超市版税控收款机的设计与实现

1 引言
    税控收款机是具有特定税控功能的电子收款机，能够保证数据的正确生成、可靠存储、安全传输，并可实现税务管理和稽查等功能。与普通地税业税控机相比，超市版需要存储大量的单品，并有多种商品查找、销售、收款方式和商业报表。超市版税控机是一个复杂的系统，很难用8位或16位单片机这类功能简单的处理器来实现，且此类处理器一般无操作系统，操作不便。针对这种情况和中小型超市的需求，这里提出一种基于W90P710处理器及μCLinux操作系统的超市版税控收款机的设计方案，提出一种拥有掉电保护装置、采用嵌入式操作系统，可有效提高税控机在处理能力、存储容量、掉电保护和用户操作等方面性能。

2 系统硬件设计
2．1 硬件总体架构
    该设计处理器为W90P710／W90N745，这是一款专为税控收款机而设计的器件，几乎集成了税控机所需的所有控制器，又称片上系统(SOC)，它采用ARM的ARM7TDMI微处理器核心以及0．18μm标准生产，标准操作频率达80 MHz，并采用176-Pin／128-Pin LQPF封装，较大程度降低了功耗和成本，减少了系统的扩展和体积。
    超市版税控收款机主要包括主控部分(MCU、RAM、程序存储器、实时时钟)、税控存储器、发票存储器、通讯部分、显示器、打印部分、键盘、IC卡读写器等必要配置和一些相对于地税版收款机的扩展配置(条码枪、钱箱、权限锁、税控收款机硬件设计总体上采用核心板(CPU板)、接口板、功能模块外同子系统构成。图1为其硬件组成。

2．2 核心板与接口板模块
    CPU外围电路主要包括上电初始化设置电路、晶振电路和CPU复位电路。图2为CPU复位电路。

    (1)复位电路当电压为2．8～3．0 V时，CPU能正常工作，但NOR Flash却不能正常工作，此时写入Flash的数据不可靠，这种情况在非法掉电时，因此，该系统设计引入CPU复位电路。考虑到功耗和成本，选择ADM-809-T器件，低电平有效，复位时间140 ns，满足W90P710对复位时间的要求。
    (2)SDRAM电路选用两片并联的16位W986d16EH，构成32位的SDRAM。
    (3)Flash电路分为NAND Flash和NOR Flash两部分。本设计采用W19B／L320S的NOR Flash作为程序存储器，选用HYUS08121A的NAND Flash作为税控机的数据存储器。
    (4)USB接口电路W90P710内集成有符合USB1．1规范的USB HOST控制器。由于USB-HOST与USB-DEVICE的控制器都是集成在W90P710内部的，只需将其接口引出即可。
    (5)以太网电路主要由MAC控制器和物理层接口(PHY)两部分组成。W90N710内嵌一个以太网MAC控制器，另外采用DM9161物理层器件以提供以太网的接入通道。
    (6)LCD电路考虑到成本，该税控机显示功能模块采用MST-G240128DYSY-5W型液晶显示器，它是240x128点阵图形显示器，其控制器为UC1608。
    (7)RTC掉电保护电路由于税控数据的申报、稽查都要涉及税控机的系统时间，因此，税控收款机要求高精度时钟，故RTC掉电保护电路极其重要。具体电路如图3所示。

    掉电保护的原理实际上就是用2个二极管来选择是用系统电源供电还是用备电池供电，当税控机正常供电时，VBAT端的电压约为2．6 V，此时VD2不导通；若税控机掉电，VD3不导通，此时VD2导通，开始启用备用电池供电，实现不间断供电。由于RTC的供电电压约1．8 V；所以应加一只3．3 V转1．8 V的稳压管对W90P710内的RTC控制器供电。
2．3 外围功能子模块
    超市版税控收款机外围设备包括打印发票的打印机、用户操作的键盘、与税控用户卡通信的读卡器设备。这3外围设备个模块各自由一个8位单片机控制，功能相对独立，将这些设备模块独立设计后通过串口连接到主机上。处理器W90P710上带有4个独立的串口。税控机内设备间的通信只使用串口1作为串行总线，由核心板扩展3个相同的接口，分别与读卡器、打印机、键盘相连接。ARM7与3个外设之间采取命令应答的通信模式进行通信，并且采用时间片轮询方案，当总线发生竞争时，可避免一个设备占用总线资源而导致死机。串口0被用作调试端口，与PC机相连。串口2接外置手写板，用于输入文字信息。串口3接外置MODEM等设备。针对超市版税控收款机相对于地税版所特有的功能，本设计还增加了条码枪、钱箱、权限锁等外设。

3 系统软件设计
3．1 系统软件架构
    税控系统软件主要由硬件驱动程序、操作系统平台相关软件和应用软件3部分组成。硬件驱动程序包括CPU初始化、Flash驱动、LCD驱动、USB驱动、以太网驱动、串口驱动等。操作系统平台相关软件包括系统引导程序(BootLoader)、操作系统内核、操作系统组件、API、交叉编译器等。硬件驱动程序为μCLinux访问底层硬件提供统一的接口。系统引导程序是针对开发板自带的BootLoader而设计的，根据税控机的实际需求进行修改而得到的。引导程序负责上电启动，硬件检测及进入μCLinux操作系统。μCLinux操作系统实现文件系统管理、任务调动、网络功能、设备驱动，并提供用户程序的运行环境等功能。最上层为应用软件。该税控系统的嵌入式Linux软件平台架构如图4所示。

3．2 应用软件设计
3．2．1 软件总体架构
    超市版税控收款机应用软件有3大功能：系统管理设置功能、商业功能和税控功能。主控模块控制机器信息，包括系统设置、员丁管理、基本信息查询以及附加功能。该模块与商业管理模块和税控管理模块联系比较密切。而商业管理和税控管理两个模块相对独立，主要通过机器初始化和开票操作相关联。这3个模块的数据都存储在嵌入式数据库中。在模块化设计的同时，每个模块还采用分层设计，有分界面、数据库和基本流程3层，分别调用不同的API接口，结构清晰，为后续代码的跨平台移植奠定了基础。系统功能模块的划分如图5所示。

    应用软件是超市版税控收款机的核心。由于ARM7处理器没有MMU(内存管理单元)，所以在设计应用程序时一定要考虑到内存的使用情况，否则就会出错，导致程序崩溃。税控收款机的应用软件采用结构化、模块化设计。在模块划分的同时，每个模块又分层次设计，从上到下依次为界面层，数据库应用层以及流程层。
3．2．2 系统管理模块
    系统管理包括员工管理、系统设置和基本信息查询。其中，员工管理主要有权限管理和单个管理两种。当机器初始化后，数据库有一个默认的管理员，操作人在注册员工之前只能以该管理员的身份登陆，然后注册新员工来进行操作；系统设置主要是设定系统的功能，实现对系统设置表的操作；基本信息查询是对数据库的操作，用户可以在这个子模块内查询机器的信息。
3．2．3 商业管理模块
    商业管理包括销售和报表两个模块。其中，销售模块是超市版收款机运用最频繁的一部分，包括收款员交接班，钱箱管理，多种单品录入方式等功能。而报表子模块主要是总结一个阶段内销售及发票信息，以便用户了解一段时间内的销售量，单个项目的销售量以及员工业绩等。查看报表后，用户可以打印各种报表信息。
3．2．4 税务管理模块
    税务管理模块包括发票管理和税务管理两个模块。其中，发票管理模块主要管理对税控机的发票。按常规来说，退票和废票是销售的另外两种方式，之所以将发票管理模块放在税务管理模块中，主要是因为这两个模块使用较少，没有必要和销售放在一起，每次都需选择。只有税务管理模块是税控收款机最主要的功能，因此要求安全可靠，考虑到所有异常情况的发生，才能有利于税控机的推广。税务管理包括税务初始化、开票、申报、完税、稽查等功能。

4 应用实例
    经过精心设计和反复调试，目前样机已完成且通过测试和鉴定，能可靠的实现各项功能。具体功能实现为：分权限管理，支持6个管理员、99个收款员；可打印13种商业报表：支持两万个PLU，条码长度支持1~20位；最多可将商品分成50个部类进行管理；可快捷注册20个PLU；最多可保留20条销售暂挂信息；拥有输入快捷键、商品编码、商品条形码、商品拼音4种商品录入查找方式；支持现金、优惠券、信用卡、支票以及两种外币等6种付款方式，并可进行退票，废票操作；最多可同时使用6个项目，每个项目可对应不同税率；具有单张发票限额、累计发票限额、退票限额功能；可支持打印76 mm、57 mm两种发票；可存储100笔钱箱报告和记录50 000条发票明细；可保持10年日交易数据(国标要求不少于5年)；能够可靠地完成报税、完税及税务部门的稽查功能。

5 结束语
    在国家税控机有关标准的基础上，仔细研究目前税控收款机的不足与缺陷，根据市场需求，设计超市版税控收款机的软硬件。但由于硬件限制，单品注册数量和查找速度仍不够理想，此款税控机适用于中小型超市，在此基础上经过升级可开发网络版收款机，将其使用于大型超市。