無線POS機(jī)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

李小魁，韓大偉

（河南工程學(xué)院，鄭州451191）

POS系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于商場(chǎng)、超市、專賣店、餐飲等連鎖企業(yè)的實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)處理和信息管理中.目前，主流的有線通信線路POS系統(tǒng)有兩個(gè)缺點(diǎn)：一是ATM機(jī)和POS機(jī)的架設(shè)受線路約束，無法實(shí)現(xiàn)靈活部署；二是有線線路提供的是專用信道，而業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)屬于突發(fā)流量，信道利用率低，通信成本高［1］.

本文提出一種基于S3C2440硬件平臺(tái)與 Windows CE操作系統(tǒng)的無線POS機(jī)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，采用Wi－Fi和GPRS相結(jié)合的方式，可解決傳統(tǒng)的POS機(jī)只能在固定場(chǎng)合使用的問題，使POS終端不再受有限通信網(wǎng)的限制.

1 無線POS系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)利用Windows CE典型的并行開發(fā)方法［2］進(jìn)行設(shè)計(jì)，如圖1所示.

采用結(jié)構(gòu)化的設(shè)計(jì)思想及相應(yīng)技術(shù)，將復(fù)雜的系統(tǒng)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)化為各模塊設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).硬件開發(fā)、系統(tǒng)定制、應(yīng)用程序開發(fā)三個(gè)階段［3］的工作都分別完成后，將定制的操作系統(tǒng)和開發(fā)的應(yīng)用程序最終再移植到定制的設(shè)備硬件上進(jìn)行綜合測(cè)試和調(diào)試.

1.1 系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)

圖1 Windows CE的并行開發(fā)過程

硬件部分的設(shè)計(jì)包括S3C2440最小化系統(tǒng)、無線通信模塊、磁卡采集模塊、微型打印機(jī)模塊、液晶顯示模塊的設(shè)計(jì)［4］，總體框圖如圖2所示.

圖2 系統(tǒng)總體框圖

1.1.1 S3C2440硬件平臺(tái)

S3C2440是三星公司推出的基于ARM920T的嵌入式處理器，主頻高達(dá)400MHz，最高可達(dá)533MHz.該處理器主要面向高性價(jià)比、低功耗的應(yīng)用設(shè)備.本系統(tǒng)的硬件平臺(tái)以S3C2440為核心，具有無線網(wǎng)絡(luò)、有線網(wǎng)絡(luò)、液晶顯示、觸摸屏、USB等終端模塊，其構(gòu)成如圖3所示.

圖3 硬件終端模塊示意圖

圖4 POS機(jī)中操作系統(tǒng)的開發(fā)過程

1.1.2 外圍設(shè)備

無線模塊：采用的是華為EC121，USB總線接口，數(shù)據(jù)傳輸率為153.6kbps.

磁卡：選用的是強(qiáng)盛QS－901，USB總線接口，滿足本系統(tǒng)一、三磁道的基本要求.

微型打印機(jī)：RD－E系列熱敏微型打印機(jī)，外接口為串口.

1.2 系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)

Windows CE操作系統(tǒng)具有很多特性，支持多線程，包含多種可選擇的GUI，能被一系列不同的CPU編譯.同時(shí)，Windows CE也具有臺(tái)式計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)的特性.開發(fā)人員無需花太多的時(shí)間就可以很容易地進(jìn)行基于Windows CE的軟件開發(fā).POS機(jī)中操作系統(tǒng)的開發(fā)過程如圖4所示.

操作系統(tǒng)開發(fā)大部分是在SDB（標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)板）上進(jìn)行的，開發(fā)者通過新平臺(tái)向?qū)?chuàng)建一個(gè) Windows CE操作系統(tǒng)配置，然后在Platform Builder開發(fā)環(huán)境中增加無線POS機(jī)所需的用戶特征，將涉及到的無線網(wǎng)卡、磁卡采集器、微型打印機(jī)、液晶顯示器等驅(qū)動(dòng)程序創(chuàng)建到新的BSP（板級(jí)支持包）上.BSP開發(fā)完成后，將其移植到S3C2440的硬件平臺(tái)當(dāng)中.

1.2.1 Windows CE的Bootloader

在S3C2440系統(tǒng)開發(fā)中，整個(gè)系統(tǒng)的加載啟動(dòng)任務(wù)由Bootloader［5］完成.本設(shè)計(jì)使用的Bootloader是Supervivi，它支持 CRAMFS、YAFFS文件系統(tǒng)和USB下載，能自動(dòng)識(shí)別并啟動(dòng)Windows CE等多種嵌入式操作系統(tǒng)，能下載程序到內(nèi)存中執(zhí)行，并具有系統(tǒng)備份和恢復(fù)功能，非常適合批量生產(chǎn)中使用.

Supervivi的菜單中有燒寫系統(tǒng)、調(diào)試、設(shè)置參數(shù)和分區(qū)等模式.它采用USB下載的方式，搭建燒寫環(huán)境極為簡(jiǎn)單，并且下載速度快，使用十分方便.

1.2.2 設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序

設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序可以通過動(dòng)態(tài)鏈接庫（DLL）靜態(tài)鏈接到操作系統(tǒng)中，也可以作為目標(biāo)文件靜態(tài)鏈接到操作系統(tǒng)中.

無線POS系統(tǒng)終端依據(jù)無線網(wǎng)卡與上位機(jī)或其他網(wǎng)絡(luò)主機(jī)通信，無線網(wǎng)卡通過天線發(fā)送和接受數(shù)據(jù)信號(hào).網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)程序包括USB入口函數(shù)、小端口初始化、數(shù)據(jù)接收、數(shù)據(jù)發(fā)送和信息設(shè)置與查詢，網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)如圖5所示.

在Windows CE系統(tǒng)下，驅(qū)動(dòng)的安裝都是由驅(qū)動(dòng)控制程序讀取相關(guān)注冊(cè)表，然后加載到特定空間實(shí)現(xiàn)的.

無線網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)的安裝也是通過Platform Builder平臺(tái)將無線網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)構(gòu)建到OS鏡像當(dāng)中，然后在相關(guān)配置文件中進(jìn)行添加與修改完成的，包括自動(dòng)加載注冊(cè)表和相關(guān)配置文件如DIRS文件、makefile文件、SOURCES文件和.bib文件.

圖5 網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)

無線網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)步驟如下：

（1）在%＿WINCEBOOT%＼PLATFORM＼CEPC＼Drivers文件目錄下創(chuàng)建一個(gè)新的文件夾KUI500，然后將寫好的.c和.h文件拷貝到KUI500內(nèi)；

（2）添加 makefile文件和sources文件.其中，makefile文件為：

！INCLUDE ＄（＿M(jìn)AKEENVROOT）＼makefile.def

sources文件為：

WINCEREL＝1

＿＿PROJROOT ＝ ＄（＿PROJECTROOT）

TARGETNAME＝KUI500

TARGETTYPE＝NOTARGET／／定義連接類型

DLLENTRY＝DllEntry／／相關(guān)函數(shù)從此開始

CDEFINES＝ ＄（CDEFINES）－DNDIS＿M(jìn)INIPORT＿DRIVER

－DNDIS50＿M(jìn)INIPORT

－DWIN2000

－D＿802＿11＿PROTOCOL

－DNDIS＿WDM

－DWINCE

－DCE5

TARGETLIBS＝＼／／定義所需連接庫信息

%＿PROJECTROOT%＼cesysgen＼oak＼lib＼x86＼retail＼usbd.lib＼

%＿PROJECTROOT%＼cesysgen＼sdk＼lib＼x86＼retail＼commctrl.lib＼

%＿PROJECTROOT%＼cesysgen＼sdk＼lib＼x86＼retail＼coredll.lib＼

%＿PROJECTROOT%＼cesysgen＼sdk＼lib＼x86＼retail＼ndis.lib＼

%＿PROJECTROOT%＼cesysgen＼sdk＼lib＼x86＼retail＼winsock.lib＼

%＿PROJECTROOT%＼cesysgen＼sdk＼lib＼x86＼retail＼ntcompat.lib＼

SOURCES＝＼／／定義所需代碼

KUI500.c＼

iterrrupt.c＼

request.c＼

FILE＿VIEW＿PARAMETER＿FOLDER＝＼

KUI500.bib＼

KUI500.reg＼

KUI500.def＼

（3）添加.def文件：

LIBRARY KUI500

EXPORTS

DriverEntry ／／程序入口

USBInstallDriver ／／USB讀驅(qū)動(dòng)

USBDeviceAttach ／／讀取設(shè)備，執(zhí)行網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)

（4）創(chuàng)建.bib文件：

MODULES

KUI500.dll＄（＿FLATRELEASEDIR）＼KUI500.dll NK

（5）添加注冊(cè)表信息如下：［HKEY＿LOCAL＿M(jìn)ACHINE＼Drivers＼USB＼ClientDr ivers＼KUI500］

"Miniport"＝"KUI500"

"Prefix"＝"NDS"

"Dll"＝"NDIS.dll"

［HKEY＿LOCAL＿M(jìn)ACHINE＼Drivers＼USB＼LoadClients＼VNT＿RNN＼Default＼Default＼KUI500］

"Dll"＝"KUI500.dll"

；USB相關(guān)信息，設(shè)備具體信息說明

［HKEY＿LOCAL＿M(jìn)ACHINE＼Comm＼KUI500］

"DisplayName"＝"WLAN Card Driver""Group"＝"NDIS"

"ImagePath"＝"KUI500.dll"

［HKEY＿LOCAL＿M(jìn)ACHINE＼Comm＼KUI500＼Parms］

；網(wǎng)卡相關(guān)參數(shù)設(shè)置以及小端口具體參數(shù)設(shè)置如下：

"BusType"＝dword：0

"BusNumber"＝dword：0

"AdapterCFID"＝dword：31841106

"NetworkAddress"＝""

"DesiredSSID"＝""

"AdapterType"＝dword：0

"TransmitBuffers"＝dword：00000020

"ReceiveBuffers"＝dword：00000020

"ConnectionRate"＝dword：0c

"Channel"＝dword：06

"PreambleType"＝dword：1

"RTSThreshold"＝dword：092b

"FragThreshold"＝dword：092a

"OperationMode"＝dword：0

"BeaconInterval"＝dword：64

"RadioControl"＝dword：0

；靜態(tài)IP分配設(shè)置相關(guān)信息如下：［HKEY＿LOCAL＿M(jìn)ACHINE＼Comm＼KUI500＼Parms＼

TcpIp］

"EnableDHCP"＝dword：0；DHCP使能關(guān)閉

eZeroBroadcast"＝dword：0

"IpAddress"＝"192.168.1.100"；靜態(tài)IP地址

"Subnetmask"＝"255.255.255.0"；相對(duì)子網(wǎng)掩碼分配

"DNS"＝""；DNS分配

"WINS"＝""

2 系統(tǒng)平臺(tái)的移植與燒寫

BSP文件調(diào)好以后，點(diǎn)Build－＞Build Platform或者點(diǎn)工具欄的圖標(biāo)開始編譯.編譯完畢，若不出錯(cuò)，D：＼WINCE500＼PBWorkspaces＼kui＼RelDir＼2440＿ARMV 4I＿Release文件夾中就會(huì)存在 NK.bin和NK.nb0兩個(gè)文件，其中NK.bin為本設(shè)計(jì)所需的系統(tǒng)映像文件.

Windows CE系統(tǒng)的燒寫過程如下：

（1）格式化 Nand Flash；

（2）重新安裝BIOS；

（3）安裝Eboot；

（4）裝載Windows CE內(nèi)核映象并運(yùn)行硬件系統(tǒng).

3 系統(tǒng)的調(diào)試與結(jié)果分析

為了驗(yàn)證所開發(fā)的POS機(jī)的工作性能是否符合設(shè)計(jì)要求，將系統(tǒng)大致劃分為主控板模塊、觸摸屏驅(qū)動(dòng)模塊、讀卡模塊、無線通信模塊等4個(gè)功能模塊，分別對(duì)其測(cè)試與驗(yàn)證.具體測(cè)試方法［6］如下：

（1）主控板測(cè)試：

①下載系統(tǒng)映像文件NK.bin到主控板中，查看能否正常下載；

②下載完成后加電，觀察啟動(dòng)過程是否正常；

③啟動(dòng)完成后，和PC機(jī)進(jìn)行文本同步傳輸和系統(tǒng)小程序操作，測(cè)試主控板是否正常工作.

（2）觸摸屏驅(qū)動(dòng)測(cè)試：

①主控板檢測(cè)完成后，通過控制面板調(diào)試，觀察觸摸屏能否正常工作；

②反復(fù)啟動(dòng)校準(zhǔn)，觀察啟動(dòng)過程對(duì)觸摸屏校準(zhǔn)是否影響.

（3）讀卡測(cè)試：

①將讀卡器與主控板鏈接，反復(fù)插拔讀卡器接口，觀察讀卡器工作情況；

②多次讀取會(huì)員卡號(hào)與銀行卡號(hào)，查看讀卡編號(hào)情況.

（4）無線通信測(cè)試：

采用無線網(wǎng)絡(luò)收發(fā)測(cè)試方法，測(cè)試步驟如下：

①通過PC機(jī)地址欄輸入IP登錄無線路由器，更改無線路由器MAC地址及IP地址，PING主機(jī)與路由器，檢查主機(jī)與無線路由器的網(wǎng)絡(luò)通信情況；

②打開路由器無線工作模式選項(xiàng)，設(shè)置無線工作信息，打開硬件開發(fā)平臺(tái)，確定工作正常后，插上無線網(wǎng)卡，完成自動(dòng)收索，然后在PC機(jī)運(yùn)行ping 192.168.1.100－n 16進(jìn)行檢測(cè)，查看無線網(wǎng)絡(luò)通訊是否正常；

③多次操作以上步驟，并觀察無線路由器服務(wù)端，查看無線網(wǎng)卡的工作情況.

由于測(cè)試過程受到偶然因素的影響，我們對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了1 000次測(cè)試.測(cè)試結(jié)果表明，系統(tǒng)誤差率為0.1%，符合系統(tǒng)功能測(cè)試誤差率的標(biāo)準(zhǔn)要求.可見，無線POS系統(tǒng)性能良好.

4 結(jié) 語

本文提出了一種基于S3C2440硬件平臺(tái)和嵌入式Windows CE操作系統(tǒng)的無線POS機(jī)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案.硬件部分重點(diǎn)設(shè)計(jì)主控系統(tǒng)和無線通信驅(qū)動(dòng)模塊；操作系統(tǒng)主要設(shè)計(jì)外圍設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序，通過新平臺(tái)向?qū)?chuàng)建一個(gè)操作系統(tǒng)配置，然后通過增加無線POS機(jī)所需的用戶特征，創(chuàng)建一個(gè)新的BSP，把Windows CE內(nèi)核裝載到硬件系統(tǒng)當(dāng)中.最后對(duì)主控系統(tǒng)、無線網(wǎng)卡、讀卡、觸摸屏等重要模塊進(jìn)行了測(cè)試.測(cè)試結(jié)果表明，本文設(shè)計(jì)的無線POS系統(tǒng)性能良好，有一定的實(shí)用價(jià)值.（本研究受河南工程學(xué)院青年基金支持）

［1］許德剛，孫會(huì)峰，甄彤.物流系統(tǒng)中移動(dòng)POS終端的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］.微計(jì)算機(jī)信息，2007（6）：149－151.

［2］張冬泉，譚南林.Windows CE實(shí)用開發(fā)技術(shù)［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2006.

［3］李梅.基于 Windows平臺(tái)的POS信息系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］.科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2008（1）：11－12.

［4］李小魁，王忠勇.基于嵌入式操作系統(tǒng)平臺(tái)下的觸摸屏驅(qū)動(dòng)程序的開發(fā)與實(shí)現(xiàn)［J］.計(jì)算機(jī)與數(shù)字工程，2009（4）：79－82.

［5］徐晨輝，盧文科，黃浩.基于ARM－Linux嵌入式移動(dòng)POS機(jī)系統(tǒng)中啟動(dòng)程序的研究與設(shè)計(jì)［J］.電子測(cè)量技術(shù)，2009，32（1）：77－81

［6］韋余紅.無線POS機(jī)數(shù)據(jù)傳輸安全控制策略研究［J］.通信技術(shù)，2009（2）：270－271.