智能自助服務(wù)一體機(jī)的研究與設(shè)計(jì)

栗鳴

摘 要：文章就基于Android/Linux平臺(tái)的智能自助服務(wù)一體機(jī)的硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路和軟件驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)進(jìn)行討論。硬件設(shè)計(jì)部分主要涉及到設(shè)計(jì)需求和硬件架構(gòu)，硬件模塊部分涉及到Cortex-A8處理器、熱敏打印機(jī)、IC卡讀寫(xiě)器以及顯示部分；軟件涉及到打印類(lèi)驅(qū)動(dòng)程序接口功能、讀寫(xiě)器驅(qū)動(dòng)程序接口功能，文章中對(duì)一些模塊的指令集也作了較全面的介紹。

關(guān)鍵詞：Android 驅(qū)動(dòng) 架構(gòu) PBOC2.0

中圖分類(lèi)號(hào)：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2019）03（c）-0087-03

為了更好地方便客戶(hù)，壓縮人工成本，分擔(dān)柜臺(tái)業(yè)務(wù)壓力，現(xiàn)在各大銀行、車(chē)站、醫(yī)院以及社保單位大量的使用自助服務(wù)一體機(jī)完成各種服務(wù)工作，一臺(tái)設(shè)計(jì)合理的自助服務(wù)終端可以替代一名柜臺(tái)員工，替代一個(gè)柜面窗口。智能自助服務(wù)一體機(jī)以小體積、低成本、功能全面著稱(chēng)。本文就基于智能服務(wù)一體機(jī)的系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)思路和軟件驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)進(jìn)行討論。

1 硬件架構(gòu)

智能自助服務(wù)一體機(jī)硬件架構(gòu)的選擇有X86（Windows/Linux軟件平臺(tái)）或以ARM為核心的MCU（Linux/Android軟件平臺(tái)）。以X86（ATOM處理器方案）的整機(jī)成本會(huì)比ARM核心（Cortex-A8方案）的整機(jī)成本高，因此ARM平臺(tái)方案為最佳選擇。

如圖1整套系統(tǒng)以Cortex-A8為核心，帶4路獨(dú)立UART，一路經(jīng)過(guò)MAX232將通信電平從CMOS 5V轉(zhuǎn)化為RS232電平，用以直插9針串口進(jìn)行軟件調(diào)試。其他三路（UART1～UART3）分別通過(guò)上拉至CMOS 5V水平保證輸出信號(hào)的電平水準(zhǔn)，分別驅(qū)動(dòng)熱敏打印機(jī)、接觸式IC卡讀寫(xiě)器、非接觸式IC卡讀寫(xiě)器。市面上的USB接口3G上網(wǎng)卡，其本質(zhì)是一塊USB轉(zhuǎn)串口芯片+基帶調(diào)制解調(diào)器的解決方案，WCDMA/CDMA2000不同制式之間只是基帶調(diào)制解調(diào)器的解決方案不同。

2 硬件模塊

2.1 Cortex-A8處理器

ARM Cortex-A8處理器是基于ARMv7架構(gòu)的應(yīng)用處理器，Cortex-A8處理器的速率可以在600MHz到超過(guò)1GHz的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，能夠滿(mǎn)足那些需要工作在300mW以下的功耗優(yōu)化的移動(dòng)設(shè)備的要求；以及滿(mǎn)足那些需要2000 Dhrystone MIPS的性能優(yōu)化的消費(fèi)類(lèi)應(yīng)用的要求。早在2010年，Cortex-A8方案就已經(jīng)是一款成熟的消費(fèi)類(lèi)電子解決方案。

系統(tǒng)級(jí)芯片已經(jīng)使用Cortex-A8內(nèi)核的包括，全志A1X、蘋(píng)果A4、飛思卡爾半導(dǎo)體的MX51、三星的SP5V110/SP5V210，TI的OMAP3系列以及高通的Snapdragon系列處理器。系統(tǒng)芯片除了集成Cortex-A8內(nèi)核以外，還有板載MMU，NAND Flash控制器、DDRRAM控制器、四路UART接口、觸摸擴(kuò)展引腳、一路USB主從OTG、一路USB Host、I2C、SPI以及豐富的IO擴(kuò)展接口。

2.2 熱敏打印機(jī)

2.2.1 熱敏打印機(jī)硬件特性

熱敏打印機(jī)的工作原理是打印頭上安裝有半導(dǎo)體加熱元件，打印頭加熱并接觸熱敏打印紙后就可以打印出需要的圖案，其原理與熱敏式傳真機(jī)類(lèi)似。圖象是通過(guò)加熱，在膜中產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)而生成的。這種熱敏打印機(jī)化學(xué)反應(yīng)是在一定的溫度下進(jìn)行的。高溫會(huì)加速這種化學(xué)反應(yīng)。最普遍的熱敏打印機(jī)使用一種帶加熱點(diǎn)陣的固定打印頭，打印頭設(shè)有320個(gè)方點(diǎn)，每一點(diǎn)為0.25mm×0.25mm。利用這種點(diǎn)陣，打印機(jī)可把打印點(diǎn)在熱敏紙的任意位置上。

以常用的58mm小票熱敏打印機(jī)為例，其核心為打印頭和熱敏打印機(jī)控制板，通信接口分為USB/RS232接口，5V電壓供電，打印峰值電流在3A左右?？刂瓢宀捎肎B2312或者GB18030字庫(kù)?？蛇\(yùn)行于Windows、Windows CE、Linux/Android平臺(tái)。

熱敏打印機(jī)采用EPSON精簡(jiǎn)的針式打印機(jī)指令集，常用指令如表1。

2.2.2 打印類(lèi)驅(qū)動(dòng)程序接口功能

熱敏打印機(jī)只提供指令集，具體的驅(qū)動(dòng)程序需要在針對(duì)不同的操作系統(tǒng)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)程序開(kāi)發(fā)。如表2是驅(qū)動(dòng)程序接口功能說(shuō)明。

2.3 接觸式IC卡讀寫(xiě)器

隨著中國(guó)銀行PBOC3.0規(guī)范的出臺(tái)，使用磁條卡保存用戶(hù)個(gè)人信息的時(shí)代已經(jīng)成為過(guò)去，現(xiàn)在乃至將來(lái)幾年內(nèi)將會(huì)是芯片卡大行其道的時(shí)代。與磁條卡相比，IC芯片卡在容量、安全性乃至體積上都有無(wú)可比擬的有事。SIM卡、SLE4442、SLE4428乃至我們使用的新市民卡，芯片卡充斥著我們生活的方方面面。常見(jiàn)的IC芯片卡讀寫(xiě)器IO接口為USB和DB9串口，DB9串口通信方便穩(wěn)定，已成為讀寫(xiě)器行業(yè)的重要行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，POS機(jī)，嵌入式系統(tǒng)的讀寫(xiě)器模塊都是基于串口實(shí)現(xiàn)。

2.3.1 讀寫(xiě)器驅(qū)動(dòng)程序接口功能

接觸式IC卡讀寫(xiě)器機(jī)只提供指令集，具體的驅(qū)動(dòng)程序需要在針對(duì)不同的操作系統(tǒng)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)程序開(kāi)發(fā)。如表3是驅(qū)動(dòng)程序接口功能說(shuō)明。

2.3.2 驅(qū)動(dòng)流程

首先通過(guò)握手方式收到打印機(jī)回復(fù)的設(shè)備ID，確認(rèn)無(wú)誤后設(shè)置通信比特率、設(shè)置需要訪問(wèn)的卡座、設(shè)置卡型、經(jīng)過(guò)上電復(fù)位就可以對(duì)卡片進(jìn)行操作。

2.4 非接觸式芯片卡讀寫(xiě)器

非接觸式IC卡又稱(chēng)射頻卡，由IC芯片、感應(yīng)天線組成，封裝在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的PVC卡片內(nèi)，芯片及天線無(wú)任何外露部分。非接觸性IC卡與讀卡器之間通過(guò)無(wú)線電波來(lái)完成讀寫(xiě)操作。二者之間的通訊頻率為13.56MHZ。非接觸性IC卡本身是無(wú)源卡，當(dāng)讀寫(xiě)器對(duì)卡進(jìn)行讀寫(xiě)操作 時(shí)，讀寫(xiě)器發(fā)出的信號(hào)由兩部分疊加組成：一部分是電源信號(hào)，該信號(hào)由卡接收后，與本身的L/C產(chǎn)生一個(gè)瞬間能量來(lái)供給芯片工作。另一部分則是指令和數(shù)據(jù)信號(hào)，指揮芯片完成數(shù)據(jù)的讀取、修改、儲(chǔ)存等，并返回信號(hào)給讀寫(xiě)器，完成一次讀寫(xiě)操作。讀寫(xiě)器則一般由MCU，專(zhuān)用智能模塊和天線組成，通訊接口為USB或者RS232。

2.4.1 驅(qū)動(dòng)程序接口功能

見(jiàn)表4所示。

2.4.2 驅(qū)動(dòng)流程

首先通過(guò)握手方式收到非接讀寫(xiě)器回復(fù)的設(shè)備ID，確認(rèn)無(wú)誤后設(shè)置通信比特率、設(shè)置非接卡類(lèi)型，設(shè)置要激活的扇區(qū)，通過(guò)密鑰認(rèn)證后就可以對(duì)該扇區(qū)進(jìn)行讀寫(xiě)操作了。

2.5 LCD顯示驅(qū)動(dòng)

讓一塊LCD正常的顯示文字或圖像，不僅需要LCD驅(qū)動(dòng)器，而且還需要相應(yīng)的LCD控制器。生產(chǎn)廠商會(huì)把LCD驅(qū)動(dòng)器以COF/COG的形式與LCD玻璃基板制作在一起，LCD控制器則通過(guò)外部電路實(shí)現(xiàn)。從ARM9時(shí)代起，很多的的MCU內(nèi)部都集成了LCD控制器。Cortex-A8時(shí)代，LCD控制器不僅支持更大的屏幕，也支持更高的像素分辨率和更高的色彩。

2.5.1 LCD驅(qū)動(dòng)需要用到的外部信號(hào)

見(jiàn)表5所示。

2.5.2 常見(jiàn)TFT屏工作時(shí)序分析

一幀圖像的刷新從上到下，從左到右。如圖2、表6一幀的刷新以VSYNC的一個(gè)上升沿脈沖作為幀起始，每一個(gè)HSYNC脈沖刷新一行像素點(diǎn)。第二個(gè)HSYNC脈沖會(huì)迎來(lái)行切換，并刷新第二行的像素點(diǎn)，以此類(lèi)推直到刷新到最后一行，迎來(lái)第二個(gè)VSYNC上升沿脈沖，開(kāi)始第二幀的刷新。在行刷新期間，VDEN端使能，會(huì)把VD[23：0]上的像素色彩，灰度信息傳輸給LCD驅(qū)動(dòng)器。設(shè)置好下表中的6個(gè)參數(shù)，LCD的驅(qū)動(dòng)等于完成了一半。

2.5.3 幀緩沖

圖像信息是以幀的形式存儲(chǔ)在顯存當(dāng)中，LCD圖像顯示則是不停從顯存中取數(shù)據(jù)，不停刷新顯存內(nèi)容的一個(gè)過(guò)程。Cortex-A8架構(gòu)的MCU通過(guò)共享RAM的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，即在RAM中分配處一塊獨(dú)立的內(nèi)存空間來(lái)儲(chǔ)存一幀圖像信息，包括色彩、灰度、亮度等信息。一幀圖像的傳輸通過(guò)DMA通道實(shí)現(xiàn)，優(yōu)點(diǎn)是數(shù)據(jù)吞吐量大，占用很小的主處理器單元。DMA 傳輸將數(shù)據(jù)從一個(gè)地址空間復(fù)制到另外一個(gè)地址空間。當(dāng) CPU 初始化這個(gè)傳輸動(dòng)作，傳輸動(dòng)作本身是由 DMA 控制器來(lái)實(shí)行和完成，主CPU不參與傳輸過(guò)程。在實(shí)現(xiàn)DMA傳輸時(shí)，由DMA控制器直接掌管總線。即DMA傳輸前，CPU要把總線控制權(quán)交給DMA控制器，而在結(jié)束DMA傳輸后，DMA控制器應(yīng)立即把總線控制權(quán)再交回給CPU，至此整個(gè)LCD的驅(qū)動(dòng)流程結(jié)束。

3 結(jié)語(yǔ)

智能自助服務(wù)一體機(jī)主要針對(duì)社保類(lèi)和金融類(lèi)業(yè)務(wù)， 隨著人們需求的不斷提高，隨著科技的不斷進(jìn)步，智能自助服務(wù)一體機(jī)會(huì)作為服務(wù)于大眾的工具會(huì)得到不斷提高。

參考文獻(xiàn)

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