AT91RM9200在嵌入式税控POS系统中的应用

摘  要:首先介绍并分析了我国税控POS产业的现状及存在问题，并以目前市场条件下共有的突出技术问题为重心，加以详细阐述；然后在技术层面从硬件和软件两个角度进行了细致方案选型及可性行分析；最后定位以ARM结构体系处理器为核心的嵌入式税控POS解决方案。同时还从实际应用角度，对我国税控POS产业发展趋势做了分析和预测。
关键词: ARM，Linux，税控POS，嵌入式解决方案

1 引 言
    据赛迪顾问统计，全国将有300～500万台的市场装机总容量及相关税务接口软硬件、配套设备、服务和培训等市场需求，会形成至少300～400亿元的巨大市场。然而，整个税控收款机市场急待解决的问题还不少。

    税控POs概念在我国提出虽已有几年时间，但其现有方案总体技术含量较低，如今各商家的产品基本已趋于同质化。这一现象非常不利于行业的发展．淡化了人们对该行业发展的期望。分析其原因，有来自企业自身的自主创新能力缺乏，也有来自产业链的上下游厂商配合力度不够，甚至还有来自我国相关行业的法律法规相对滞后和不够完善。所有这些问题，都严重影响着我国税控POS产业的发展。

2 方案需求分析
    对于一个目标系统应用的方案选型，应考虑安全性能、知识产权、产品多元化和服务专业化等多种问题，但更主要的还是基于如下考虑：

    首先，不论从硬件实现角度还是从软件实现角度来看，税控POS系统都是非常复杂的体系。不同于通常的POS终端，税控POS系统不但要满足如今社会信息化的各种要求，还要能满足我国现阶段对税源监控的严格要求。

    其次，嵌入式ARM处理器集成度等方面的独特优越性和相对低廉的价位，也是我们选择用它来实现税控POS系统的重要根据。

    再者，嵌人式税控POS系统是一套智能且复杂的税控体系，很难再用单片机那样功能单一的处理器来实现。即使用单片机可以做到，那么不论在系统实现的成本上还是系统设计的复杂度上都要远远超过用32位架构的嵌人式处理器实现的模式。本文采取了全新的设计理念，即以高安全性的、32位架构的嵌入式处理器为核心，结合嵌入式Linux操作系统来完成。下面将对ARM处理器系列当中一款典型且性能优异的嵌入式处理器AT91RM9200在税控POS系统上的实现，给以详细介绍。

3 方案设计与实现
3．1 系统设计架构与性能参数
    AT91RM9200是一款最具代表性的基于ARM920T核的嵌人式处理器，其总线架构接口模式如图1所示。AT91 RM9200不但性能卓越，同时价格相对低廉，而且还是一款工业级微控处理器；其集成度也十分高，几乎囊括了嵌入式应用领域内的各种主流接口。另一个重要参考因素，那就是方案应用定位。此税控POs方案于设计之初，就已充分考虑了方案定位的典型性和普适性，没有一味追求高端。同时，嵌人式系统设计的特点也告诉我们，应用系统设计不应一味追求高性能。作为嵌入式领域内的应用系统设计，应充分考虑系统应用的具体需要，充分利用软硬件本身已有的各种资源，合理地定位系统选型。这样才能更好地发挥嵌人式系统在设汁上的灵活性等优势。

    表1为系统的性能参数。

3．2  系统软硬件构成及实现

(1) 硬件构成

    硬件设计上，在核心处理器AT91RM9200的基础上，外扩了各种接口的专用芯片，如图2所示。

其主要实现接口如下：

    ①税控专用接口：税控器的专用通道，是专为税务部门有效控制税收来源而设计和预留的；其灵活的模块化设计，极大地方便了税控器的功能升级和维护。

    ②网络接口：具有智能纠错功能的10／100 MHz自适应的高速以太网口设计，保证了数据传输的高效性和实时性。

    ③标准串行接口：提供3个2线串口、1个4线串口和1个8线串口来支持多种外设，如IC卡、磁条扫描、串行热敏打印机和GPRS／CDMA无线通信模块等。

    ④存储卡接口：丰富的各类存储卡接口，包括USB Host、USB Device、CF卡和IDE硬盘等，可以实现大容量数据存储。

(2) 软件构成

    采用的是一套标准的嵌入式Linux系统——ARM—Linux，其构件包括U boot(Boodoader)、zImage(Kernel)和Ramdisk(Filesystem)3个主体部分。其中：

    ①Bootloader:系统启动时第一时间执行的一段代码；在功能上类似PC机上的BIOS系统。应用系统主要靠它来完成系统的安装和调试等任务；在整个系统设计过程中，BootLoader是与具体硬件结合最紧密的部分，其实现主要为汇编语言。

    ②Kernel：整个应用系统的核心，它负责统一调度和管理系统上的所有资源；系统启动过程中，继引导代码之后进一步初始化外设和系统配置。

    ③Filesystem：ARM—Linux系统下的重要组成部分，可以简单理解为系统下各种文件的有机组织结构；一般包台系统以及其上应用程序运行时所需的各种库文件和资源文件。

    以上3部分的有机结合便构成了一个完整的ARM—Linux操作系统。实际应用时还须通过烧写器把它固化在一颗FLASH芯片上。

3．3 方案价值与特点

    ①高度安全性：首先，该方案在应用上是系统级的，整个系统设计是把上层应用纳入系统一级实现的；其次，操作系统上选择了以安全性著称的Linux系统实现，再结合ARM处理器的各种数据保护机制的使用，有效地保证了税控POS在数据采集、处理、存储和传送等过程中的高度安全性。

    ②稳定健壮性：采用最主流的ARM9处理器AT9lRM9200，主频为200 MHz，性能高，功耗低，内置资源丰富，外围电路设计简单，保证了生产的方便和稳定。采用QFP封装的处理器取代BGA封装，大大降低了整板的焊接成本，提高了整机的一次调测成功率。

    ③扩展灵活性：通过内置的两个USBHost接口为产品的后续升级提供高度的扩展性，如USB无线网卡和LISB键盘、鼠标等输人设备。

    ④多种存储方式：提供扩展FLASH存储，并支持IDE硬盘、电子盘、CF卡和U盘等存储卡。

    ⑤多种通信方式：提供100 MFIz以太网，吞吐量可达60 Mbps以上。支持普通Modem拨号、GPRS／CDMA拨号和ADSL拨号上网。

    ⑥普适通用性：支持多种LCD屏及VGA显示器，包括黑白屏和TFT真彩屏；分辨率可支持640×480以上，并支持触摸屏(800×600)，满足多种POS机应用需求。

    ⑦界面可自定义：提供基于嵌入式Linux操作系统的丰富的软件资源，例如各种GUI API供客户定制自己的u1界面；甚至产品外壳也可设计得非常小巧、精致。

    ⑧操作简易方便：支持PS2，以及USB标准键盘、鼠标，自定义小键盘和触摸屏等。

4   税控POS发展趋势

    各种嵌入式税控POS不断推陈出新，具有无线功能的手持终端POS也已开始应用。随着我国网络纳税的兴起，过不了多久，嵌有功能更强大的并网纳税管理系统的税控POS产品将会发展起来。届时整个税控POS系统不再是单一的POS终端，而是一套网络化、系统化、智能化的税控P0S设备。这类POS终端很可能先出现在一些高档的餐饮、娱乐等场所，然后逐步普及开来。因此，未来几年时间内，税控P0S的发展应该是更多地向更高的信息化、网络化和智能化方向不断推进。

5 结束语

    目前，此方案已通过国家相关部门的严格测试和认证，并已实现量产。事实证明，基于ARM结构体系的嵌入式税控POS解决方案，优势是十分明显的，同时也是十分成功的。为此，要感谢ARM公司及其合作伙伴给我们提供了如此性能卓越的微控制器／微处理器；更令人振奋的是，ARM公司及其合作伙伴一直快速、稳健地推出适用于各种场合的ARM架构核与微控制器／微处理器。我们有理由相信ARM体系结构处理器在中国市场的普及和推广必将带动我国税控POS等电子产业的快速发展。