基於ARM9和Linux的嵌入式列印終端系統
張 臻
碩士研究生
南京資訊工程大學601信箱,南京210044
0 引言
隨
著開放原始碼運動的飛速發展，Linux作業系統越來越受到人們的重視。其良好的可裁減性與可移植性，卓越的效率和穩定性，以及支援多種處理器體系架構的
特點，使得Linux越來越廣泛的應用於嵌入式領域。同時，ARM9處理器高主頻的處理速度、大容量的快閃記憶體晶片和MMU控制單元的支援，使得執行嵌入式
Linux變得穩定而高效。本文設計與實現的列印終端系統，正是基於這兩個軟硬體平臺搭建起來的。
1 嵌入式列印終端系統的設計原理
圖1 列印終端原理圖
嵌
入式列印終端原理連線圖如圖1所示。主要由開發板、主機、印表機和掃描器四部分組成。主機是一臺PC機。開發板採用的是三星公司S3C2410開發
板，ARM9的核，跑的是2.4核心版本的嵌入式Linux作業系統。掃描器為超市等用的手持掃描器。再加一臺微型印表機接在開發板的GPIO口上。
工作流程為：開發板將掃描器的資料從串列埠讀出，然後通過網口將資料傳送給主機進行檢索處理。開發板等待直至接收到主機處理完畢的資料後轉發給印表機，將資訊打印出來。
2 嵌入式列印終端系統的硬體設計
2.1硬體開發平臺S3C2410結構
三
星公司的S3C2410開發板用的是32位RISC架構基於ARM920T核，其增強的MMU單元、AMBA匯流排，可以支援WinCE、Linux等實時
作業系統。片上資源豐富介面眾多，包含LCD控制器、USB Host、CS9800A網路晶片、SD卡、3個UART通用非同步序列口等裝置介面。[1]
2.2印表機與開發板介面電路的設計
我 們使用的微型印表機使用的是並行介面。由於開發板上沒有提供並口，所以必須自己設計一個板卡介面電路，以連線印表機的並口和我們的嵌入式開發板。檢視 S3C2410的電路原理圖，由於此係統不需要用到LCD屏，可以將板子上用於LCD連線的GPIO口進行改造，根據ARM9core的LCD電路引腳和 板上的LCD插槽定義，如圖2，找到了14根空閒的GPIO口：
gpio_c8~gpio_d15,gpi0_d0~gpio_d4。用這14根通用輸入輸出口連線微型印表機的並口。
圖2 核心core的LCD引腳和板上LCD引腳原理圖
同時檢視印表機的電路手冊和管腳定義，選用其STB選通線、ACK回答脈衝線、BUSY線、DATA0-DATA7資料線來與開發板的GPIO口相連，並初始化高低電平值。為了避免接線過緊互相干擾，製作一個介面板定義各引腳連線如圖3所示。
至此，硬體的電路設計及連線基本完成。
SHAPE /* MERGEFORMAT
圖3 印表機並口與開發板GPIO口介面板設計圖
3嵌入式列印終端系統的軟體設計
軟體平臺採用的是基於2.4核心的嵌入式Linux系統。採用的交叉編譯器工具包為CROSS2.95.3.tgz(包含arm-linux-gcc等)。
3.1 印表機驅動的編寫
Linux的裝置分為塊裝置，字元裝置和網路裝置，該系統使用到的微型印表機屬於字元裝置，下面將具體說明如何設計印表機驅動。
3.1.1 定義裝置名
#define DEVICE_NAME weida_printer
3.1.2 模組函式設計
在該系統中，採用模組化載入驅動程式的方法，因此必須實現模組的初始化函式和解除安裝函式。採用devfs方式註冊印表機。
初始化函式weida_init通過devfs_register函式向系統註冊裝置。
函式原型devfs_register(NULL, DEVICE_NAME, DEVFS_FL_DEFAULT, 0, 0, S_IFCHR | S_IRUSR | S_IWUSR, &weida_printer_fops, NULL);
其中，DEVICE_NAME為主裝置名，weida_printer_fops為定義的一個數據結構，用來實現的檔案操作，包括open、close、write等。
3.1.3 初始化列印埠
初始化印表機第一個要做的事情就是要對GPIO口進行初始化，初始化函式如下：
static void weida_init(void){
devfs_register(); /*註冊裝置驅動*/
set_gpio_ctrl(WEIDA_STB|GPIO_PULLUP_DIS|GPIO_MODE_OUT); /*設定STB口*/
write_gpio_bit(WEIDA_STB,1);
weida_printer_io_port_init();
/*設定其它IO口，以及賦初值*/ }
其中，WEIDA_STB為連線印表機選通口初始化為高電平，GPIO_PULL_DIS是設定是否需要上拉電阻，GPIO_MODE_OUT 設定GPIO口為輸出口。最後使用module_init(weida_printer_init);採用模組方式載入驅動。[2]
3.1.4 介面函式設計
ioctl()函式主要完成印表機字型、行距等引數的設定，在設計過程中必須解決使用者資料和核心資料之間如何傳遞。從使用者態讀取資料，然後在核心態執行，可以使用copy_from_user函式來完成傳遞資料。
weida_printer_write ( )先對印表機是否線上，是否忙，是否準備好做進一步的判斷，然後再進行列印。在列印的時候要注意每發一個字元要延遲150毫秒，因為如果列印資料發得過快印表機的來不急處理，所以要設定延時。
open/close函式開啟/關閉檔案，因為在LINUX下裝置都是當作檔案來操作的，所以需要open和close這兩個介面函式。
3.2 掃描器串列埠的設定
嵌入式移動列印終端中使用到的掃描器是串列埠掃描器，這種掃描器相對於USB介面的掃描器來說，控制較簡單，在掃描器掃描後，可以直接從串列埠讀取資料。
3.2.1 串列埠設定[3]
設定串列埠速率函式：set_speed(int fd, int speed),其中fd 為開啟的裝置檔案，speed為速率。
設 置串列埠引數：set_parity(int fd,int databits,int stopbits,int parity),databits為有多少個數據位，stopbit為設定多少個停止位，parity為奇偶校驗位設定。設定串列埠波特率為9600，資料 位為8位，一位停止位，沒有校驗位。
3.2.2 編寫讀取掃描器資料函式
首先開啟裝置檔案，該系統中使用的串列埠為串列埠2，因此開啟函式為：
open(“/dev/ttyS1”,O_RDWR|O_NONBLOCK|O_NDELAY);其中，O_RDWR表示可讀可寫，O_NONBLOCK表示非堵塞模式，O_NDELAY表示沒有延遲，立即發出去。
3.2.3 客戶端和伺服器的socket編寫
嵌入式列印終端採用C/S的模式，把PC機作為伺服器，開發板作為客戶端，通過乙太網連線。客戶端建立一個socket連線去尋找PC機上的服務程式。PC機上同時也執行一個socket用來listen請求和繫結。採用的是TCP的連線方式。
3.4 主應用程式的設計
開發板上的應用程式Main函式註冊兩個執行緒p1和p2，兩個全域性陣列c1和c2。
執行緒p1將從串列埠讀到的資料放入c1中，然後sent socket直接從c1中取走資料傳送給伺服器。執行緒p2負責將received socket資料放入c2陣列中，然後直接從c2取走資料交給印表機去列印。
這裡對執行緒使用了兩個訊號量，並初始化為：sem_init(&sem1,0,1); sem_init(&sem2,0,0);[4]
兩個執行緒的核心程式碼如下：
void thread1(void) {
開啟串列埠；設定串列埠；建立連線；
while(1) {
sem_wait(&sem1);
從串列埠讀書據；
用clinetsocket傳送出去；
sem_post(&sem2);}
}
void thread2(void) {
開啟印表機裝置；
while(1) {
sem_wait(&sem2);
接收資料；扔給印表機；
sem_post(&sem1); }
}
如此可以使兩個執行緒得以同步執行，並可以執行多次掃描和列印任務。
本 文作者創新點及其經濟效益：本系統具有移動性強，功耗低等特點，而且與以往傳統的用PC機實現的列印終端相比，還具有低成本優勢。能廣泛地應用於超市收銀 系統，銀行自動存取款機，等各種工業領域。筆者試驗了一下把802.11g的無線網絡卡移植到開發板上，併成功實現了和主機的無線通訊，使得該系統更加便 攜。根據對南京各大學校區內超市的研究調查，此係統估計可產生50萬元的經濟效益。
參考文獻:
[1] SAMSUNG. S3C2410A 200MHz&266MHz 32-BIT RISC MICROPROCESSOR USER’S MANUAL [EB/OL]. http://www.samsung.com/, 2004-03. 35,367-408
[2] CORBET J, RUBINI A. LINUX裝置驅動程式（第三版）[M]. 中國電力出版社, 2006. 46-74 TP316.81
[3] 孫瓊. 嵌入式LINUX應用程式開發詳解[M]. 人民郵電出版社, 2006. 184-191 TP316.89
[4] 田家林，陳利學，寇向輝． LINUX嵌入式作業系統在ARM上的移植[J]. 微計算機資訊， 2007，4-2：P60-62．