μPSD 32XX單片機(jī)在稅控器開發(fā)中的應(yīng)用(圖)

摘 要：介紹了μpsd32xx單片機(jī)的主要特性和開發(fā)環(huán)境，結(jié)合稅控器的設(shè)計開發(fā)，介紹其軟硬件的實現(xiàn)方案。
關(guān)鍵詞：μpsd3234；稅控器；模塊化設(shè)計；api函數(shù)

引言
---稅控設(shè)備是國家稅務(wù)部門實施稅收管理信息化的必然手段之一，稅控器作為稅控設(shè)備之一，它是在計算機(jī)等電子設(shè)備的配合下實現(xiàn)稅控功能的電子裝置，保證經(jīng)營數(shù)據(jù)的正確生成、可靠存儲和安全傳輸，能滿足稅務(wù)機(jī)關(guān)的管理和數(shù)據(jù)核查等要求。稅控器是集軟硬件于一體的嵌入式系統(tǒng)，為了提高開發(fā)效率和通用性，采用模塊化設(shè)計，劃分層次結(jié)構(gòu)，盡可能實現(xiàn)硬件的靈活性和軟件的可移植性要求。

μpsd32xx單片機(jī)特點
---μpsd32xx系列單片機(jī)是意法半導(dǎo)體(st)公司推出得一款新型單片機(jī)，它采用增強(qiáng)型mcs-51內(nèi)核，是mcu+psd的soc單片機(jī)，具有2片flash存儲器、可選擇備電保護(hù)的大容量sram、地址譯碼dpld和組合邏輯cpld兩種可編程邏輯電路、6組通用i/o提供多達(dá)37或46個i/o引腳、4或5路脈寬調(diào)制單元pwm、4路8位adc、主從方式的i2c、獨立的顯示數(shù)據(jù)通道ddc、usb 1.1接口、2路串行通道uart、內(nèi)部看門狗定時器、在系統(tǒng)編程的jtag口、可編程的加密安全技術(shù)、零功耗技術(shù)等豐富的功能和外設(shè)。
---軟件可在keil公司的keil 51集成開發(fā)環(huán)境μvision2中進(jìn)行設(shè)計、編譯和仿真，運用st公司的psdsoft express軟件進(jìn)行編程下載和內(nèi)部配置。該軟件可以對μpsd32xx系列單片機(jī)的片內(nèi)flash、sram和pld進(jìn)行配置，將編譯生成的程序代碼文件(.hex)和配置文件融合生成.obj文件，下載到單片機(jī)中。下載時還需使用flashlink編程電纜連接pc的標(biāo)準(zhǔn)并口和單片機(jī)的jtag口。

稅控器應(yīng)用方案設(shè)計
 ---稅控器平臺應(yīng)具備一些基本功能：具有實時時鐘和記錄稅控數(shù)據(jù)的大容量存儲器，符合iso 7816標(biāo)準(zhǔn)的ic卡讀寫器，支持稅控卡、用戶卡和稅務(wù)管理卡，通過usb或串口與主機(jī)通信，具有在掉電后可保存存儲器數(shù)據(jù)和時鐘運行的備份電池。稅控器作為外掛設(shè)備，其連接關(guān)系如圖1所示，內(nèi)部的硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖2。
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主控模塊mcu采用st公司的 μpsd3234a單片機(jī)，它內(nèi)部具有256kb的主flash，32kb的次flash和32kb sram，工作電壓為5v，晶振選用24mhz。其中sram由片外的備用電池保護(hù)數(shù)據(jù)，可存放一些長期保存的數(shù)據(jù)，維持電流1μa。通過usb或uart與主機(jī)相連，通過i2c與rtc相連，通過通用i/o與icc及mem相連。
---時鐘模塊rtc采用st公司的m41t0m6，提供實時時鐘/日歷功能，在系統(tǒng)掉電以后由片外的備用電池供電。
---存儲器采用st公司的串行flash m25p16，容量為2mb，主要用來存儲發(fā)票數(shù)據(jù)和稅控數(shù)據(jù)。spi總線接口的最大傳輸速率50mhz，工作電壓為3.3v。
-ic卡模塊icc采用安森美公司的ncn6004a，雙路卡接口，符合iso 7816-3和emv標(biāo)準(zhǔn)，mcu通過i/o線與其通信。為了節(jié)省i/o資源，可選擇復(fù)用連線方式，兩個卡共享一路通道，由選卡信號區(qū)分，分別實現(xiàn)稅控卡和用戶卡的訪問功能。
---usb通信采用安森美公司的stf202作為終端匹配、濾波和esd保護(hù)，通信速率1.5mbps。由于mcu內(nèi)部具有sie、fifo和收發(fā)器，sie可以將傳輸信號變成字節(jié)存入寄存器，所以通過事先對sie的配置，然后訪問已定義的地址和端口，來實現(xiàn)通信的控制、中斷、收發(fā)等操作。
---uart的電平轉(zhuǎn)換芯片采用intersil公司的hin202，mcu內(nèi)部具有2路uart，均可選作rs232通信。
---外部供電電源分為兩路，一路可用ac/dc適配器直接提供+5v；另一路由主機(jī)通過usb接口線輸入(5v/500ma)。用戶可任選一路，直接提供給5v的器件工作。
---為了實現(xiàn)電保護(hù)，采用安森美公司的升壓芯片ncp1402sn50t1，當(dāng)正常工作時，為大電容充電，一旦斷電，大電容仍可維持該芯片工作一段時間，此時可完成一些重要的任務(wù)，避免意外斷電產(chǎn)生錯誤。大電容采用了2個串聯(lián)3.3f/2.5v的卷繞型電容，當(dāng)充滿時可維持供電30s以上。
---采用安森美公司的ncp500sn33t1作為5v至3.3v電壓轉(zhuǎn)換器，輸出電流150ma，提供給3.3v器件工作。備用電池采用的是2節(jié)3v/210mah鋰電池，至少可用10年以上。
---監(jiān)控模塊采用安森美公司的max708，實現(xiàn)上電復(fù)位和手動復(fù)位的功能。max708還具有電壓監(jiān)控功能，在pfi端選用適當(dāng)?shù)姆謮弘娮?，?dāng)主電源掉電時，就可產(chǎn)生掉電中斷信號。
---狀態(tài)指示采用發(fā)光二級管，分別用于指示電源接通，卡插入指示、jatg程序下載等狀態(tài)。在mcu的i/o上還可連接自定義的狀態(tài)指示，如出錯、運行、自檢測等狀態(tài)。

軟件設(shè)計方案
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稅控器軟件總體上應(yīng)包含兩大部分：主機(jī)端軟件和設(shè)備端軟件。主機(jī)端與設(shè)備端之間進(jìn)行的數(shù)據(jù)通信采用“命令—應(yīng)答”方式，由主機(jī)端發(fā)送命令，設(shè)備端應(yīng)答。
---主機(jī)端軟件可分為四層：應(yīng)用層、稅控函數(shù)層、通信管理層和設(shè)備驅(qū)動層；設(shè)備端軟件也可分為四層：主控層、稅控函數(shù)層、設(shè)備管理層、硬件驅(qū)動層。這里主要介紹設(shè)備端軟件。
---主控函數(shù)負(fù)責(zé)系統(tǒng)和設(shè)備的初始化，與主機(jī)間的通信監(jiān)控、協(xié)議管理、稅控命令包的解釋和任務(wù)的調(diào)度等事務(wù)。
---稅控函數(shù)是按照國標(biāo)對稅控器的要求設(shè)計，負(fù)責(zé)機(jī)器初始化和注冊、分發(fā)發(fā)票、開發(fā)票、退票、廢票、上傳發(fā)票，日交易和卷匯總數(shù)據(jù)、申報、核查等稅控應(yīng)用事務(wù)。
---設(shè)備管理層是針對復(fù)雜的設(shè)備所設(shè)計的管理程序，主要包括ic卡管理、存儲器管理、usb通信管理。
---ic卡管理程序是按照[gb 18240.2-2003]稅控ic卡規(guī)范的要求，設(shè)計對卡的操作命令程序，命令分為基本命令和擴(kuò)展命令。基本命令有文件操作、讀寫記錄、產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)、內(nèi)外部認(rèn)證、取響應(yīng)、應(yīng)用鎖定等功能；稅控卡專用命令有卡注冊、開票、日交易簽名等功能；用戶卡專用命令有注冊簽名、分發(fā)發(fā)票、報稅數(shù)據(jù)匯總等功能。
---存儲器管理程序是對flash存儲空間進(jìn)行地址分配管理，以及按循環(huán)記錄的方式設(shè)計，完成對發(fā)票明細(xì)、日交易和卷匯總記錄的格式化、讀寫、查找等事務(wù)，同時還管理存儲在sram的地址分配表，記錄指針等數(shù)據(jù)。
---usb通信管理程序是按照低速usb1.1的規(guī)范，人機(jī)接口設(shè)備(hid)類別的要求設(shè)計，完成總線枚舉和數(shù)據(jù)通信的事務(wù)。主要采用了endpoint 0(in/out)控制傳輸方式，使用輸入輸出報表格式來與主機(jī)交換數(shù)據(jù)。
---硬件驅(qū)動層主要是各個硬件設(shè)備的實現(xiàn)底層操作的驅(qū)動程序，包括時鐘、ic卡、flash、uart和usb等api庫函數(shù)。時鐘函數(shù)實現(xiàn)設(shè)置、讀、寫時鐘和日歷等功能；ic卡函數(shù)實現(xiàn)ic卡的插卡檢測、卡上下電、卡復(fù)位和卡命令等功能；flash函數(shù)實現(xiàn)外部flash存儲器的擦除、讀、寫數(shù)據(jù)等功能；uart和usb函數(shù)實現(xiàn)設(shè)置，接收和發(fā)送數(shù)據(jù)等功能。

總結(jié)
---按照模塊化思想，硬件采用的是模塊+底板架構(gòu)，主處理及核心硬件都集中于模塊上，電源與接插件等放置在底板上。軟件底層對上層都采用api函數(shù)的形式。通過包括器件、軟硬件開發(fā)平臺、解決方案和全功能模塊等形式在內(nèi)的產(chǎn)品和服務(wù)，構(gòu)建多種開發(fā)與合作的模式，有助于促進(jìn)整機(jī)廠商的大規(guī)模生產(chǎn)，降低成本和節(jié)省時間。

參考文獻(xiàn)
1 [gb 18240-2003] 稅控收款機(jī).2003.6
2 金之誠,李德領(lǐng),馬潮. μpsd32xx高速soc51單片機(jī)原理及應(yīng)用.清華大學(xué)出版社.2005