后，本文对软件的调试方法做了介绍，并总结了在调试过程中出现的问题及解决方法。 最后，对本文的工作做了一个总结，并对后续的开发工作指出了方向，对超市版税控 收款机的功能扩展做了相关展望。 关键词：嵌入式，超市版税控收款机，j _ t c l i n u x ，软件设计，嵌入式g u i ，s q l i t e ，模块 化 a b s t r a c t a b s t r a c t f i s c a lc a s hr e g i s t e rf o rs u p e r m a r k e ti su s e di nt h es u p e r m a r k e t i th a sc o m m e r c i a ls a l e sm a n a g e m e n t f u n c t i o n s a n di ti su s e df o rr e c o r d i n gt a xd a t a ，m a k i n go u ta n dp r i n t i n gi n v o i c ea n do t h e rr e p o r tf o r m so ft a x r e v e n u e i tr e p r e s e n t san o v e li n d u s t r i a lb r a n c hp r o m o t e db yt h en a t i o n a lg o l dt a xp r o j e c t w h i l et h em c u s o ff i s c a lc a s hr e g i s t e ra v a i l a b l eo nc u r r e n tm a r k e ta r em a i n l y8o r16 - b i ta n dd o n tp o s s e s so p e r a t i n gs y s t e m ， w h i c hr e s u l t si nt h ep o o rf u n c t i o na n di n c o n v e n i e n tm a n i p u l a t i o n ，e t c a n dm o s tc o m m e r c i a lp o sm a c h i n e s d o n th a v et a xf u n c t i o n f o rt h i ss t a t u sq u o ，a ne r n b c d d c df i s c a lc a s hr e g i s t e rw h i c hi sb a s e do n3 2 - b i t 删 c p ua n dp c l i n u xo p e r a t i o ns y s t e mi sd e s i g n e da n dd e v e l o p e dt om e e tt h en e e d so fc u r r e n tm a r k e t t h e d e s i g na n dr e a l i z a t i o no fe m b e d d e df i s c a lc a s hr e g i s t e rf o rs u p e r m a r k e ta l ei n n o d u c e di nd e t a i l f i r s t l y , t h et y p e sa n dt e c h n i c a ll e v e l so ft h ef i s c a lc a s hr e g i s t e rw h i c hi sp o p u l a ri nm o d e r nm a r k e ta r e d e s c r i b e d a f t e rt h a t ，c o m b i n e d 诵t ht h es u p e r m a r k e tv e r s i o n ，t h ef u n c t i o n a lr e q u i r e m e n ti sa n a l y z e da n d d e s i g np r o g r a mi sr a i s e d s e c o n d l y , t h ep a p e ru n f o l d sg r a d u a l l ya c c o r d i n gt ot h eo v e r a l lp r o j e c tp l a n ，i n c l u d i n gt h ei m p r o v e m e n to n h a r d w a r eb a s e do nt h eg o v e r n m e n tv e r s i o n ，t h ed e s i g na n di m p l e m e n to ft h es y s t e ms o f t w a r ea n da p p l i c a t i o n s o f t w a r e c o d es c a n n i n gg u n ，c a s hb o xa n do t h e re q u i p m e n t sa r ei n c r e a s e do nh a r d w a r ed e s i g n a c c o r d i n gt o t h eh a r d w a r ep l a t f o r ma n dt h ef u n c t i o n a lr e q u i r e m e n t so ft h ew h o l es y s t e m ，e m b e d d e dg u ia n ds q l i t ea r e a d o p t e da st h ed e v e l o p m e n tt o o l so ns y s t e ms o f t w a r ed e s i g n i nt h i sp a r t ，t h ed e t a i ld e s i g no fg u ii s e x p o u n d e d t h es o f t w a r ea r c h i t e c t u r eo fs q l i t e t r a n s p l a n tt i n i n e s sa n dt h ei n t e r f a c ea n dd a t a b a s ed e s i g na r o d i s c u s s e di nd e t a i l a p p l i c a t i o ns o f t w a r ei sp a r t l yb a s e do nt h em o d u l a ra n dh i e r a r c h i c a ld e s i g nm e t h o d a c c o r d i n gt ot h em o d e lo fs o f t w a r ee n g i n e e r i n g ，t h ea p p l i c a t i o ns o f t w a r ei sd e s c r i b e di nt h r e ea s p e c t s ，t h a ti s , s o f t w a r em o d u l e sa n dc o r r e s p o n d i n gf u n c t i o n s ，t h er e a l i z a t i o no ft h et a xc o n t r o lp r o c e s s e sa n dt h et r a n s p l a n to f t h ea p p l i c a t i o n s 啊1 em o d u l a ra n dh i e r a r c h i c a ls t r u c t u r eh a sg o o di n d e p e n d e n c y , e a s y - p o r t i n gc a p a b i l i t ya n d b r i l l i a n te x t e n d e dp e r f o r m a n c e t h e n ，t h es o f t w a r ed e b u g g i n gm e t h o di si n t r o d u c e dr e s p e c t i v e l y i na d d i t i o n ， t h ep r o b l e m si nd e b u g g i n ga n ds o l u t i o n sa r es u m m a r i z e d f i n a l l y , ab r i e fs u n n n a r i z ei s & s c r i b e da n dt h ef o l l o w i n gr e s e a r c hw o r ki sd i s c u s s e d ，e s p e c i a l l yt h e e x t e n s i o n so ft l l ef i s c a lc a s hr e g i s t e ro nt h es u p e r m a r k e tv e r s i o na 坞r a i s e d k e y w o r d s ：e m b e d d e ds y s t e m s ，f i s c a lc a s hr e g i s t e r f o rs u p e r m a r k e t ，p c l i n u x ，s o f t w a r ed e s i g n , e m b c d d e dg u ls q l i t e ，m o d u l a r i i 东南大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位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，也不包含为获得东南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。 研究生签名：垄丝 e l 期：之望：2 ：丛 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的复印件 和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文 的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权东南大学研究生院办理。 研究生签名： 萄左墨 导师签 e t 期：盏啤：2 ：丛 第1 章绪论 1 1 税控收款机介绍 第1 章绪论 税控收款机是具有税控功能的电子收款机，应保证经营数据的正确生成、可靠存储和安全传递井 可以实现税务机关管理和数据核查等要求的收款机吐它在收款的同时可以存储产品销售的详细记录和 应上缴税金的记录并有严格的物理和电子保护措施，由税务机关铅封，使存储的数据无法人为的修改 和破坏。税控收款机是在能独立满足“税控”和发票管理基本要求的基础上，同时满足普通收款机在餐 饮、娱乐、服务业的基本管理和普通票据及报表打印要求的税控装置产品。 税控收款机是在电子收款机基础上发展起来的。它实际上是一个系统的概念，税控系统结构图如图 1 - 1 所示，主要包括四个层次的内容：( 1 ) 税控收款机本机；( 2 ) 税控机制；( 3 ) 税务征管部门发行、 申报、管理、稽查系统；( 4 ) 管理、运作、监控规范。税控机制由以i c 为基础的发行、管理、申报、 维护、经营等系统组成。税务征管部门发行、申报、管理、稽查系统主要由与税控收款机配套的硬件和 软件组成。本文主要研究的是税控收敖机本机。纳税户销售商品在税控收款机中的记录与相关的时间 等信息可在机内保留5 - - 1 0 年，不可修改、不可滴除。有关数据由税务部门用专用i ( 2 卡读出，以便稽 查。每台税控收款机经税务部f j 发行处理后具有唯一性。税控收款机同时也是一台功能完善的商业收款 机，不仅可方便纳税人报税，还可帮助纳税户实现单品管理、降低经营成本、避免营业员舞弊损耗。 篷” 秒川 一歹7 7 量，? 占 姆 一 ? t a , 警i 铲h 萨：产 ：o 篓!i 1 。 * - 。 。谚? 筝+ 白 蕊毒匆协南 图1 1 税控系统结构图 1 2 课题的研究背景 我国是个发展中国家，社会主义市场经济和社会主义法制正处在不断建立和完善阶段公民的依 法纳税意识还有特提高。近年来随着我国市场经济的快速发展和科学技术水平的不断提高，商业、服 务业、娱乐业等许多行业开始普遍使用计算机软件和收敦机等技术手段，加强酣务管理和监督，太大提 高了企业现代化管理永平，同时也为我国推行使用税控收款机自造了必要的条件。为进一步加强税收征 管和财务监督保障国家财政收 维护止常的社会经济秩序，提高纳税人财务管理水平，国家各有关 东南大学硕士论文 部门j 1 泛推行使用税控收款机及相关的一系列税控管理软忭。 税控收款机是综合了税务机关的管理和纳税户的使爿j 两方面的需求而开发出来的产品。因此，它 一方面具有使用场所所需的各项功能，便于用户经营、使刚和业务管理，同时义能满足税务机关对经营 用户的监控、开票和税收征管方面的要求。作为一种监控手段，税控收款机可以实时监控纳税人的经营 状况，为政府提供真实可靠的核税资料，从而制定公平台理的税收政策。 早在2 0 0 3 年，由国家税务总局和信息产业部联合起草的税控收款机国家标准获得审批，2 0 0 5 年，税控收款机市场已全面启动，据国家商业局不完全统计全国零售业为三千万，餐饮娱乐、服务行 业企业更是数量众多。为了更好的控制税收减少偷税漏税。田家必然会采取强制措施推广税控收款 机的使用，因此，税控市场是非常巨_ 人的。按照一台税控收款机的单价为2 0 0 0 元计算税控收款机的 市场将可以达到6 0 0 亿元以上，市场对税控设备的需求量璺现出爆炸式的增眭。如果再加上与之配套的 相关的软硬件、设备，服务、培训等，在3 年一5 年内，税控机领域将会形成一个至少2 0 0 0 亿元人民币 规模的市场。以往超市业使用的收款机大多采用p o s 系统主要进行商业销售及管理方面的应用， 缺乏税控管理功能。对商场、超市原有p o s 系统进行税控改造是一个比较难解决的问题”，而超市版 税控收款机集商业管理和税务管理下一身，能很好的解决这个问题。 i 3 相关技术研究现状 1 3 1 税控收款机的类型 目前我田各省市自治区税务机关分成冒税与地税两个系统，餐饮、娱乐、服务业属于地税 系统管 辖，而零售、批发业属于“国税”系统。税控收款机行业内常说的“国税”收款机和“地税”收款机实际上就 是指零售业使用的税控收敦机和服务业使用的税控收款机。由于不同行业有不同的经营和管理方式，因 此，对税控收款机也有不同的功能需求。本文研究的对象就是超市版税控收孰机，属于田税系统。 地税版税控收款机商业功能相对简单，如图1 2 中浪潮r e - 3 6 0 f b 和紫金万成的3 1 0 2 ，有简单的项目 销售功能和完整的税务管理功能。而超市版税控i 燃机则具有完善的商赫管理、销售功能、业务统计功 能，同时也具有税务管理功能。代表产品为顶尖的c r 6 x 系列产品和航天的a i - 1 0 0 0 ，如图i - 2 所示。 口 浪潮r e 3 6 0 f b 算曩 、 、一 顶尖c r 6 x 图i - 2 目前的税控收款机代表产品 紫金万成3 1 0 2 航天a a h - 1 0 0 0 第1 章绪论 1 3 2 超市版税控收款机的技术水平 从以上分类情况看，目前市场上的税控收款机多使用8 位或1 6 位单片机作为微控制器，并且不采 用操作系统，因此出现功能简单、存储能力弱，操作不方便等缺点哺j 。基于以下考虑，税控机生产厂家 正逐步转向采用3 2 位a r m 处理器的开发： 首先，不论从硬件实现角度还是从软件实现角度来看，税控p o s 系统都是非常复杂的体系，不同 于通常的p o s 终端，税控p o s 系统不但要满足如今社会信息化的各种要求，还要能满足我国现阶段对 税源监控的严格要求p j 。 其次，嵌入式a r m 处理器集成度等方面的独特优越性和相对低廉的价位，也是我们选择用它来实 现税控p o s 系统的重要依据。 再者，嵌入式税控p o s 系统是一套智能且复杂的税控体系，很难再用单片机那样功能单一的处理 器来实现。即使用单片机可以做到，但低端税控机一般无操作系统，编程没有统一接口，开发者需要自 己编程并直接对硬件进行操作，无法编写通用的程序，因此需要投入大量的维护成本和时间。针对此现 状，我们提出并设计了一种基于3 2 位a p , m 微处理器、拥有掉电保护装置、并采用嵌入式操作系统和图 形化税控软件的税控收款机，极大提高了税控收款机在外设支持、存储容量、掉电保护和用户操作等方 面的性能。本文论述了以高安全性的3 2 位架构的嵌入式处理器为核心，基于嵌入式p c l i n u x 操作系统 的超市版税控收款机的设计与实现。 1 4 本文研究内容及章节安排 本文主要阐述了基于w 9 0 p 7 1 0 处理器芯片及i t c l i n u x 操作系统的超市版税控收款机的设计与实 现。文章首先从系统的整体架构着手设计，再进一步探讨了硬件电路、系统软件和应用软件的设计与实 现。具体的章节内容安排情况如下所示： 第二章实现对税控机的总体设计，主要在功能需求分析的基础上确定了软硬件的设计方案。具体包 括硬件电路、系统软件、g u i 图形界面、嵌入式数据库和应用软件的模块化设计。 第三章介绍了硬件系统的设计，从核心板、接口板、功能子模块三个部分来分别介绍具体的硬件设 计。 第四章介绍了系统软件的实现，包括操作系统移植和设备驱动的开发。 第五章介绍了g u i 和嵌入式数据库的解决方案，包括g u i 和嵌入式数据库的选择及应用。 第六章主要讨论了整个软件的应用程序部分。本章重点介绍了应用软件的模块化设计和主要流程的 具体实现。之后介绍了应用程序的交叉编译和移植过程。最后介绍了调试程序的方法，以及在调试中遇 到的问题及解决办法。 结束语作为论文的最后一部分对系统的设计整体进行了评述和总结，并对系统尚未完善的方面提出 了若干建议，以及对超市版税控收款机的发展方向作出了展望。 3 东南人学硕j ：论文 第2 章超市版税控收款机的总体设计 2 1 功能需求分析 2 1 1 超市版税控收款机系统的功能特点 本文设计的是一款超市版税控收款机，应用的场所是中小型超市。主要功能如下： 商业收款机功能与税控功能的有机结合。能够进行权限管理、单品管理、报表管理等。与地税 版税控机相比，超市版有大量的单品管理、多种销售方式以及收款方式； 友好的人机界面。税控收款机是面向对象设计的人机交互产品，图形化的人机界面是非常必要 的，需要支持中文字体； 安全可靠的数据管理系统。数据是税控收款机的核心，一台合格的税控机必须能够安全可靠地 管理数据。其中包括数据的安全生成、可靠存储5 一1 0 年的税控日交易数据、申报稽查数据的 安全传输等； 方便快捷的信息查询。包括机器、用户、服务商及员工的所有信息； 税控功能。税控功能主要是通过i c 卡实现的，带有微处理器的i c 卡具有安全功能并增加了税 控专用命令i c 卡包括税控卡、用户卡、管理卡，通过税控一t ：- 正确生成税控数据，税控数据同 时可靠存储在税控卡和税控存储器中；通过用户卡将税控数据安全传递到税务机关的税控收款 机管理系统，税控机关通过管理卡检查税控收款机的交易情况【lo 】。具体功能包括分发发票、 安装发票、开票、申报、完税、稽查等； 异常处理功能。掉电保护和税控i c 卡操作异常处理。 除了上面提到的功能需求之外，对税控收款机还有一些共同的要求，如安全认证、防破坏性、平均 无故障时间、使用寿命等技术标准。税控收款机既要满足这些公共的技术标准，又要满足用户使用的功 能要求，才能同时被用户和税务机关所接受。 2 1 2 超市版税控收款机的设计参数 超市版税控收款机在地税版的基础上有了更多的功能需求，并需要存储更大的数据量。根据对周围 中小型超市的实际调研和网上查阅资料，确定其设计性能参数如下： 3 种使用权限。管理员、收款员、经理： 1 2 种商业报表。小时报表、财务报表、日常报表、库存报表、员工报表、销售报表、折扣报 表、服务费报表、结清报表、进货报表、退货报表、钱箱报表； 6 种税务报表。发票明细、电子存根、申报记录、发票汇总、项目汇总、单卷汇总； 6 个税种。支持6 种不同税率的商品； 5 0 个部类。最多可将商品分成5 0 个部类进行管理； 2 0 0 0 0 个p u j 。最多可存储2 0 0 0 0 条商品信息； 4 种商品查找方式。支持编码查找、条码查找、快捷查找、拼音查找； 6 种商品付款方式。支持现金、优惠券、信用卡、支票以及两种外币等六种付款方式； 2 0 种快捷商品。可设置2 0 个最常用的商品的快捷键； 2 0 条销售暂挂信息。最多可保留2 0 条销售暂挂信息； 1 0 0 笔钱箱报告。最多可存储1 0 0 笔钱箱报告； 5 0 0 0 0 条发票明细。最多可记录5 0 0 0 0 条发票明细。 以上是本次设计必须实现的性能指标，这些参数对于硬件设计中存储器的选型，数据库字段的定义 以及后期应用软件的编写都提供了可靠的依据。 4 第2 章超市版税控收款机的总体设计 2 2 硬件整体框图及设计方案 2 2 1 嵌入式产品的开发流程 嵌入式系统是以嵌入式处理器为技术核心，面向用户、面向产品、面向特定应用的专用计算机系统。 它是软件与硬件的结合体，以应用为中心，对功能、可靠性、成本、体积、功耗等都具有严格要求1 1 1 。 嵌入式产品开发流程如图2 1 所示。 阶段一 阶段二 阶段三 阶段四 阶段五 阶段六 图2 1 嵌入式产品开发流程 嵌入式产品在实际的设计过程中并不是像框图中那么简单，在各个阶段内部和各个阶段之间会出现 大量的迭代和优化，前一步设计的缺陷直接导致后一步的设计无法完成，导致不得不返回重新设计。所 以在以下每一步设计中都必须细致和精细，确保准确。 ( 1 ) 产品定义 产品定义相当于一般软件工程中的需求分析阶段。即对产品需求加以分析、细化，并抽象出需要完 成的功能列表，明确定义所要完成的任务。 ( 2 ) 规格说明 要系统的进行更加细致的描述。对产品的功能细化，明确的确定出其产品规格。 ( 3 )体系结构设计 首先，软硬件划分，由于嵌入式设计分为硬件与软件设计两个部分，设计人员必须确定系统的哪些 功能由硬件完成，哪些功能由软件完成，这种选择称为“划分决策”，即软件与硬件的划分。 其次，随着软硬件被初步的划分，软硬件设计小组分别对软硬件进行建模，随着软硬件建模过程的 深入，更多的设计约束被理解，此时可以移动软硬件划分的界限，实现对软硬件更为合理的划分。 ( 4 ) 软硬件设计 随着上一个阶段的完成，系统被合理的划分成了软硬件两个部分，此阶段是对系统的软硬件分别进 行实现的过程。 ( 5 ) 系统测试与发布 嵌入式系统一般具有严格的设计界限以达到成本目标，所以测试必须查明系统是否在运行时能接近 最优性能。而且嵌入式系统要求在运行时具有相当高的可靠性，因此在产品发布之前必须进行产品的严 格测试。 ( 6 ) 持续维护与升级 在产品发布之后还要不断对产品进行维护和升级。产品在使用过程中会发现一些在产品的设计阶段 5 东南人学硕十论文 没有想到的问题j 对这些问题的解决就是产品的维护。在产品应用一段时间后，用户会对产品提出更多 的需求，通过对产品的升级可以满足用户不断增加的需求。 税控收款机主要应用在使用现金结算比较多的或与增值税关联紧密的行业，如商业零售业、饮食业、 服务业、交通运输业等。其特殊的应用环境和使用习惯，决定了它必然是一个可靠性高、成本低、体积 小和支持用户定制的计算机系统。嵌入式系统则完全满足税控收款机的设计需求。所以当前该行业中普 遍都采用嵌入式系统来实现税控收款机的设计。在本次设计中，基于前辈们开发的地税版税控收款机， 根据需求的变化，本人完成了超市版税控收款机的设计与实现。 分析完新的产品需求就要开始设计体系结构，确定软硬件设计的具体方案。 2 2 2 硬件的整体设计 华邦取得了a r m 的完整授权，推出高整合度的w 9 0 p 7 1 0 a v 9 0 n 7 4 5 泛用型单芯片与整体解决方案， 同时规划了全系列的s o c 方案，以满足客户产品长期规划的需求。华邦w 9 0 p 7 1 0 w 9 0 n 7 4 5 采用a r m 的a r m 7 t d m i 微处理器核心以及0 1 8 u r n 标准生产，标准操作频率可达8 0 m h z ，并采用1 7 6 p i n 1 2 8 - p i n l o p f 封装，具有省电与低成本的优势。内建一个e t h e m e tm a c 。此外，w 9 0 p 7 1 0 w 9 0 n 7 4 5 还整合了 u s b1 1h o s t d e v i c ec o n t r o l l e r ，让各种应用可以透过u s b 接口连结各种计算机周边产品，增添了产品 的整体附加价值。w 9 0 p 7 1 0 w 9 0 n 7 4 5 内建的4 k b y t e si - c a c h e 以与4 k b y t e sd c a c h e ，也可以随产品开 发人员的需求，设定为o n - c h i pr a m i l 引。 w 9 0 p 7 1 0 w 9 0 n 7 4 5 整合具高度弹性的e b i ( e x t e r n a lb u si n t e r f a c e ) 接口，可通过e b i 访问r o m 、 h a s h 、s d r a m 、p c m c i a c a r d 等各种i o 组件。w 9 0 p 7 1 0 支持了高分辨率的t f t 、s t nl c dc o n t r o l l e r 。 除了u s b 与e b i ，w 9 0 p 7 1 0 w 9 0 n 7 4 5 也留有u a r t 界面，可以让客户设计各种应用时，连接更多设 备，比如条形码扫瞄仪、v f d 模块、调试口及b l u e t o o t h 模块等等，w 9 0 p 7 1 0 的这些功能特点均能很好 的满足税控收款机的功能需求，而且具有很高的性价比。基丁二以上结果，最终确定w 9 0 p 7 1 0 作为处理 器。 确定了处理器w 9 0 p 7 1 0 之后，进一步根据需求分析，具体划分硬件的功能模块。超市版税控收款 机主要包括主控部分( m c u 、r a m 、程序存储器、实时时钟) 、税控存储器、发票存储器、通讯部分、 显示器、打印部分、键盘、i c 卡读写器等必要配置和一些扩展配置，如条码枪，钱箱等，组成机构图 如图2 2 所示。 图2 - 2 税控机硬件组成结构图 6 第2 章超市版税控收款机的总体设计 2 3 软件整体架构及设计方案 明确了超市版税控收款机的需求，就需要进行方案的论证和系统的基本架构。在完成了硬件方案设 计之后便要进行软件的设计。作为一个典型的嵌入式系统，系统的整体结构如图2 - 3 所示【1 引。 图2 3 税控机体系结构图 本次设计就是在以前的地税版税控收款机基础上，完善硬件电路和设备驱动。设计专用于超市版的 g u i ，嵌入式数据库以及应用软件。 2 3 1g u i 界面的设计方案 超市版税控收款机界面是直接面向用户的，它的好坏直接影响到用户操作的方便。因此在设计中， 采用图形化界面( 嵌入式g u i ) 来实现。嵌入式g u i 就是在嵌入式系统中为特定硬件设备或环境而设 计的图形用户界面系统【1 4 】。所以这种g u i 不但要具有普通图形界面的特征，而且在实际应用中，嵌入 式系统对它还有如下的基本要求： 轻型、占用资源少； 高性能； 高可靠性； 可配置。 在嵌入式产品的开发过程中，软件开发人员通常采取如下几种方案来解决产品的图形需求【l 5 】： l 、购买针对特定嵌入式操作系统的图形中间件软件包。一些嵌入式操作系统厂商，也为自己的操作系 统专门开发了对应的图形用户界面( g u i ) 中间件产品。比如g c o s i i 、n u c l e u s 上的g r a f i x 包， v x w o r k s 上的w i n d m l 包等等。这种方案为嵌入式产品开发提供了直接可用的方案，并且能够和原 有操作系统良好配合；但缺点是这类软件包的功能通常比较简单，且价格昂贵。另外，基于这些软 件包开发的g u i 应用软件不具备跨操作系统的可移植性。 2 、采用开放源码的嵌入式g u l 支持系统。随着嵌入式l i n u x 操作系统的应用，开源社区也在不断为嵌 入式系统提供不同的开放源码嵌入式图形解决方案，比如m i c r o w i n d o w s ，o p e n g u i 等开源软件。 这些开放源码的嵌入式g u i 软件，为我们提供免授权费的解决方案。然而，因为缺少商业公司支持， 这些软件一般存在较多的软件缺陷且性能较差，加上缺乏有担保的技术支持，因此，存在着很大的 开发风险。 3 、使用由独立软件开发商提供的嵌入式g u i 产品，比如由北京飞漫软件技术有限公司开发的m i n i g u l 等。这种产品是开源( 遵循g n u 的g p l 条款发布) 的嵌入式g u i 软件产品，但均采用双授权模 式，即针对商业应用收取软件的许可费。q t e m b e d e d 属于高端产品，只支持嵌入式l i n u x 操作系统， 需要1 6 m b 以上的静态存储空间及6 4 m b 以上的动态存储空间。 4 、编写针对特定图形输出设备的接口，自行开发图形相关的功能函数。比如一些图形功能简单的嵌入 式产品就经常使用这种方案解决图形问题。然而，利用这种手段编写的程序，针对性强，使朋效率 高。主要的缺点就是可移植性差。但最人的优点是系统占有资源少、且不需要付费。 7 东南人学硕士论文 分析以上四种方案，综合考虑到开发成本等各种因素，第四种方案成本比较低，而且非常适合嵌入 式系统的应用。因此，设计中采用第四种方案。 2 3 2 嵌入式数据库的设计方案 自几十年前出现的商业应用程序以来，数据库就成为软件应用程序的主要组成部分。与数据库管理 系统非常关键一样，它们也变得非常庞大，并占用了相当多的系统资源，增加了管理的复杂性。随着软 件应用程序逐渐模块化，一种新型数据库会比大型复杂的传统数据库管理系统更具优势。嵌入式数据库 直接在应用程序进程中运行，提供了零配置( z e r o - c o n f i g u r a t i o n ) 运行模式，并且资源占用非常少【l6 1 。 超市版税控收款机的主要功能是实现对税务数据和商业数据的管理，其中税务数据的管理有比较成 熟的国标规定，而商业数据的管理却存在着定义不清晰，需求个性化的复杂状况，解决数据管理的最合 适方法是使用数据库管理系统，这样将有效地提高数据管理部分的开发、设计、个性化及可靠性。从多 次市场反馈信息分析，用户对数据管理的需求是使用商业收款机的最主要原因，而税控数据管理是国家 主管部fj 的强制性要求，并且各地税务管理部门对税控数据的管理除了按国家要求以外，同样存在对税 控数据管理的附加要求，因此，开发或移植一个小型嵌入式数据库管理系统子系统非常迫切也十分必要， 该部分t 作将着重于以下几个要求： 1 、开发或移植一个小型嵌入式数据库，并设计完成支持一个a n s ls q l 语言的一个子集。 2 、具有完整的库管理体系，提供完整的添加记录、删除记录、索引、查询、创建表、删除表、创建库、 删除库的接口函数集( 后期可实现网络远程访问的功能) 。 3 、管理数据包含以下几个部分： 1 ) 商业数据 2 ) 税务数据集 3 ) 系统管理设置参数集 4 ) 银行卡接口数据集( 预留) 2 3 3 应用软件的设计方案 应用软件的设计是以一定的方法为基础的，对于超市版税控收款机这样一种相对复杂的软件开发任 务，设计中根据软件设计的模型，从用户需求和系统要实现的任务功能出发，主要遵循了以下原则： 1 易用性。提供的应用编程接口要尽可能简洁而义满足需要，函数要有良好的容错性，便于将来升级 开发，其他开发者能很容易的掌握和运用； 2 高性能。要在保证终端设备能够正常运行的情况下，考虑到对存储器( 包括s d r a m 和h a s h ) 的严格 要求，要尽量减少可执行代码所需的空间，提高程序的运行速度。这与应用程序有关，更与a p i 函数 代码的优化有关： 3 模块化。把整个软件划分为较小的模块。为了减少模块与模块之间的关联性，设计中各个模块之间 的逻辑结构相对独立，无函数的交叉调用，数据传递由全局变量完成。这种模块化设计使得各个子系统 之间相对独立，更加便于系统的调试，提高了系统的稳定性，同时也为软件移植和系统升级大大提供了 方便； 4 协同开发。软件以及软硬件之间采用协同开发模式； 5可移植性。嵌入式操作系统和开发出来的应用程序要具有良好跨平台性，要能支持主流的微处理器 硬件平台，便于将来的升级优化； 6 安全性高。考虑到各种异常情况，具有完备的掉电保护功能，确保数据正确。 整个应用软件共分为三大模块，系统主控模块、商业管理模块和税控管理模块。图2 4 是整个应用 软件的模块框。 8 第2 章超市版税控收款机的总体设计 基 系本员 黠 统信 工 蘸 设息管 置查理 询 tttt 主控模块 t 。 钱 交箱销 初 申兀 班 管售 s q l i t e 数据库 始 报税 理 化 tf 2 4 软件整体模块图 控模块控制着机器的信息，包括系统设置、员工管理、基本信息查询以及附加功能，它与商业管 模块和税控管理模块联系比较密切，而商业和税务两个模块相对独立，主要通过机器初始化和开票操 关联起来。三个模块的数据都存储在嵌入式数据库中。在模块化设计的同时，每个模块还采用了分层 计的方式，主要分为界面，数据库和基本流程三层，分别调用不同的a p i 接口，结构非常清晰，为 续代码的跨平台移植奠定了基础。 4 本章小结 章从一个全局的角度考虑了超市版税控收款机的总体设计方案。分别论述了硬件和软件的设计原 及设计思想。经过本章的介绍，本课题所要研究的内容和重点其实已经是一目了然。此外，整章内容 眼于系统的架构设计，为三、四、五、六章的后续介绍做了很好的准备，起到一个提纲挈领的作用。 东南大学硕士论文 第3 章超市版税控收款机硬件系统设计 3 1 系统的硬件组成 由于基于我们工程中心已经开发好的地税版税控收款机，硬件基本平台已经搭好。在硬件上，本次 设计根据新的需求，增加了条码枪、钱箱、权限锁等外设。整个系统的硬件组成如图3 1 所示。税控收 款机硬件设计总体上采用核心板( c p u 板) + 接口板+ 功能模块外围子系统构成。采用w 9 0 p 7 1 0 作为 微处理器，主存储器有n a n d f l a s h 、n o r f l a s h 、s d r a f i v i ，加上掉电保护电路构成核心板。接口板上主要 是提供外设接口和人机交互接口。外设接口有u s b 、串口、以太网、m o d e m 等，人机交互接口有l c d 、 v f d 、条码枪等。外围子系统有键盘、打印机、读卡器、钱箱等。通过这样的划分，硬件各模块的功能 便十分明确了。 图3 - 1 税控机硬件组成图 3 2 超市版税控收款机的核心板与接口板设计 3 2 1w 9 0 p 7 1 0 外围电路设计 c p u 是华邦的w 9 0 p 7 1 0 ，封装为l q f p l 7 6 0 4 ，所用的晶振为1 5 1 v l i - i z 无源。为了使控制信号更加 平稳，得到更好的电平波形，在重要的信号线( 数据总线，地址总线) 上都串上2 2 欧姆的排阻，这样 能排除杂波的干扰，同时可尽量防止大的电流电压对c p u 的冲击。 ( 1 ) 上电初始化设置 l o 第3 章超市版税控收款机硬件系统设计 三己r p l 5 8 p 4 r - 4 7 k 图3 2w 9 0 p 7 1 0 上电初始化设置 由图3 - 2 可知s d d l 5 上拉，表示选择的是外部晶振经过倍频的工作模式，所以c p u 的工作频率为 8 0 m h z ；s d d l 3 下拉，则表示选择的是小端模式；s d d l 2 一s d d l 3 是用米配置系统盘( n o r f l a s h ) 的 位宽的，具体b o o t r o m f l a s h 位宽配置见下表3 1 。 表3 1b o o tr o m f l a s h 位宽配置 s d d l 3 一s d d l 2b u sw i d t h 008 - b i t 011 6 一b i t 1 03 2 一b i t l1r e s e r v e d s d d l 2 上拉，s d d l 3 下拉，即表示启动盘( n o r f l a s h ) 为1 6 位。至于s d d 8 ，s d d 9 上拉，是默 认配置。 ( 2 ) 晶振电路 本系统中w 9 0 p 7 1 0 采用无源晶体。无源晶体( c r y s t a l ) 是晶体谐振器的简称，是一种压电石英晶 体器件，具有一个同有的谐振频率，在恰当的外部激励作用下，以其固有频率振荡。在w 9 0 p 7 1 0 内部 具有振荡电路( o s c i l l a t o r ) ，是为晶体提供激励和检测的电路。在使用时只需要将晶体和两个振荡电容 接到x t a l i 、x t a l 2 两个引脚即可。这样做优点是电路简单，价格便宜，占p c b 面积小，缺点是驱 动能力差，不可提供多个器件使用；频率范围相对于有源晶振而言小：2 0 k h z - - 1 0 0 m h z ：使用时必须 注意振荡电容，若电容选的太大或者振荡电容坏了都无法起振。 本系统将采用1 5 m h z 的无源晶振作为w 9 0 p 7 1 0 的时钟源，如图3 3 所示。 = 图3 3w 9 0 p 7 1 0 的时钟源 ( 3 ) c p u 复位电路设计 之所以在税控机中设计c p u 复位电路，完全是为税控机的可靠性考虑的，因为c p u 使用的是 w 9 0 p 7 1 0 ，这种c p u 在电压高于2 8 伏的情况下都能正常工作，但是税控数据存储器用的是 h y u s 0 8 1 2 1 a 这款n a n d f l a s h ，它的正常工作的范围为3 o 一3 5 伏之间，也就是说有一个电压区间2 8 - - 3 0 是c p u 能正常工作，但n o r f l a s h 却不能，这个区间内写入h a s h 的数据都是不可靠的，而这在非 法掉电的情况下是会发生的，所以要引入低电复位电路。这种芯片很多，考虑到低功耗，成本的原因， 选择了a d m 8 0 9 t ，是低电平有效的，而且其复位时间为1 4 0 n s 【l7 j 完全能满足w 9 0 p 7 1 0 复位时间不小 东南大学硕十论文 于四个机器周期( 按时钟频率为8 0 m h z 计算，约6 0 n s ) 的要求，如图3 4 所示。 图3 _ 4c p u 复位电路 3 2 2s d i 己枷电路设计 与f l a s h 存储器相比，s d r a m 不具有掉电保持数据的特性，但其存取速度大大高于f l a s h 存储器， 且具有读写的属性，因此，s d r a m 在系统中主要用作程序的运行空间，数据及堆栈区。当系统启动 时，c p u 首先从复位地址0 x 0 处读取启动代码，在完成系统的初始化后，程序代码一般应调入s d r a m 中运行，以提高系统的运行速度，同时，系统及用户堆栈、运行数据也都放在s d r a m 中，硬件连接 如图3 5 所示。 惰辅孵斟馏斟 s d d o2嚣a d o s d d ll d q e触 2 4a d s d d 25 d q i a