Linux電子收款機(jī)的稅源
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時(shí)間：2010-11-30
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3 關(guān)鍵實(shí)現(xiàn)技術(shù)
實(shí)現(xiàn)上述設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在于解決“內(nèi)核態(tài)與用戶(hù)態(tài)的進(jìn)程間通信”、“攔截并口打印驅(qū)動(dòng)的write 操作”、“打印進(jìn)程的阻塞及喚醒”三個(gè)問(wèn)題。
3.1 內(nèi)核態(tài)與用戶(hù)態(tài)的進(jìn)程間通信
本方案這種分為內(nèi)核空間和用戶(hù)空間兩部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，首先需要解決的就是內(nèi)核態(tài)與用戶(hù)態(tài)的進(jìn)程間通信(interprocess communicatiON, IPC)。而在各種IPC 方法中，最適合此處設(shè)計(jì)需要的就是netlink socket 技術(shù)。
Netlink socket 最早出現(xiàn)于Linux 2.2 版的內(nèi)核中，并在2. 4 版以后的版本中作為主要的內(nèi)核與用戶(hù)空間的通信方式而被廣泛使用。相對(duì)于系統(tǒng)調(diào)用、ioctl 以及proc 文件系統(tǒng)等IPC方法而言，它具有簡(jiǎn)單易用、異步通信（適合大數(shù)據(jù)傳輸）、無(wú)編譯依賴(lài)（可模塊實(shí)現(xiàn)）、支持多播、支持內(nèi)核發(fā)起會(huì)話(huà)等優(yōu)點(diǎn)。其中“異步通信、無(wú)編譯依賴(lài)、支持內(nèi)核發(fā)起會(huì)話(huà)”
這三點(diǎn)正是本系統(tǒng)需要的關(guān)鍵特性，也是選用該技術(shù)的最主要原因。
Netlink socket 的通信依據(jù)是一個(gè)對(duì)應(yīng)于進(jìn)程的標(biāo)識(shí)，一般定為該進(jìn)程的ID。當(dāng)通信的一端處于中斷過(guò)程時(shí)，該標(biāo)識(shí)為0。當(dāng)使用netlink socket 進(jìn)行通信，通信的雙方都是用戶(hù)態(tài)進(jìn)程，則使用方法類(lèi)似于消息隊(duì)列。但通信雙方有一端是中斷過(guò)程，使用方法則不同。Netlinksocket 的最大特點(diǎn)是對(duì)中斷過(guò)程的支持，它在內(nèi)核空間接收用戶(hù)空間數(shù)據(jù)時(shí)不再需要用戶(hù)自行啟動(dòng)一個(gè)內(nèi)核線(xiàn)程，而是通過(guò)另一個(gè)軟中斷調(diào)用用戶(hù)事先指定的接收函數(shù)，這樣就可以保證數(shù)據(jù)接收的實(shí)時(shí)性。
當(dāng) netlink socket 用于內(nèi)核空間與用戶(hù)空間的通信時(shí)，在用戶(hù)空間的創(chuàng)建方法和一般套接字使用類(lèi)似，但內(nèi)核空間的創(chuàng)建方法則不同。在內(nèi)核模塊中使用 netlink_kernel_create()函數(shù)創(chuàng)建socket 時(shí)需要指明接收函數(shù)。之后用戶(hù)空間進(jìn)程創(chuàng)建socket，并將通信標(biāo)識(shí)（一般是該進(jìn)程的ID）發(fā)送到內(nèi)核空間。這樣內(nèi)核空間獲得了用戶(hù)空間進(jìn)程的通信標(biāo)識(shí)后就可以進(jìn)行通信了。
3.2 攔截并口打印驅(qū)動(dòng)的write 操作
Linux 操作系統(tǒng)將設(shè)備看作文件，每個(gè)Linux 的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序都定義了一個(gè) file_operation結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)中的各個(gè)成員是驅(qū)動(dòng)模塊中定義函數(shù)的指針, 通過(guò)這些函數(shù)具體實(shí)現(xiàn)對(duì)文件的open, read, write 等操作。因此，只要將并口打印驅(qū)動(dòng)模塊的file_operation 結(jié)構(gòu)常量——lp_fops的write 成員的值由lp_write 替換為指向攔截函數(shù)的指針就能實(shí)時(shí)地?cái)r截并口打印機(jī)的打印操作。
這里需要實(shí)現(xiàn)兩個(gè)關(guān)鍵函數(shù)：
1)lp_write_from_kernellp_write_from_kernel 函數(shù)實(shí)現(xiàn)內(nèi)核空間的緩沖區(qū)數(shù)據(jù)的打印功能。來(lái)自守護(hù)進(jìn)程的修改后打印數(shù)據(jù)是保存在內(nèi)核空間的，因此不能調(diào)用原有的lp_write 函數(shù)進(jìn)行打印。具體的實(shí)現(xiàn)可依照l(shuí)p_write，只要將調(diào)用copy_from_user 函數(shù)的地方改為調(diào)用memcpy 函數(shù)即可。
2)lp_interceptlp_intercept 函數(shù)函數(shù)用于替換lp_write，攔截并口打印驅(qū)動(dòng)的write 操作，實(shí)現(xiàn)打印數(shù)據(jù)截取與修改：當(dāng)電子收款機(jī)的銷(xiāo)售軟件調(diào)用并口打印驅(qū)動(dòng)的write 函數(shù)時(shí)，將寫(xiě)緩沖區(qū)的打印數(shù)據(jù)發(fā)送給守護(hù)進(jìn)程；待守護(hù)進(jìn)程返回修改后的打印數(shù)據(jù)（附加了稅控碼），調(diào)用lp_write_from_kernel 將其打印出來(lái)。
3.3 打印進(jìn)程的阻塞及喚醒
當(dāng)收到電子收款機(jī)的銷(xiāo)售軟件向并口打印機(jī)發(fā)出的打印請(qǐng)求時(shí)，內(nèi)核態(tài)的并口打印模塊需在將數(shù)據(jù)發(fā)送給用戶(hù)態(tài)的守護(hù)進(jìn)程之后阻塞打印請(qǐng)求進(jìn)程。并且，當(dāng)且僅當(dāng)接收到守護(hù)進(jìn)程的返回?cái)?shù)據(jù)時(shí)，才會(huì)喚醒打印請(qǐng)求進(jìn)程完成打印。
如何實(shí)現(xiàn)打印進(jìn)程的阻塞及喚醒就是最后一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)。因?yàn)?a class="contentlabel" href="http://www.ex-cimer.com/news/listbylabel/label/電子收款機(jī)">電子收款機(jī)只配備一個(gè)打印機(jī)、不需要復(fù)雜的互斥技術(shù)，所以只要使用“簡(jiǎn)單睡眠”就可以達(dá)到這個(gè)目標(biāo)——通過(guò)使用下面的宏或函數(shù)：
4 小結(jié)
本文詳細(xì)說(shuō)明了如何修改可加載的內(nèi)核驅(qū)動(dòng)模塊實(shí)現(xiàn)并口打印數(shù)據(jù)的攔截與修改，如何運(yùn)用netlink socket 技術(shù)實(shí)現(xiàn)內(nèi)核與用戶(hù)進(jìn)程的通訊，以及進(jìn)程的阻塞及喚醒技術(shù)。并在此基礎(chǔ)上提出了一種利用上述技術(shù)實(shí)現(xiàn)的Linux 電子收款機(jī)稅源數(shù)據(jù)采集方案。此方案在無(wú)需改變電子收款機(jī)原有設(shè)計(jì)架構(gòu)的條件下，實(shí)現(xiàn)了稅源數(shù)據(jù)采集及***稅控碼添加功能，經(jīng)實(shí)際環(huán)境測(cè)試可行，符合對(duì)稅源數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的整體要求。本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/195203.htm linux操作系統(tǒng)文章專(zhuān)題:linux操作系統(tǒng)詳解（linux不再難懂）
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