超市版稅控收款機的設(shè)計與實現(xiàn)

1 引言
    稅控收款機是具有特定稅控功能的電子收款機，能夠保證數(shù)據(jù)的正確生成、可靠存儲、安全傳輸，并可實現(xiàn)稅務(wù)管理和稽查等功能。與普通地稅業(yè)稅控機相比，超市版需要存儲大量的單品，并有多種商品查找、銷售、收款方式和商業(yè)報表。超市版稅控機是一個復(fù)雜的系統(tǒng)，很難用8位或16位單片機這類功能簡單的處理器來實現(xiàn)，且此類處理器一般無操作系統(tǒng)，操作不便。針對這種情況和中小型超市的需求，這里提出一種基于W90P710處理器及μCLinux操作系統(tǒng)的超市版稅控收款機的設(shè)計方案，提出一種擁有掉電保護裝置、采用嵌入式操作系統(tǒng)，可有效提高稅控機在處理能力、存儲容量、掉電保護和用戶操作等方面性能。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計
2．1 硬件總體架構(gòu)
    該設(shè)計處理器為W90P710／W90N745，這是一款專為稅控收款機而設(shè)計的器件，幾乎集成了稅控機所需的所有控制器，又稱片上系統(tǒng)(SOC)，它采用ARM的ARM7TDMI微處理器核心以及0．18μm標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)，標(biāo)準(zhǔn)操作頻率達(dá)80 MHz，并采用176-Pin／128-Pin LQPF封裝，較大程度降低了功耗和成本，減少了系統(tǒng)的擴展和體積。
    超市版稅控收款機主要包括主控部分(MCU、RAM、程序存儲器、實時時鐘)、稅控存儲器、發(fā)票存儲器、通訊部分、顯示器、打印部分、鍵盤、IC卡讀寫器等必要配置和一些相對于地稅版收款機的擴展配置(條碼槍、錢箱、權(quán)限鎖、稅控收款機硬件設(shè)計總體上采用核心板(CPU板)、接口板、功能模塊外同子系統(tǒng)構(gòu)成。圖1為其硬件組成。

2．2 核心板與接口板模塊
    CPU外圍電路主要包括上電初始化設(shè)置電路、晶振電路和CPU復(fù)位電路。圖2為CPU復(fù)位電路。

    (1)復(fù)位電路當(dāng)電壓為2．8～3．0 V時，CPU能正常工作，但NOR Flash卻不能正常工作，此時寫入Flash的數(shù)據(jù)不可靠，這種情況在非法掉電時，因此，該系統(tǒng)設(shè)計引入CPU復(fù)位電路?？紤]到功耗和成本，選擇ADM-809-T器件，低電平有效，復(fù)位時間140 ns，滿足W90P710對復(fù)位時間的要求。
    (2)SDRAM電路選用兩片并聯(lián)的16位W986d16EH，構(gòu)成32位的SDRAM。
    (3)Flash電路分為NAND Flash和NOR Flash兩部分。本設(shè)計采用W19B／L320S的NOR Flash作為程序存儲器，選用HYUS08121A的NAND Flash作為稅控機的數(shù)據(jù)存儲器。
    (4)USB接口電路W90P710內(nèi)集成有符合USB1．1規(guī)范的USB HOST控制器。由于USB-HOST與USB-DEVICE的控制器都是集成在W90P710內(nèi)部的，只需將其接口引出即可。
    (5)以太網(wǎng)電路主要由MAC控制器和物理層接口(PHY)兩部分組成。W90N710內(nèi)嵌一個以太網(wǎng)MAC控制器，另外采用DM9161物理層器件以提供以太網(wǎng)的接入通道。
    (6)LCD電路考慮到成本，該稅控機顯示功能模塊采用MST-G240128DYSY-5W型液晶顯示器，它是240x128點陣圖形顯示器，其控制器為UC1608。
    (7)RTC掉電保護電路由于稅控數(shù)據(jù)的申報、稽查都要涉及稅控機的系統(tǒng)時間，因此，稅控收款機要求高精度時鐘，故RTC掉電保護電路極其重要。具體電路如圖3所示。

    掉電保護的原理實際上就是用2個二極管來選擇是用系統(tǒng)電源供電還是用備電池供電，當(dāng)稅控機正常供電時，VBAT端的電壓約為2．6 V，此時VD2不導(dǎo)通；若稅控機掉電，VD3不導(dǎo)通，此時VD2導(dǎo)通，開始啟用備用電池供電，實現(xiàn)不間斷供電。由于RTC的供電電壓約1．8 V；所以應(yīng)加一只3．3 V轉(zhuǎn)1．8 V的穩(wěn)壓管對W90P710內(nèi)的RTC控制器供電。
[!--empirenews.page--]2．3 外圍功能子模塊
    超市版稅控收款機外圍設(shè)備包括打印發(fā)票的打印機、用戶操作的鍵盤、與稅控用戶卡通信的讀卡器設(shè)備。這3外圍設(shè)備個模塊各自由一個8位單片機控制，功能相對獨立，將這些設(shè)備模塊獨立設(shè)計后通過串口連接到主機上。處理器W90P710上帶有4個獨立的串口。稅控機內(nèi)設(shè)備間的通信只使用串口1作為串行總線，由核心板擴展3個相同的接口，分別與讀卡器、打印機、鍵盤相連接。ARM7與3個外設(shè)之間采取命令應(yīng)答的通信模式進行通信，并且采用時間片輪詢方案，當(dāng)總線發(fā)生競爭時，可避免一個設(shè)備占用總線資源而導(dǎo)致死機。串口0被用作調(diào)試端口，與PC機相連。串口2接外置手寫板，用于輸入文字信息。串口3接外置MODEM等設(shè)備。針對超市版稅控收款機相對于地稅版所特有的功能，本設(shè)計還增加了條碼槍、錢箱、權(quán)限鎖等外設(shè)。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計
3．1 系統(tǒng)軟件架構(gòu)
    稅控系統(tǒng)軟件主要由硬件驅(qū)動程序、操作系統(tǒng)平臺相關(guān)軟件和應(yīng)用軟件3部分組成。硬件驅(qū)動程序包括CPU初始化、Flash驅(qū)動、LCD驅(qū)動、USB驅(qū)動、以太網(wǎng)驅(qū)動、串口驅(qū)動等。操作系統(tǒng)平臺相關(guān)軟件包括系統(tǒng)引導(dǎo)程序(BootLoader)、操作系統(tǒng)內(nèi)核、操作系統(tǒng)組件、API、交叉編譯器等。硬件驅(qū)動程序為μCLinux訪問底層硬件提供統(tǒng)一的接口。系統(tǒng)引導(dǎo)程序是針對開發(fā)板自帶的BootLoader而設(shè)計的，根據(jù)稅控機的實際需求進行修改而得到的。引導(dǎo)程序負(fù)責(zé)上電啟動，硬件檢測及進入μCLinux操作系統(tǒng)。μCLinux操作系統(tǒng)實現(xiàn)文件系統(tǒng)管理、任務(wù)調(diào)動、網(wǎng)絡(luò)功能、設(shè)備驅(qū)動，并提供用戶程序的運行環(huán)境等功能。最上層為應(yīng)用軟件。該稅控系統(tǒng)的嵌入式Linux軟件平臺架構(gòu)如圖4所示。

3．2 應(yīng)用軟件設(shè)計
3．2．1 軟件總體架構(gòu)
    超市版稅控收款機應(yīng)用軟件有3大功能：系統(tǒng)管理設(shè)置功能、商業(yè)功能和稅控功能。主控模塊控制機器信息，包括系統(tǒng)設(shè)置、員丁管理、基本信息查詢以及附加功能。該模塊與商業(yè)管理模塊和稅控管理模塊聯(lián)系比較密切。而商業(yè)管理和稅控管理兩個模塊相對獨立，主要通過機器初始化和開票操作相關(guān)聯(lián)。這3個模塊的數(shù)據(jù)都存儲在嵌入式數(shù)據(jù)庫中。在模塊化設(shè)計的同時，每個模塊還采用分層設(shè)計，有分界面、數(shù)據(jù)庫和基本流程3層，分別調(diào)用不同的API接口，結(jié)構(gòu)清晰，為后續(xù)代碼的跨平臺移植奠定了基礎(chǔ)。系統(tǒng)功能模塊的劃分如圖5所示。

    應(yīng)用軟件是超市版稅控收款機的核心。由于ARM7處理器沒有MMU(內(nèi)存管理單元)，所以在設(shè)計應(yīng)用程序時一定要考慮到內(nèi)存的使用情況，否則就會出錯，導(dǎo)致程序崩潰。稅控收款機的應(yīng)用軟件采用結(jié)構(gòu)化、模塊化設(shè)計。在模塊劃分的同時，每個模塊又分層次設(shè)計，從上到下依次為界面層，數(shù)據(jù)庫應(yīng)用層以及流程層。
3．2．2 系統(tǒng)管理模塊
    系統(tǒng)管理包括員工管理、系統(tǒng)設(shè)置和基本信息查詢。其中，員工管理主要有權(quán)限管理和單個管理兩種。當(dāng)機器初始化后，數(shù)據(jù)庫有一個默認(rèn)的管理員，操作人在注冊員工之前只能以該管理員的身份登陸，然后注冊新員工來進行操作；系統(tǒng)設(shè)置主要是設(shè)定系統(tǒng)的功能，實現(xiàn)對系統(tǒng)設(shè)置表的操作；基本信息查詢是對數(shù)據(jù)庫的操作，用戶可以在這個子模塊內(nèi)查詢機器的信息。
3．2．3 商業(yè)管理模塊
    商業(yè)管理包括銷售和報表兩個模塊。其中，銷售模塊是超市版收款機運用最頻繁的一部分，包括收款員交接班，錢箱管理，多種單品錄入方式等功能。而報表子模塊主要是總結(jié)一個階段內(nèi)銷售及發(fā)票信息，以便用戶了解一段時間內(nèi)的銷售量，單個項目的銷售量以及員工業(yè)績等。查看報表后，用戶可以打印各種報表信息。
3．2．4 稅務(wù)管理模塊
    稅務(wù)管理模塊包括發(fā)票管理和稅務(wù)管理兩個模塊。其中，發(fā)票管理模塊主要管理對稅控機的發(fā)票。按常規(guī)來說，退票和廢票是銷售的另外兩種方式，之所以將發(fā)票管理模塊放在稅務(wù)管理模塊中，主要是因為這兩個模塊使用較少，沒有必要和銷售放在一起，每次都需選擇。只有稅務(wù)管理模塊是稅控收款機最主要的功能，因此要求安全可靠，考慮到所有異常情況的發(fā)生，才能有利于稅控機的推廣。稅務(wù)管理包括稅務(wù)初始化、開票、申報、完稅、稽查等功能。

4 應(yīng)用實例
    經(jīng)過精心設(shè)計和反復(fù)調(diào)試，目前樣機已完成且通過測試和鑒定，能可靠的實現(xiàn)各項功能。具體功能實現(xiàn)為：分權(quán)限管理，支持6個管理員、99個收款員；可打印13種商業(yè)報表：支持兩萬個PLU，條碼長度支持1~20位；最多可將商品分成50個部類進行管理；可快捷注冊20個PLU；最多可保留20條銷售暫掛信息；擁有輸入快捷鍵、商品編碼、商品條形碼、商品拼音4種商品錄入查找方式；支持現(xiàn)金、優(yōu)惠券、信用卡、支票以及兩種外幣等6種付款方式，并可進行退票，廢票操作；最多可同時使用6個項目，每個項目可對應(yīng)不同稅率；具有單張發(fā)票限額、累計發(fā)票限額、退票限額功能；可支持打印76 mm、57 mm兩種發(fā)票；可存儲100筆錢箱報告和記錄50 000條發(fā)票明細(xì)；可保持10年日交易數(shù)據(jù)(國標(biāo)要求不少于5年)；能夠可靠地完成報稅、完稅及稅務(wù)部門的稽查功能。

5 結(jié)束語
    在國家稅控機有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，仔細(xì)研究目前稅控收款機的不足與缺陷，根據(jù)市場需求，設(shè)計超市版稅控收款機的軟硬件。但由于硬件限制，單品注冊數(shù)量和查找速度仍不夠理想，此款稅控機適用于中小型超市，在此基礎(chǔ)上經(jīng)過升級可開發(fā)網(wǎng)絡(luò)版收款機，將其使用于大型超市。