基于ARM9和Linux的嵌入式打印終端系統(tǒng)(共19頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上河南理工大學計算機科學與技術學院課程設計報告2012 2013學年第 一 學期 課程名稱：嵌入式系統(tǒng)課程設計設計題目：基于ARM9和Linux的 嵌入式打印終端系統(tǒng)學生姓名： 學 號： 專業(yè)班級： 指導教師： 2012 年 12月 23 日 目 錄1 嵌入式打印終端系統(tǒng)的設計原理22 嵌入式打印終端系統(tǒng)的硬件設計3 2.1硬件開發(fā)平臺S3C2410結構 3 2.2 嵌入式開發(fā)板 3 2.3打印機與開發(fā)板接口電路的設計33 嵌入式打印終端系統(tǒng)的軟件設計5 3.1軟件選型5 3.2 打印機驅(qū)動的編寫 5 3.3 掃描儀串口的設置 7 3.4 主應用程序的設計11參考文獻

2、12附錄 12基于ARM9和Linux的嵌入式打印終端系統(tǒng)引 言 隨著開放源代碼運動的飛速發(fā)展, Linux 操作系統(tǒng)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(wěn)定性, 以及支持多種處 理 器體系架構的特點, 使得Linux 越來越廣泛的應用于嵌入式領域。同時, ARM9 處理器高主頻的處理速度、大容量的閃存芯片和MMU控制單元的支持, 使得運 行嵌入式Linux 變得穩(wěn)定而高效。本文設計與實現(xiàn)的打印終端系統(tǒng), 正是基于 這兩個軟硬件平臺搭建起來的。1 嵌入式打印終端系統(tǒng)的設計原理圖1 嵌入式移動打印終端架構嵌入式打印終端原理連接圖如圖1所示。主要由開發(fā)板、主機、打印機

3、和掃描儀四部分組成。主機是一臺PC機。開發(fā)板采用的是三星公司S3C2410開發(fā)板，ARM9的核，跑的是2.4內(nèi)核版本的嵌入式Linux操作系統(tǒng)。掃描儀為超市等用的手持掃描儀。再加一臺微型打印機接在開發(fā)板的GPIO口上。工作流程為：開發(fā)板將掃描儀的數(shù)據(jù)從串口讀出，然后通過網(wǎng)口將數(shù)據(jù)發(fā)送給主機進行檢索處理。開發(fā)板等待直至接收到主機處理完畢的數(shù)據(jù)后轉(zhuǎn)發(fā)給打印機，將信息打印出來。2 嵌入式打印終端系統(tǒng)的硬件設計2.1硬件開發(fā)平臺S3C2410結構三星公司的S3C2410開發(fā)板用的是32位RISC架構基于ARM920T核，其增強的MMU單元、AMBA總線，可以支持Win CE、 Linux等實時操作系統(tǒng)

4、。片上資源豐富接口眾多，包含LCD控制器、USB Host、CS9800A網(wǎng)絡芯片、SD卡、3個UART通用異步串行口等設備接口。 2.2 嵌入式開發(fā)板嵌入式開發(fā)板是本系統(tǒng)的核心部件，它擔負著整個系統(tǒng)中心樞紐的重擔，同時，它的選型也直接影響到上層操作系統(tǒng)和其它部件的選型。所以，在選擇這個部件時，要站在整個系統(tǒng)的高度來進行。選擇嵌入式開發(fā)板要考慮的因素非常多，但必須首先考慮下面幾個核心要素： 接口類型：在本系統(tǒng)中，嵌入式開發(fā)板連接著掃描儀、遠程服務器和微型打印機。所以，開發(fā)板上必須具備和這些部件連接的接口，如和掃描儀連接時需要的RS-232C串口，和遠程服務器連接時的網(wǎng)絡接口，和微型打印機連接時

5、的打印接口。 所支持的操作系統(tǒng)：嵌入式開發(fā)和單片機開發(fā)核心的區(qū)別之一就是嵌入式開發(fā)往往基于一個操作系統(tǒng)之上來進行。嵌入式操作系統(tǒng)種類繁多，各具特色，因此，必須要選擇一個較通用和易用的操作系統(tǒng)平臺。在本開發(fā)實例中，我們選擇嵌入式Linux作為后面的平臺開發(fā)。 性價比：如果作為產(chǎn)品來開發(fā)，必須要考慮產(chǎn)品在價格上的競爭要素。嵌入式開發(fā)板可以自己設計，也可以直接購買市場上已有的成熟開發(fā)板，當然這種開發(fā)板一定是能夠滿足使用的最小系統(tǒng)，即裁減掉任何用不到的多余軟/硬件。如果選擇購買其他公司已有的開發(fā)板，首先要看該開發(fā)板是否穩(wěn)定，其次要看該開發(fā)板是否能夠提供所需的軟件，比如各個部件的驅(qū)動；再次要看開發(fā)板的售

6、后支持。2.3打印機與開發(fā)板接口電路的設計我們使用的微型打印機使用的是并行接口。由于開發(fā)板上沒有提供并口，所以必須自己設計一個板卡接口電路，以連接打印機的并口和我們的嵌入式開發(fā)板。查看S3C2410的電路原理圖，由于此系統(tǒng)不需要用到LCD屏，可以將板子上用于LCD連接的GPIO口進行改造，根據(jù)ARM9core的LCD電路引腳和板上的LCD插槽定義，如圖2，找到了14根空閑的GPIO口：gpio_c8gpio_d15,gpi0_d0gpio_d4。用這14根通用輸入輸出口連接微型打印機的并口。 圖2 核心core 的LCD引腳和板上LCD引腳原理圖同時查看打印機的電路手冊和管腳定義，選用其STB

7、選通線、ACK回答脈沖線、BUSY線、DATA0-DATA7數(shù)據(jù)線來與開發(fā)板的GPIO口相連，并初始化高低電平值。為了避免接線過緊互相干擾，制作一個接口板定義各引腳連接如圖3所示。至此，硬件的電路設計及連接基本完成。 圖3 打印機并口與開發(fā)板GPIO口接口板設計圖3 嵌入式打印終端系統(tǒng)的軟件設計軟件平臺采用的是基于2.4內(nèi)核的嵌入式Linux系統(tǒng)。采用的交叉編譯器工具包為CROSS2.95.3.tgz(包含arm-linux-gcc等)。 3.1軟件選型嵌入式系統(tǒng)是一個軟/硬件相結合的系統(tǒng)，硬件好比人的身體，而運行在其上的軟件則好比人的靈魂。沒有軟件的駕馭，硬件只是一些廢銅爛鐵，因此，相比較硬

8、件選型而言，軟件的選擇也異常重要。在整個軟件選型中，要特別重視兩個方面的因素： 運行其上的嵌入式操作系統(tǒng)：嵌入式操作系統(tǒng)是整個軟件的核心和基礎，的功能的強大與否直接影響后面整個系統(tǒng)的設計，因此必須加以重視。目前嵌入式操作系統(tǒng)有幾百種之多，它們各具特色，各有相應的用武之地。通常來說，各個嵌入式開發(fā)板提供商，在其嵌入式開發(fā)板上會提供已經(jīng)移植好的的幾個嵌入式操作系統(tǒng)，這些操作系統(tǒng)通常為嵌入式Linux、Win CE、Vx Works和u CosII。uCosII是一個非常好的教學操作系統(tǒng)，但由于其功能較少，在商用領域使用比較少。而Vx Works由于較昂貴的使用費用，在中小型公司中使用也較少。Win

9、CE主要用于PDA等領域，嵌入式Linux由于其源碼開放，共享資源豐富，整個系統(tǒng)功能異常強大，因此在嵌入式領域應用得也最為廣泛。 軟件驅(qū)動支持：由于不同的嵌入式開發(fā)板上提供的接口也各不相同，因此Linux內(nèi)核源碼包不可能提供所有外設接口的底層驅(qū)動。通常情況下，這些底層驅(qū)動或者由嵌入式開發(fā)板提供商做好后提供給用戶使用，或者由用戶自己開發(fā)出來。而底層驅(qū)動的開發(fā)是整個系統(tǒng)設計中比較耗時的工作，所以用戶在選擇開發(fā)板時，盡量選擇已提供自己所需要的底層驅(qū)動的開發(fā)板，這樣可以縮短項目的開發(fā)周期，減少項目投資，提高整個產(chǎn)品的競爭力。 3.2 打印機驅(qū)動的編寫Linux的設備分為塊設備，字符設備和網(wǎng)絡設備，該系

10、統(tǒng)使用到的微型打印機屬于字符設備，下面將具體說明如何設計打印機驅(qū)動。 3.2.1 定義設備名#define DEVICE_NAME weida_printer 3.2.2 模塊函數(shù)設計在該系統(tǒng)中，采用模塊化加載驅(qū)動程序的方法，因此必須實現(xiàn)模塊的初始化函數(shù)和卸載函數(shù)。采用devfs方式注冊打印機。初始化函數(shù)weida_init通過devfs_register函數(shù)向系統(tǒng)注冊設備。函數(shù)原型devfs_register(NULL, DEVICE_NAME, DEVFS_FL_DEFAULT, 0, 0, S_IFCHR | S_IRUSR | S_IWUSR, &weida_printer_f

11、ops, NULL);其中，DEVICE_NAME為主設備名，weida_printer_fops為定義的一個數(shù)據(jù)結構，用來實現(xiàn)的文件操作，包括open、close、write等。 3.2.3 初始化打印端口初始化打印機第一個要做的事情就是要對GPIO口進行初始化，初始化函數(shù)如下：static void weida_init(void)devfs_register(); /*注冊設備驅(qū)動*/set_gpio_ctrl(WEIDA_STB|GPIO_PULLUP_DIS|GPIO_MODE_OUT); /*設置STB口*/ write_gpio_bit(WEIDA_STB,1); weida_p

12、rinter_io_port_init();/*設置其它IO口，以及賦初值*/ 其中，WEIDA_STB為連接打印機選通口初始化為高電平，GPIO_PULL_DIS是設置是否需要上拉電阻，GPIO_MODE_OUT 設置GPIO口為輸出口。最后使用module_init(weida_printer_init);采用模塊方式加載驅(qū)動。 3.2.4打印機驅(qū)動測試程序設計通過上面幾個步驟，打印機驅(qū)動模塊已經(jīng)注冊到內(nèi)核，在/dev目錄下可以找到weida_printer設備。編寫如下簡單程序測試代碼。int main(void) int weida_fd,ret; char *data=“Hello,

13、welcom to use weida printer!“; weida_fd=open(“/dev/weida_printer”,O_WRONLY); /打開/dev/weida_printer設備 if(weida_fd<0) perror(“open device buttons”); exit(1);ret=write(weida_fd,data,strlen(data);/向打印機輸出數(shù)據(jù)，打印“Hello”字符串if(ret!=strlen(data) perror(“print wrongn”);ioctl(weida_fd,WEIDA_IOCSLINESPACE,1);s

14、leep(1);ret=write(weida_fd,data,strlen(data);if(ret!=strlen(data) perror(“print wrongn”);close(weida_fd);return 0; 3.2.5接口函數(shù)設計 ioctl()函數(shù)主要完成打印機字體、行距等參數(shù)的設置，在設計過程中必須解決用戶數(shù)據(jù)和內(nèi)核數(shù)據(jù)之間如何傳遞。從用戶態(tài)讀取數(shù)據(jù)，然后在內(nèi)核態(tài)運行，可以使用copy_from_user函數(shù)來完成傳遞數(shù)據(jù)。 weida_printer_write ( )先對打印機是否在線，是否忙，是否準備好做進一步的判斷，然后再進行打印。在打印的時候要注意每發(fā)一個字

15、符要延遲150毫秒，因為如果打印數(shù)據(jù)發(fā)得過快打印機的來不急處理，所以要設置延時。open/close函數(shù)打開/關閉文件，因為在LINUX下設備都是當作文件來操作的，所以需要open和close這兩個接口函數(shù)。 3.3 掃描儀串口的設置 嵌入式移動打印終端中使用到的掃描儀是串口掃描儀，這種掃描儀相對于USB接口的掃描儀來說，控制較簡單，在掃描儀掃描后，可以直接從串口讀取數(shù)據(jù)。 3.3.1 串口設置 設置串口速率函數(shù)：set_speed(int fd, int speed),其中fd 為打開的設備文件，speed為速率。設置串口參數(shù)：set_parity(int fd,int data bits,

16、int stop bits,int parity),data bits為有多少個數(shù)據(jù)位，stop bit為設置多少個停止位，parity為奇偶校驗位設置。設置串口波特率為9600，數(shù)據(jù)位為8位，一位停止位，沒有校驗位。void set_speed(int fd,int speed)int j;int status;struct termios Opt;tcgetattr(fd,&Opt);for(i=0;i<sizeof(speed_arr)/sizeof(int);i+)if(speed=name_arri)tcflush(fd,TCIOFLUSH);cfsetispeed(&

17、amp;Opt,speed_arri);cfsetospeed(&Opt,speed_arri);status=tcsetattr(fd,TCSANOW,&Opt);if(status!=0)perror(“tcsetattr fd!”);return;tcflush(fd,TCIOFLUSH); set_partity(int fd,int databits,int stopbits,int partity)用于設置串口的通信參數(shù)，其中databits設置數(shù)據(jù)位位數(shù)，stopbit設置停止位位數(shù)，partity設置奇偶校驗位。具體的函數(shù)代碼如下：int set_partity

18、(int fd,int databits,int stopbits,int partity) struct termiios options; if(tcgetattr(fd,&options)!=0perror(“SetupSerial 1”);return FALSE;options.c_cflag &=CSIZE;switch(databits)case 7: options.c_cflag!=CS7; break;case 8: options.c_cflag|=CS8; break;default: fprintf(stderr,”Unsupported data s

19、izen”); return FALSE;switch(partity)case n:case N: options.c_cflag=PARENB;options.c_cflag=INPCK; break;case o:case O: options.c_cflag|=(PARODD|PARENB);options.c_cflag|=INPCK; break;case e:case E: options.c_cflag|=PARENB;options.c_cflag&=PARODD;options.c_cflag|=INPCK; break;case s:case S: options

20、.c_cflag&=PARENB;options.c_cflag&=CSTOP; break;default: fprintf(stderr,”Unsupported partityn”); return FALSE;switch(stopbits)case 1: options.c-cfag&=CSTOPB; break;case 2: options.c-cfag|=CSTOPB; break;default:fprintf(stderr,”Unsupported stop bitsn”); return FALSE; 3.3.2 編寫讀取掃描儀數(shù)據(jù)函數(shù) 首先打開設

21、備文件，該系統(tǒng)中使用的串口為串口2，因此打開函數(shù)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(fā)出去。 3.3.3 客戶端和服務器的socket編寫 嵌入式打印終端采用C/S的模式，把PC機作為服務器，開發(fā)板作為客戶端，通過以太網(wǎng)連接?？蛻舳私⒁粋€socket連接去尋找PC機上的服務程序。PC機上同時也運行一個socket用來listen請求和綁定。采用的是TCP的連接方式。 3.4 主應用程序的設計 開發(fā)板上的應用程序Main函數(shù)注冊兩個線

22、程p1和p2，兩個全局數(shù)組c1和c2。線程p1將從串口讀到的數(shù)據(jù)放入c1中，然后sent socket直接從c1中取走數(shù)據(jù)發(fā)送給服務器。線程p2負責將received socket數(shù)據(jù)放入c2數(shù)組中，然后直接從c2取走數(shù)據(jù)交給打印機去打印。 這里對線程使用了兩個信號量，并初始化為：sem_init(&sem1,0,1); sem_init(&sem2,0,0);兩個線程的核心代碼如下：void thread1(void) 打開串口；設置串口；建立連接； while(1) sem_wait(&sem1); 從串口讀書據(jù)；用clinetsocket發(fā)送出去； sem_pos

23、t(&sem2);void thread2(void) 打開打印機設備； while(1) sem_wait(&sem2); 接收數(shù)據(jù)；扔給打印機； sem_post(&sem1); 如此可以使兩個線程得以同步運行，并可以執(zhí)行多次掃描和打印任務?？偨Y 本文創(chuàng)新點及其經(jīng)濟效益：本系統(tǒng)具有移動性強，功耗低等特點，而且與以往傳統(tǒng)的用PC 機實現(xiàn)的打印終端相比，還具有低成本優(yōu)勢。能廣泛地應用于超市收銀系統(tǒng)，銀行自動存取款機，等各種工業(yè)領域。把802.11g的無線網(wǎng)卡移植到開發(fā)板上，就可以成功實現(xiàn)和主機的無線通信，使得該系統(tǒng)更加便攜。參考文獻1 ARM嵌入式系統(tǒng)原理及應用開發(fā).譚

24、會生.,2012 .2 CORBET J, RUBINI A. LINUX設備驅(qū)動程序（第三版）M. 中國電力出社, 2006. 46-74 TP316.813 孫瓊. 嵌入式LINUX應用程序開發(fā)詳解M. 人民郵電出版社, 2006. 184-191 TP316.894 田家林，陳利學，寇向輝 LINUX嵌入式操作系統(tǒng)在ARM上的移植J. 微計算機信息， 2007，4-2：P60-62附錄：（部分程序）#define DEVICE_NAME “weida_printer”#define WEIDA_MAJOR 234 module_init(weida_printer_init);modul

25、e_exit(weida_printer_exit);MODULE_LICENSE(“GPL”);static int module_init(weida_printer_init) int ret; ret=register_chrlev(WEIDA_MAJOR,DEVICE_NAME,&weida_printer_fops); if(ret<0) printf(DEVICE_NAME ”cant register major numbern”); return ret;weida_printer_io_port_init();weida_init();printf(“weid

26、a_printer_init!n“);return ret;gpio_data_tb=GPIO_C8,GPIO_C9,GPIO_C10,GPIO_C11,GPIO_C12,GPIO_13,GPIO_C14,GPIO_C15;#define DATA_NUM(sizeof gpio_data_tab)/sizeof(gpio_data_tab0)#define WEIDA_DATA_READY GPIO_D0#define WEIDA_ACK GPIO_D1#define WEIDA_BUSY GPIO_D2#define WEIDA_SELECT GPIO_D3#define WEIDA_ER

27、ROR GPIO_D4 static void weida_printer_to_init(void) int I; unsigned gpio; for(i=0;i<DATA_NUM;i+) gpio=gpio_data_tabi; set_gpio_ctrl(gpio|GPIO_PULLUP_DIS|GPIO_MODE_OUT); write_gpio_bit(gpio,0);set_gpio_ctrl(WEIDA_DATA_READY|GPIO_PULLUP_DIS|GPIO_MODE_OUT);set_gpio_ctrl(WEIDA_ACk|GPIO_PULLUP_DIS|GPI

28、O_MODE_IN);set_gpio_ctrl(WEIDA_BUSY|GPIO_PULLUP_DIS|GPIO_MODE_IN);set_gpio_ctrl(WEIDA_SELECT|GPIO_PULLUP_EN|GPIO_MODE_IN);set_gpio_ctrl(WEIDA_ERROR|GPIO_PULLUP_EN|GPIO_MODE_IN);printf(“init port!n”);static int weida_printer_write(struct file *file,const char8 buffer,size_t count,loff_t *ppos) unsign

29、ed char *kbuf; int ready; /判斷打印機是否忙 ready=read_gpio_bit(WEIDA_BUSY); if(ready) return EBUSY;/判斷打印機是否在線 readyread_gpio_bit(WEIDA_SELECT); if(!ready) return EAGAIN; ready=read_gpio-bit(WEIDA_ERROR); if(!ready) return EINVAL; kbuf=kmalloc(count+1,GFP_KERNEL); memset(kbuf,”0”,count+1); if(copy_from_user

30、(kbuf,buffer,count) printf(“copy form user wrong!”); kfree(kbuf); return EFAULT;while(*kbuf!=”0”) type_data(*kbuf); while(read_gpio_bit(WEIDA_ACK) printf(“%c”,*kbuf); kbuf+;Kfree(kbuf);Return count;static int weida_printer_ioctl(struct inode *inode,struct file *file,unsigned int cmd,unsigned long ar

31、g) int num; switch(cmd)case WEIDA_IOCSFONTSPACE: copy_form_user(&num,&arg,sizeof num); SET_FONT_SPACE(num); break;case WEIDA_IOCSLINESPACE: copy_form_user(&num,&arg,sizeof num); SET_UNDERLINE(num); break;case WEIDA_IOCSUPLINE: copy_form_user(&num,&arg,sizeof num); SET_UPLINE(

32、num); break;case WEIDA_IOCSCHARACTER1: SELECT_CHARACTER1; break;case WEIDA_IOCSCHARACTER2: SELECT_CHARACTER2; break;case WEIDA_IOCSDOT_MATRIX: copy_form_user(&num,&arg,sizeof num); SELECT_DOT_MATRIX(num); break;case WEIDA_IOCWEIDA: INIT_WEIDA; break;case WEIDA_IOCLAMPLIFY: copy_form_user(&am

33、p;num,&arg,sizeof num); LANDSCAPE_AMPLIFY(num); break;case WEIDA_IOCVAMPLIFY: copy_form_user(&num,&arg,sizeof num); VERTICAL_AMPLIFY(num); break;case WEIDA_IOCSLANDSCAPE: SET_LANDSCAPE; break;case WEIDA_IOCSVERTICAL: SET_VERTICAL; break;case WEIDA_IOCSRIGHTLIMIT: copy_form_user(&num,

34、&arg,sizeof num); SET_RIGHT_LIMIT(num); break;case WEIDA_ IOCSLEFTLIMIT: copy_form_user(&num,&arg,sizeof num); SET_LEFT_LIMIT(num); break;case WEIDA_ IOCSHEX_PRINT: copy_form_user(&num,&arg,sizeof num); HEX_PRINT(num); break;case WEIDA_ IOCS2HANZI: SET_2_HANZI; break;case WEIDA_

35、IOCC2HANZI: CLEAR_2_HANZI; break;default: return EINVAL;printf(“ioctl!n”);return 0;void set_speed(int fd,int speed)int j;int status;struct termios Opt;tcgetattr(fd,&Opt);for(i=0;i<sizeof(speed_arr)/sizeof(int);i+)if(speed=name_arri)tcflush(fd,TCIOFLUSH);cfsetispeed(&Opt,speed_arri);cfsetospeed(&Opt,speed_arri);status=tcsetattr(fd,TCSANOW,&Opt);if(status!=0)perror(“tcsetattr fd!”);return;tcflush(fd,TCIOFLUSH); int se