[硕士论文精品]基于armlinux的烟草零售信息终端的设计与实现

湖南大学硕士学位论文基于ARMLINUX的烟草零售信息终端的设计与实现姓名余展然申请学位级别硕士专业控制科学与工程指导教师彭楚武20090301硕上学位论文摘要本文针对国家烟草局关于以信息化带动烟草行业现代化建设的要求，密切结合“烟草销售业务管理系统“科研项目进行研究开发，设计了一个基于ARMLINUX的烟草零售信息终端。零售商户可以在此终端上完成商品零售的整个过程，并可通过终端完成订货预测和订货确认的操作，同时可以下载和浏览各种烟草商品信息、订货、查看历史营销记录、浏览各种通知广告，并与烟草公司互动操作。本文首先分析了课题的研究背景及烟草零售信息终端的国内外现状，给出了一个基于ARMLINUX、GPRS无线网络的烟草销售业务管理系统的总体结构；然后根据烟草零售信息终端的功能需求构建了基于ARM9的硬件平台的整体设计方案；介绍了基于ARM9内核的微处理器3C2440A及关键外围模块，设计了各模块的硬件接口电路；并在硬件平台上成功移植实现了一个基本的嵌入式LINUX系统的软件平台；随后深入研究了LINUX26弓F入的PLATFORMDRIVER机制下的字符设备驱动程序的开发方法，在全面分析了汉王手写芯片HW006的通信协议的基础上，开发了汉王手写芯片的触摸屏驱动程序，实现了在触摸屏上的点击与汉字手写识别；最后研究了LINUX中的串口操作编程，完成了基于华为GTM900BGPRS模块的数据通信程序设计和条形码扫描程序模块的开发，并研究了多线程编程技术在网络数据收发中的应用方法，设计了烟草零售信息终端所需的数据库和图形界面。所研制的烟草零售信息终端已成功应用于山西省某市的各个烟草零售点，运行结果表明，该终端运行稳定可靠，与用户的交互方便快捷，采集到的各类数据能够及时、有效、准确地传输到应用管理系统，各方面性能都达到了课题的要求，为烟草销售市场预测、货物配送和营销推广提供了一种有效的手段。关键词烟草零售；嵌入式系统；图形用户界面；汉王手写；SQLITE数据库H基于ARMLINUX的烟草零售信息终端的设计与实现ABSTRACTBASEDONTHEPROJECTOFTOBACCOMARKETINGMANAGEMENTSYSTEM，THETOBACCORETAILINFORMATIONTERMINALISDESIGNEDACCORDINGTOTHEDEMANDSOFSTATETOBACCOMONOPOLYBUREAUFORPROMOTINGTOBACCOINDUSTRYMODERNIZATIONCONSTRUCTIONWITHINFORMATIZATIONBYTHETERMINAL，TOBACCORETAILERSCOULDCOMPLETETHEWHOLEPROCESSOFTOBACCORETAILEVENORDERFORECASTANDORDERCONFIRMMOREOVER,THETERMINALAPPLIESSERVICESOFDOWNLOADINGANDBROWSINGKINDSOFTOBACCOCOMMODITYINFORMATION，ORDERING，CHECKINGHISTORICALSALESRECORDS，BROWSINGKINDSOFNOTICEANDADVERTISEMENT，ANDINTERACTIONWITHTHETOBACCOCOMPANYFIRSTLY，THISPAPERANALYZESTHERESEARCHBACKGROUNDOFTHESUBJECTANDTHECURRENTSTATUSOFTOBACCORETAILINFORMATIONTERMINALATHOMEANDABROADANOVERALLSTRUCTUREOFTOBACCOMARKETINGMANAGEMENTSYSTEMBASEDONARMLINUX，GPRSWIRELESSNETWORKISPRESENTED；SECONDLY，THEOVERALLDESIGNSCHEMEBASEDONARM9HARDWAREPLATFORMISCONSTRUCTEDACCORDINGTOTHEDEMANDOFTOBACCORETAILINFORMATIONTERMINAL；MICROPROCESSORS3C2440AANDKEYPERIPHERALMODULESAREINTRODUCEDANDTHEINTERFACECIRCUITSAREDESIGNEDANDTHESOFTWAREPLATFORMBASEDONEMBEDDEDLINUXISSUCCESSFULLYPORTEDTOHARDWAREPLATFORM；THIRDLY，ALLINTENSIVESTUDYOFDEVELOPMENTMETHODOFCHARACTERDEVICEDRIVERBASEDONPLATFORMDRIVERINTRODUCEDBYLINUX26ISMADE，WITHTHECOMPREHENSIVEANALYSISOFCOMMUNICATIONPROTOCOLOFHANWANGHANDWRITINGCHIPHW006，TOUCHSCREENDEVICEDRIVERTHATCANRECOGNIZECLICKINGANDHANDWRITINGOFTOUCHSCREENISDEVELOPEDFINALLY，AFTERTHERESEARCHOFSERIALPROGRAMMINGINLINUX，THEPROGRAMOFGPRSMODULEDATACOMMUNICATIONBASEDONHUAWEIGTM900BANDTHEDEVELOPMENTOFBARCODESCANNERPROGRAMAREFINISHEDBESIDES，IMPLEMENTATIONMETHODOFMULTITHREADEDPROGRAMMINGINTHENETWORKDATATRANSMISSIONISSTUDIEDDATABASEANDGRAPHICALINTERFACEOFREQUIREMENTSOFTHETOBACCORETAILINFORMATIONTERMINALAREDESIGNEDTHETOBACCORETAILINFORMATIONTERMINALHASBEENSUCCESSFULLYAPPLIEDTOALLTOBACCORETAILERSINSOMECITYOFSHANXIPROVINCETHERUNNINGRESULTSSHOWTHATTHETERMINALISWORKINGSTABLY，THEINTERACTIONWITHTHEUSERSISFASTANDCONVENIENT，ANDALSOTHEDATACOLLECTEDCANBETIMELY，EFFECTIVELY，ANDACCURATELYTRANSFERREDTOTHEAPPLICATIONMANAGEMENTSYSTEMTHEPERFORMANCEOFALLISSUEHASREACHEDTHEREQUIREMENTSOFTHEPROJECT，ANDITCOULDBEANEFFECTIVEWAYOFTOBACCOMARKETIII硕上学位论文FORECASTING，GOODSDISTRIBUTIONANDMARKETINGPROMOTIONKEYWORDSTOBACCORETAILEMBEDDEDSYSTEMGRAPHICALUSERINTERFACEGUL；HANWANGHANDWRITING；SQLITEDATABASEIV湖南大学学位论文原创性声明本人郑重声明所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名会眵日期泸7年J，月R日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湖南大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于L、保密口，在年解密后适用本授权书。2、不保和。请在以上相应方框内打“”作者签名乍I蒯。导师签名嘲蕉扒别笏秽YL、日期沙，1年厂月7RELE1期沙J年厂月JBET硕士学位论文11课题的研究背景第1章绪论目前以信息化带动烟草行业现代化建设，全力推进行业信息化建设，已成为国内烟草行业关注的热点课题。国家烟草局近日颁布了数字烟草发展纲要，纲要指出【L】，建设数字烟草，一是要通过信息化改变传统的生产经营模式，通过实施行业整个供应链的一体化管理，实现以市场为导向优化资源配置、提高效率、降低成本、提升效益的目标。二是要把信息化融入到行业、企业的实际工作中，全面落实依法行政、依法管理、依法经营，运用信息化开展技术创新、管理创新和制度创新，建立全面、准确、量化的管理体系，实现管理从定性向定量、由静态向动态、由事后向实时的转变，提升行业生产经营管理水平，提高应对国际竞争的能力。为加强卷烟销售网络建设、规范经营管理、提高客户服务质量，响应烟草总局的要求，山西省烟草公司某市公司对现有烟草运营模式进行了主动变革，大力推进流通现代化，为此积极推广“协同营销的现代零售、物流管理模式。同时，该市烟草专卖局公司领导多次强调信息化建设应与服务消费者、服务工业企业为根本目标。目前我国的烟草销售体制是采用烟草专卖体制，烟草提供的订货方式主要以电话订货、客户经理访销方式为主，零售商户需要打电话到该市烟草的呼叫中心，提出需要配送的烟草商品种类、数量，然后由相关部门根据库存情况为零售客户进行配货或由呼叫中心主动打电话询问零售商户，确定是否需要对卷烟进行配货。访销方式则是由客户经理定期走访经营商户以获得商户的需求信息。这种传统的销售方式存在一定的缺陷，例如烟草客户、零售商户、烟草局没有有效的沟通途径，无法实现信息共享；无法获得零售商户每日的准确销售信息；需要人工参与才能获得零售商户的配货需求信息和库存信息；无法获知面向最终消费者的市场信息。为缓解这类问题，烟草局迫切需要通过一套系统，通过获知零售商户的每次销售信息，从而获得准确的销售、订货需求、经营能力以及准确的消费市场分析信息。基于卷烟零售商户的素质水平，这套系统的终端设备使用需要非常简便，终端设备和通信方式需要足够可靠和便捷。同时，从零售商户的承受能力来说，终端设备的使用应具备一定的经济性。随着这类设备的大力推广使用，可以将采集到的数据及时、有效、准确地传输到应用管理系统，为市场预测、货物配送和营销推广提供支持。12烟草零售信息终端的研究现状国内目前烟草零售信息终端的研究方面主要有下面几种方式L、基于手机方式的订货终端。这种方式的产品主要是基于手机短信方式实现订货、查询、甚至资金支付功能。2、基于固定电话短信方式的订货终端。这种是基于中国电信的固定电话终端来实现实现烟草订货、发货、付款等功能，如汉王信息电话烟草终端。该方式组网简单灵活，通过内嵌MODEM，或使用普通电话线通过当地家家E平台或固网短信，或自建专用固网短信息系统，连接烟草系统接入服务器。3、专门的烟草销售终端。这种终端是专门的烟草零售终端，除具备日常销售功能外还兼具订货功能，可以通过电话MODEM上传订单实现订货。以上国内市场上能看到的各种烟草零售信息终端虽然具备了一定的订货、销售功能，但在信息采集方面却十分薄弱，无法方便地采集全面真实的烟草销售信息、配货需求信息和库存信息，而且基本上都是基于有线方式，在灵活性、可移动性、扩展能力上有一定的局限。由于体制的不同，国外如美国，烟草市场全面走向市场经济，烟草销售渠道主要是通过大型零售连锁店销售，拥有强大的、覆盖面广的物流配送体系，再加上先进的计算机网络和信息技术，订货与配货的自动化程度非常高，对消费者信息的采集也有专门的调查公司来负责；又如日本，烟草订货通常有EOS订货连锁企业电子订单订货、RT订货专用电脑终端机订货、FAX订货传真订货和电话订货四种方式，其中的RT订货所用的专用电脑终端机就类似于国内的搿家家E“，专门用于卷烟订货，零售店运用RT机通过电话线与订货中心电脑主机连接，完成订货工作。该机器价值10万日元左右，共有6个功能按钮和一组数字钮，体积比普通电话机略大。使用RT的用户须在每个订货周期内送货日前一天中午之前，任意时间将订货品牌、数量等输入RT传送至订货中心。对于传真的方式，日本烟草公司专门开发了一套软件来识别几万种不同的手写字体，通过字体的识别确认订单完成订货。目前国内外烟草零售信息终端正在朝无线网络、功能全面具备日常销售、订货、信息采集等功能、操作简便、更加人性化的方向发展。13嵌入式系统定义及特点根据国际电气和电子工程师协会IEEE的定义【21嵌入式系统EMBEDDEDSYSTEMS是“用于控制、监视或者辅助操作机器和设备的装置”。硕士学位论文国内一般定义是P】以应用为中心、以计算机技术为基础，软硬件可裁剪，从而能够适应实际应用中对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。实际上，嵌入式系统本身是一个外延极广的名词，凡是与产品结合在一起的具有嵌入式特点的控制系统都可以叫嵌入式系统，它可能是庞大的机器，也可能是小巧的手持设备，因此很难给它下一个精确的定义。现在人们讲嵌入式系统时，某种程度上指近些年比较热的具有操作系统的嵌入式系统，本文设计的烟草零售信息终端也沿用这一观点。嵌入式系统具有以下特点【45】L、系统内核小。由于嵌入式系统一般是应用于小型电子装置的，系统资源相对有限，所以内核较之传统的操作系统要小得多。比如ENEA公司的OSE分布式系统，内核只有5K。2、专用性强。嵌入式系统的个性化很强，其中的软件系统和硬件的结合非常紧密，一般要针对硬件进行系统的移植，即使在同一品牌、同一系列的产品中也需要根据系统硬件的变化和增减不断进行修改。同时针对不同的任务，往往需要对系统进行较大更改，程序的编译下载要和系统相结合，这种修改和通用软件的“升级“是完全两个概念。3、生命周期长。当嵌入式系统应用到产品以后，还可以进行软件升级，它的生命周期与产品的生命周期几乎一样长。4、系统精简。嵌入式系统一般没有系统软件和应用软件的明显区分，不要求其功能设计及实现上过于复杂，这样一方面利于控制系统成本，同时也利于实现系统安全。5、高实时性的系统软件是嵌入式软件的基本要求，而且软件要求固态存储，以提高速度；软件代码要求高质量和高可靠性。6、嵌入式软件分为不带操作系统和带操作系统的软件系统。不带操作系统是指某些嵌入式系统使用一个简单的循环控制对外界的控制请求进行处理，不具备现代操作系统的基本特征如进程管理、存储管理、设备管理、网络通信等。带操作系统的嵌入式系统的软件部分包括操作系统软件和应用程序编程，利用选配的操作系统开发平台，可以合理地调度多任务，利用系统资源、系统函数以及其他库函数接口。7、嵌入式系统开发需要开发工具和环境。由于其本身不具备自举开发能力，即使设计完成以后用户通常也是不能对其中的程序功能进行修改的，必须有一套开发工具和环境才能进行开发，这些工具和环境一般是基于通用计算机上的软硬件设备以及各种逻辑分析仪、混合信号示波器等。开发时往往有主机和目标机的概念，主机用于程序开发，目标机作为最后的执行机，开发时需要交替结合进行。摹于ARMLINUX的烟草零售信息终端的设计与实现14嵌入式系统发展现状及趋势嵌入式系统已经广泛地应用到当今各个领域，与我们的生活息息相关，小到掌上的数字产品，大到汽车、航天飞机F6】。同时，嵌入式系统也正处在一个飞速发展和激烈竞争的时代，未来的几年里这种发展和竞争将达到白热化的程度。就嵌入式系统的技术来说，国外发展速度极快，技术日趋成熟，嵌入式系统硬件，特别是嵌入式CPU的处理能力提升较快，由8位、16位升级到32位，掌上电脑、PDA、智能手机、智能汽车等新产品层出不穷，产业规模日益壮大【7】；而国内发展也增长很快，市场潜力很大，虽然目前国内的嵌入式系统关键硬件主要靠国外引进，技术基础比较薄弱，然而随着国内市场的扩大及投身于嵌入式系统开发的技术人员大量增加，国内的嵌入式发展也呈现出欣欣向荣的局面。在嵌入式系统快速发展和市场扩大的同时，也对嵌入式系统的开发者提出了更高的要求。总的来说，未来的嵌入式系统发展呈现如下特点【89】L、向小型化、低功耗、低成本发展目前，社会的各个方面都在向绿色节能发展，嵌入式系统也不例外，为满足这种特性，要求嵌入式软件产品设计者必须精心挑选处理器硬件，选用合适的嵌入式操作系统，限制内存容量和复用接口芯片，提高软件设计水平。2、向网络化功能发展随着INTERNET时代的到来，大量的嵌入式设备将连到INTEMET上，并通过网络相互通信，自动操作，而无需人的干预。可以想象，随着仪表、控制器、执行器、家电等嵌入式设备连到INTEMET上，网上设备将是现在的数百倍、数千倍。近年来出现了嵌入式INTERNET概念，指设备通过嵌入式模块而非PC直接接入INTEMET，以INTERNET为介质实现信息交互过程，国内有关单位也开始研制嵌入式INTERNET相关产品。3、越来越依赖操作系统的支持随着新功能的增加，特别是必须具备实时多任务处理与控制以及联网功能，离开嵌入式操作系统环境平台的支持，编写应用程序将变的异常复杂与困难，甚至于应用程序根本无法正常运行。在嵌入式操作系统平台基础上编写应用程序，可以有效减小开发难度、缩短开发时间、减少开发成本、降低开发风险。4、人机交互界面更加友好随着嵌入式系统的发展，人们对嵌入式产品的要求越来越高，而一种嵌入式产品在市场上能否成功，不仅仅要看该产品功能是否强大，也要看是否有着友好的人机交互界面。目前，在PDA等先进的嵌入式设备上如苹果公司的IPHONE手机已实现全触摸屏输入、绚丽的操作界面，可以预见，全触摸屏输入、绚丽的交互界面、语音控制等必将成为未来嵌入式终端发展的趋势。硕士学位论文15基于ARMLINUX的嵌入式系统ARM处理器以其卓越的性能和显著优点已成为高性能、低功耗、低成本嵌入式CPU的代名词，已经得到众多半导体生产商和系统供应商的大力支持。目前已经占据了75的32位64位嵌入式CPU的市场份额，广泛应用于通信、手持计算、数字消费等行业。在开发过程中，在嵌入式操作系统平台基础上编写应用程序，可以有效减小开发难度、缩短开发时间、减少开发成本、降低开发风险；在系统运行过程中，需要嵌入式操作系统来组织管理系统的资源与任务。可见，这些嵌入式系统越来越依赖于操作系统【10】。嵌入式LINUX是将日益流行的LINUX操作系统进行裁剪修改，使之能在嵌入式计算机系统上运行的一种操作系统。LINUX做嵌入式的优势有以下几点【11】1、LINUX是开放源代码的，遍布全球的众多LINUX爱好者又是LINUX开发者的强大技术支持。2、LINUX的内核小、效率高，内核的更新速度很快，LINUX是可以定制的，其系统内核最小只有约134KB。3、LINUX是免费的操作系统，在价格上极具竞争力。4、LINUX还有着嵌入式操作系统所需要的很多特色，突出的就是LINUX适应于多种CPU和多种硬件平台，是一个跨平台的系统。到目前为止，它可以支持二三十种CPU。而且性能稳定，裁剪性很好，开发和使用都很容易。使用LINUX来开发无线连接产品的开发者越来越多。LINUX在快速增长的无线连接应用主场中有一个非常重要的优势，就是有足够快的开发速度。这是因为LINUX有很多工具，并且LINUX为众多程序员所熟悉。正是目前嵌入式系统的发展状况及嵌入式LINUX的上述多个优点，以ARMLINUX为框架的嵌入式系统逐渐成为众多嵌入式系统开发商的首选。16课题来源及其系统的总体结构本文密切结合长沙某科技有限公司委托开发的实际科研项目进行研究设计，该项目要求研制一套基于GPRS无线网络的烟草销售业务管理系统，该系统包括通过智能接入终端设备和业务管理平台及通讯网络，通过GPRS、短信与烟草公司的后台营销系统实现7X24小时全天候的电子化信息交互，为烟草行业供应链环节的数据采集和零售终端管理提供强大支持，且能实现“移动公话“功能，增加业务黏性。系统将成为连接烟草公司、零售户以及最终消费者之间的信息桥梁。系统可提供如下功能1、为零售商户采集零售商品信息，反映市场真实需求。基于APDLINUX的烟草零售信息终端的设计与实现2、采集零售商户订货预测信息，并通过对社会库存分析，克服卷烟生产、经营过程中的盲目性和随意性。3、品牌走向分析，为“产销衔接、以销定产”提供依据。4、消费者行为分析，将市场多层次、多样化的需求表现为对卷烟产品数量、质量、品牌等的具体要求，为卷烟产品结构调整和优化提供市场信号和导向。5、最终消费市场的销售，为工商企业准确的市场行为提供依据，提升零售商户经营水平，提供零售商户自身的“管家婆“。6、有利于零售商户对客户进行细分并实施个性化和差异化服务，从而提高消费者的满意度和忠诚度。7、通过预留的接口，可与未来的网上订货系统无缝对接。系统主要由两部分组成烟草零售信息终端和零售业务系统。烟草零售信息终端分布于各个卷烟专卖店、超市和各烟草自营点。零售商户可以在终端上完成商品零售的整个过程，并可通过终端完成订货预测和订货确认的操作。在经营过程中，零售商户可以利用系统提供的动销台帐完善自身的经营能力。同时可以下载和浏览各种商品信息、订货、查看历史营销记录、浏览各种通知广告，并与烟草公司互动操作。烟草零售信息终端通过GPRS网络连接移动GGSN，移动GGSN网关通过DDN专线或INTERACT与电子商务前置机相连，以实现无线终端与服务器端零售业务系统的数据交换。从可靠性上考虑，除GPRS网络外，系统预留了短信SMS通道作为系统的备份通信手段，当GPRS网络不畅的情况下，系统自动通过短信通道完成与服务器端的数据通信。同时，烟草零售信息终端也可以作为无线公话来使用。零售业务系统主要包括前置服务器、数据库服务器和WEB服务器、应用服务器等。前置服务器负责业务报文解释、业务预处理操作；数据库服务器存储终端机零售商户的交易记录、订货、社会库存等信息。应用服务器完成相关数据的统计和日志，以及中间数据的转存、负载均衡等，并完成业务系统与烟草局自有系统的信息交互；WEB服务器负责向烟草局呈现相关决策分析数据。零售、订货信息上传到业务系统后，相关数据将被分解，订单预测数据被传到烟草自有系统处理，零售信息则经过格式转换后将被保存到数据库中，并由应用服务器和数据库服务器进行相关分析处理。系统拓扑结构如图11所示。围1I蝈草销售业务管理系统拓扑田17课题研究的主要内容及组织结构本文所研究与开发的是烟草销售业务管理系统中的烟草零售信息终端部分，本文将按照嵌入式系统的组成详细介绍烟草零售信息终端的设计及实现，研究的主要内容及组织结构如下。第1章绪论分析课题的研究背景及烟草零售信息终端的国内外现状，研究嵌入式系统的发展现状及趋势给出了烟草业务管理系统的总体框架。第2章烟草零售信息终端的硬件设计设计了基于ARM9的烟草零售信息终端的硬件平台主要包括ARM微处理器选型及关键外围模块设计。第3章嵌入式LINUX系统平台的搭建在实现了ARM9的硬件平台的基础上搭建一个基本的嵌入式LINUX系统的软件平台，为进一步开发烟草零售信息终端的应用程序打下基础，并完成了平台的各个组成部分BOOTLOADER、内核和文件系统的移植下载工作。第4章关键设备驱动程序HW006的触摸屏驱动设计深A研究LINUX下的字符设备驱动程序和LINUX26引入的驱动管理和注册机制PLATFORMDRIVER机制，设计实现了烟草零售信息终端的汉王手写芯片HW006的触摸屏驱动程序。第5章烟草零售信息终端应用程序的设计与实现研究LINUX中的串口操作编程，设计了基于串口的数据通信模块和条形码扫描模块选择嵌入式数据库，实现了烟草零售信息终端的数据存储选择图形用户界面系统，设计了实现烟草零售信息终端的各图形界面。昼画一画月回一基于ARMLINUX的烟草零售信息终端的设计与实现第2章烟草零售信息终端的硬件设计21烟草零售信息终端硬件总体设计烟草零售信息终端硬件平台以基于ARM9内核的微处理器3C2440A芯片为核心，由电源模块、存储器模块、扩展存储器接口模块、扫描器接口模块、GPRS模块、汉王手写的触摸屏模块、音频编解码模块等几部分组成。终端硬件平台框图如图21所示。图21硬件框图图中，烟草零售信息终端的非易失存储器采用NANDFLASH，用于存储系统启动、内核、文件系统、烟草信息数据库、零售信息、客户信息等数据；并提供USB和SD卡接口作为扩展；采用两片32MBYTE构成32位宽64MB的SDRAM，作为程序的运行空间、数据及堆栈；零售商户采用扫描条码的方式，通过3C2440A的第2个RS232接口，采集商品零售信息；零售终端将零售信息或订货信息通过GPRS模块GTM900B发送到零售应用服务器上；用户与终端的交互使用带手写功能的LCD触摸屏模块。22ARM微处理器221ARM简介ARMADVANCEDRISCMACHINES，既可以认为是一个公司的名字，也可以认为是对一类微处理器的通称，还可以认为是一种技术的名字。1991年ARM公司成立于英国剑桥，主要出售芯片设计技术的授权。目前，采用ARM技术知识产权IP核的微处理器，即我们通常所说的ARM微处理器，已遍及工业控制、消费类电子产品、通信系统、网络系统、无线系统等各类产品市场，基于ARM技术的微处理器应用约占据了32位RISC微处理器75以上的8硕十学位论文市场份额，ARM技术正在逐步渗入到我们生活的各个方面【12】。ARM微处理器一般具有如下特点1、体积小、低功耗、低成本、高性能；2、支持THUMB16位ARM32位双指令集，能很好的兼容8位16位器件；3、CPU内部大量使用寄存器，指令执行速度更快；4、大多数数据操作都在CPU内部寄存器中完成；5、寻址方式灵活简单，执行效率高；6、指令长度固定。由于ARM公司本身不直接从事芯片生产，因此目前市场上的各种ARM微处理器芯片都是世界各大半导体生产商从ARM公司购买其设计的ARM微处理器核，根据各自不同的应用领域，加入适当的外围电路，从而形成自己的ARM微处理器芯片进入市场。目前，ARM体系结构的处理器内核有ARM7TDMI、ARM8、ARM9TDMI、ARML0TDMI、ARMLLTDMI等。本终端采用的ARM微处理器芯片是三星公司推出的基于ARM920TDMI内核的嵌入式SOC处理器3C2440A，该微处理器应用极为广泛。2223C2440A简介3C2440A是SAMSUNG推出的1632位RISCREDUCEDINSTRUCTIONSETCOMPMER处理器，为手持设备和一般类型的应用提供了低价格、低功耗、高性能微控制器的解决方案。S3C2440A的CPU内核采用的是ARM公司设计的ARM920T处理器。ARM920T实现了MMU、AMBA总线和HARVARD高速缓存体系结构，该结构具有独立的16KB指令CACHE和16KB数据CACHE，每个CACHE都是由8字长的行组成的。3C2440A提供一组完整的系统外围设备，从而大大减少了整个系统的成本，省去了系统配置额外器件的开销。3C2440A集成的主要片上功能包括【”】L、12V内核供电，18V25V33V存储器供电，33V外部IO供电2、具有16KB的ICACHE和16KB的DCACHE以及MMU3、外部存储器控制器SDRAM控制器和片选逻辑4、LCD控制器最大支持4K色STN和256K色TFT提供LCD专用DMA5、4通道DMA并有外部请求管脚6、3通道UARTIRDAL0、64字节TXFIFO和64字节RXFIFO和2通道SPI7、L通道多主机12C总线和1通道12S音频编解码器接口8、AC97编解码器接口基于ARLINUX帕烟草零售F勰终靖舯设计与宴现9、SD主接口版本10和MMC卡协议21L兼容版10、2个USB主设备接口，1个USB从设备接口版本1111、4通道PWM定时器，1通道内部定时器，看门狗定时器12、8通道10位ADC和触摸屏接口13、具有日志功能的RTC14、摄像头接口最大支持4096X4096像素的输入、2048X2048像素支持缩放的输入15、130位通用IO和24通道外部中断源16、电源控制模式包括正常、慢速、空闲和掉电4种模式17、具有PLL的片上时钟发生器圈22为3C2440A的结构框图。固一固一圆一亘圃一圄一田一田一回”圉霉LL图圈固圆围223C244A结构柱田3C2440A体系结构的特点如下1、为手持设备和通用嵌入式应用提供片上集成系统解决方案；2、采用ARM920T内核，具有1632位RISC体系结构和强大的指令集；3、增强的ARM体系结构MMU，支持WJNCE、EPOC32和LINUX；4、指令CACHE、数据CACHE、写缓冲器和物理地址TAGRAM的使用降低了主存带宽和延时对性能的影响5、采用ARM920T内核支持ARM调试体系结构6、内部采用先进的微控制总线AMBA体系结构AMBA20、AHBAPB。23外围模块电路设计L、电源模块设计电源电路为系统中所有器件提供工作电压，它是嵌入式系统设计中一个非常硕士学位论文重要的部分。烟草零售信息终端需要提供多种电压源，以满足不同模块对电压的不同要求，各外围模块所需电压如表21所示。表21各外围模块所需电压电压值外围模块50VUSB、条形码扫描器39VGTM90033VCPU、NANDFLASH、SDRAM、SD卡、汉王手写芯片、LCD、键盘芯片125V。CPU由此可见，电源电路必须能够提供50V、39V、33V、125V的电压。外部输入约7V12V的交流电压VAC，经整流后，得到直流电压VDCVACX1414一12V，VDC经MC34063组成的大电流降压变换后，得到30K“80KHZ的脉冲电压，经平波、滤波后，得到约556V的电压，556V电压经LML085变压后得到，39V电压，即可供GTM900B使用。556V到33V和33V到125V的电压转换则采用AMSLLL7和LMLLL7转换器。屯路原理图如图23所示。MC34063是一单片双极型线性集成电路，专用于直流直流变换器控制部分，片内包含有温度补偿带隙基准源、一个占空比周期控制振荡器、驱动器和大电流输出开关，能输出15A的开关电流，它能使用最少的外接元件构成开关式升压变换器、降压式变换器和电源反向器。LMLLL7是一个低压差电压调节器系列。其压差在12V输出，负载电流为800MA时为12V。通过2个外部电阻可实现125V138V输出电压范围，带有电流限制和热保护功能。L旌ILV图23电源电路原理图基于A跚一LINUX的烟草零售信息终端的设计与实现2、存储器模块设计烟草零售信息终端需要非易失的存储器用于存储大量数据，包括系统启动、内核、文件系统、烟草信息数据库、零售信息等，NANDFLASH存储器作为非易失性闪存，它具有低功耗、大容量、擦写速度快等优点。因此，烟草零售信息终端的非易失存储器采用NANDFLASH，型号为K9F1208DOA，组织方式为64M8BIT，528字节的页编程周期通常为200US，16K的块擦除时间通常为2MS，每字节的读取周期为50NS，带有硬件数据保护功能。由于3C2440A带有NANDFLASH控制器，因此FLASH存储器模块的连接电路较为简单，如图24所示。啦D33V舳RFCECLEALENFW宦州限EL四FL瑚IMLL密嘲LLLD盛苛嘲图24NANDFLASH接口电路与FLASH存储器相比较，随机存取存储器不具有掉电保持数据的特性，在掉电后数据不能够长久保存，但其随机读取速度远远快于FLASH存储器，这些特性使它成为嵌入式系统中必不可少的存储设备之一。本终端采用两片32MBYTE构成32位宽64MB的SDRAM，作为程序的运行空间、数据及堆栈，型号为HY57V561620，供电电压为33V，组织方式为4BANKS4M16BIT，最高工作频率133MHZ。图25为两片HY57V561620并联构建32位存储器的电路原理图。册一一“一M一船一舶一舭一肋TTTTTTRT一AAAAAAADDDDDDDDLLLLLLLL76J32LO_PCC加加加M斑加的砌一期WW喳一一啪一瞳纰眦一观一聪一范璐璐7一GM一“一埔一一6一B一拍硕上学位论文氆HZ玎麟16】QLH廿，嘲7，56I脚FFHU山D船柚D，LD】UOD船孙LD口LLDA】IDDR2J柚DJLD】LODRJ】63DQ37LD11D山DR6知D砸LD1I仙D耵30SDQ5LOLD1LDDR日3L6DLLLD1LDDL3，”DQ7L，LD1UODRL033D帕LD】LDDLLLLMDLD1LDDRU幻加P口105LD1LDDRL33JA11PQLL7LD1LDDRL436HDQL2411LDJ丑NXSL工卸B柚PQL3JOLDJLDDLL25，LJLLD1JDQL玎LDALHLW3IUDQULD口MI,AWBD嚣“L墙CUDAH凼曙1M瓦LIE哑”ASLAS17WRSC髓5CSLSCIKI冀MH奶SCL五栅L嘲啊瑚1碍SL、加DI望竹1嘲如D2D弼啊ID印JL，韬S口L，DQL9J盟碡SVDD幛弼明，DQJB。钉图25SDRAM接口电路3、扩展存储接口模块设计烟草零售信息终端在销售信息、库存信息等数据容量超过系统自带的NANDFLASH存储器容量时，需通过扩展存储传输到外部存储设备如U盘和SD卡，作为数据备份。3C2440A内部集成了2个USB主机控制器，完全兼容OCHLL0、USBL1标准，支持低速和全速USB设备，其电路连接比较简单，本系统的USB接口模块电路原理图如图26所示。1盼D50图26USB接口电路3C2440A支持SD主接口版本10和MMC卡协议21L兼容版，带有64字节的FIFO，接口电路原理图如图27所示。13基于A跚一LINUX的烟草零售信息终端的设计与实现图27SDMMC授口电路4、扫描器接口模块设计烟草零售信息终端通过条形码扫描器来识别条形码信息，从而获得各烟草信息。条形码扫描器与S3C2440A采用RS232接口相连，需要电平转换才能实现通信1日。终端采用MAX232作为RS232的电平转换芯片实现串口的通信。MAX232芯片是美信公司专门为电脑的RS232标准串口设计的接口电路，使用5V单电源供电。MAX232使用非常简单，需要的外部元件仅有电容。设计中采用最简连接，除信号地外，仅使用数据发送和数据接收端口。RS232输入输出口与RJ45连接器相连。原理图如图28所示。图28扫描器的旱口接口电路5、汉王手写的触摸屏模块设计为了给用户提供更加友好的用户交互方式，在烟草终端终端中实现了手写输入功能，用户可通过在触摸屏上的点击或手写输入与销售终端的实现交互。屏幕采用触摸屏LCD一体型，LCD分辨率为640480，触摸屏为4线电阻屏，手写识别芯片采用汉王手写芯片HW006。HW006汉王手写芯片内置了触摸屏控制电路，与终端连接采用UART接口，硕十学位论文内嵌了汉王科技最新的手写识别核心。具有三种工作模式点击模式、手写模式、混合模式，可以满足用户在触摸屏LCD分离型、触摸屏LCD体型等不同情况下的各种应用需求。它与触摸屏、CPU的连接电路如图29所示。雌ZTXTWCRES盯GNDU砭UTXRWI6图29汉王手写的触摸屏接口电路6、GPRS模块设计在需要数据传输的嵌入式系统上，无线传输己成为当前应用的趋势，而GPRSGENERALPACKETRADIOSERVICE具有永远在线、快速登录、高速传输等优点【14】，广泛应用于通信系统、无线抄表、无线监控设备中。通常情况下，烟草零售信息终端通过GPRS网络与服务器端零售业务系统进行数据交换，GPRS模块采用华为公司的GTM900无线模块，该模块是一款双频段GSMGPRS无线模块。它支持标准的AT命令及增强AT命令，工作频段为8009001800MHZ8501900MHZ，接受灵敏度为106DBM。配备40PINZIP连接器、RS232双工串口、红外串口接口、SIM30V和18V接口、2路模拟音频输入输出接口、电源输入接口和充电管理、ADC输入等接口。GTM900除了与3C2440A的串口相连外，还须与SIM卡、麦克风MIC等相连，接口电路如图210所示。SLM_O蠕D图210GTM900B接口电路基于A蹦一LINUX的烟草零售信息终端的设计与实现7、音频模块设计烟草零售信息终端采用PHILIPS公司推出的UDAL341TS芯片作为音频编解码器CODEC。UDAL341支持12S总线数据格式，采用位元流转换技术进行信号处理，完成声音信号的模数转换，具有可编程增益放大器和数字自动增益控制器，其低功耗、低电压的特点使其非常适合用于MDCD、笔记本电脑等便携式设备。UDAL341对外提供2组音频信号输入接口，每组包括左右2个声道。UDAL341与3C2440A采用12S总线连接，连接电路如图211所示。VDD驺图211UDAL341接口电路硕学位论文第3章嵌入式LINUX系统平台移植一个嵌入式LINUX系统从软件的角度看通常可以分为四个层次【”11、引导加载程序。包括固化在固件FIRMWARE中的BOOT代码可选，和BOOTLOADER两大部分。2、LINUX内核。针对嵌入式硬件定制的内核以及内核的启动参数。3、文件系统。包括根文件系统和建立于FLASH内存设备之上的文件系统。4、用户应用程序。针对用户需求开发的应用程序。有时在用户应用程序和内核层之间可能还会包括一个嵌入式图形用户界面。常用的嵌入式GUI有QT和MINIGUI等。一个嵌入式LINUX系统的总体框图如图31所示。L用户应用程序彳卜嵌入式文件系统彳产LINUX内核彳L引导加载程序彳卜系统硬件接口图31嵌入式LINUX系统总体框图31BOOTLOADER的介绍与移植311BOOTLOADER简介简单地说，BOOTLOADER就是在操作系统内核运行之前运行的一段小程序，它的作用与PC机上的BIOS类似，通过它可以完成硬件设备的初始化，如CPU、SDRAM、FLASH和串口的初始化，并建立内存空间的映射图，从而将系统的软硬件环境带到一个合适的状态，以便为最终调用操作系统内核准备好正确的环境。此外，还可以通过BOOTLOADER将文件下载到系统板上，对FLASH进行擦除和编程。由于不同的嵌入式系统的硬件实现是不同的，对硬件的初始化也是各不相同，因此BOOTLOADER的实现是严重依赖于硬件的，尽管如此，BOOTLOADER的设计与实现也可以归纳出一些通用的概念1161，来进行特定的设计和实现。在ARM处理器的嵌入式系统中，BOOTLOADER代码的作用主要有以下几点【17】基于A雕一LINUX的烟草零售信息终端的设计与实现L、初始化CPU各种模式的堆栈和寄存器；2、初始化系统中要使用的各种片内外设；3、初始化目标板；4、引导操作系统。大多数BOOTLOADER都包含两种不同的操作模式。“启动加载”模式和“下载“模式【1引。启动加载BOOTLOADING模式这种模式也称为“自主一AUTONOMOUS模式，也即BOOTLOADER从目标机上的某个固态存储设备上将操作系统加载到RAM中运行，整个过程并没有用户的介入。这种模式是BOOTLOADER的正常工作模式。因此在嵌入式产品发布的时候，BOOTLOADER显然必须工作在这种模式下。下载DOWNLOADING模式在这种模式下，目标机上的BOOTLOADER将通过串口连接或网络连接等通信手段从主机下载文档，比如下载应用程序、数据文档、内核映像等。从主机下载的文档通常首先被BOOTLOADER保存到目标机的RAM中然后再被BOOTLOADER写到目标机上的固态存储设备中。BOOTLOADER的这种模式通常在系统更新时使用。工作于这种模式下的BOOTLOADER通常都会向他的终端用户提供一个简单的命令行接口。可见，“下载”模式主要用于开发人员在开发过程中下载需要固化的代码或调试，因此这种区分仅对于开发人员才有意义。常见的BOOTLOADER有VIVI、UBOOT、REDBOOT、LILO等。312VIVI简介本系统采用的BOOTLOADER是韩国MIZI公司开发的VIVI，适用于ARM9处理器，它能够正确引导LINUX系统的运行，当编译完内核后，通过它可快速下载内核和文件系统。VIVI有两种工作模式启动加载模式和下载模式。启动加载模式可以在设定的时间后自行启动LINUX内核，这是VIVI的默认模式。在下载模式下，VIVI为用户提供一个命令行接口，通过接口可以使用VIVI提供的一些命令IL81。VIVI的启动过程分为两个阶段阶段1和阶段2。阶段1的主要工作是硬件初始化配置串口复制自身到SDRAM中跳转到C代码的入口函数。阶段2的主要工作是对硬件系统继续初始化内存映射初始化，内存管理单元MMU初始化初始化堆初始化MTD设备初始化私有数据初始化内置命令启动VIVI。313VIVI移植VIVI源码可以从网站HTTPBLOGIMGCHINAUNIXNETBLOGUPFILE071017080947RAR免费下载，本系统采用的VIVI版本为O14，交叉编译器CROSSCOMPILE版本为2953，以下详细介绍VIVI的编译移植过程。硕士学位论文1、指定交叉编译器、编译器库路径和内核头文件路径根目录的MAKEFILE文件需要做如下改动CROSSCMPILEUSRLOCALARM2953BINARMLINUXLINUXINCLUDE_DIRHOMEKERNELINCLUDEARM_GCCLIBSUSRLOEALARM2953LIBGCCLIBARMLINUX29532、修改NANDFLASH分区需要修改ARCHS3C2440SMDKC文件中的DEFAULT_MTD_PARTITIONS】。烟草零售信息终端的MTD分区规划如表31所示。表31MTD分区规划表修改后的内容为MTD_PARTITION_TDEFAULT_MTD_PARTITIONS】2NAMEVIVI”，OFFSET0，SIZE0X00020000，VIVISIZE128KFLAG0，NAMEPARAM“，OFFSET0X00020000，SIZE0X00010000，PARAMSIZE64KFLAG0NAME”KERNEL”，OFFSET0X000