μPSD 32XX單片機在稅控器開發中的應用(圖)
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關鍵詞：μpsd3234；稅控器；模塊化設計；api函數
---稅控設備是國家稅務部門實施稅收管理信息化的必然手段之一，稅控器作為稅控設備之一，它是在計算機等電子設備的配合下實現稅控功能的電子裝置，保證經營數據的正確生成、可靠存儲和安全傳輸，能滿足稅務機關的管理和數據核查等要求。稅控器是集軟硬件于一體的嵌入式系統，為了提高開發效率和通用性，采用模塊化設計，劃分層次結構，盡可能實現硬件的靈活性和軟件的可移植性要求。
μpsd32xx單片機特點
---μpsd32xx系列單片機是意法半導體(st)公司推出得一款新型單片機，它采用增強型mcs-51內核，是mcu+psd的soc單片機，具有2片flash存儲器、可選擇備電保護的大容量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37或46個i/o引腳、4或5路脈寬調制單元pwm、4路8位adc、主從方式的i2c、獨立的顯示數據通道ddc、usb 1.1接口、2路串行通道uart、內部看門狗定時器、在系統編程的jtag口、可編程的加密安全技術、零功耗技術等豐富的功能和外設。
---軟件可在keil公司的keil 51集成開發環境μvision2中進行設計、編譯和仿真，運用st公司的psdsoft express軟件進行編程下載和內部配置。該軟件可以對μpsd32xx系列單片機的片內flash、sram和pld進行配置，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，下載到單片機中。下載時還需使用flashlink編程電纜連接pc的標準并口和單片機的jtag口。
稅控器應用方案設計
---稅控器平臺應具備一些基本功能：具有實時時鐘和記錄稅控數據的大容量存儲器，符合iso 7816標準的ic卡讀寫器，支持稅控卡、用戶卡和稅務管理卡，通過usb或串口與主機通信，具有在掉電后可保存存儲器數據和時鐘運行的備份電池。稅控器作為外掛設備，其連接關系如圖1所示，內部的硬件系統結構見圖2。
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主控模塊mcu采用st公司的 μpsd3234a單片機，它內部具有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數據，可存放一些長期保存的數據，維持電流1μa。通過usb或uart與主機相連，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，主要用來存儲發票數據和稅控數據。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標準，mcu通過i/o線與其通信。為了節省i/o資源，可選擇復用連線方式，兩個卡共享一路通道，由選卡信號區分，分別實現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，通信速率1.5mbps。由于mcu內部具有sie、fifo和收發器，sie可以將傳輸信號變成字節存入寄存器，所以通過事先對sie的配置，然后訪問已定義的地址和端口，來實現通信的控制、中斷、收發等操作。
---uart的電平轉換芯片采用intersil公司的hin202，mcu內部具有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。
---為了實現電保護，采用安森美公司的升壓芯片ncp1402sn50t1，當正常工作時，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，避免意外斷電產生錯誤。大電容采用了2個串聯3.3f/2.5v的卷繞型電容，當充滿時可維持供電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3v/210mah鋰電池，至少可用10年以上。
---監控模塊采用安森美公司的max708，實現上電復位和手動復位的功能。max708還具有電壓監控功能，在pfi端選用適當的分壓電阻，當主電源掉電時，就可產生掉電中斷信號。
---狀態指示采用發光二級管，分別用于指示電源接通，卡插入指示、jatg程序下載等狀態。在mcu的i/o上還可連接自定義的狀態指示，如出錯、運行、自檢測等狀態。
軟件設計方案
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稅控器軟件總體上應包含兩大部分：主機端軟件和設備端軟件。主機端與設備端之間進行的數據通信采用“命令—應答”方式，由主機端發送命令，設備端應答。
---主機端軟件可分為四層：應用層、稅控函數層、通信管理層和設備驅動層；設備端軟件也可分為四層：主控層、稅控函數層、設備管理層、硬件驅動層。這里主要介紹設備端軟件。
---主控函數負責系統和設備的初始化，與主機間的通信監控、協議管理、稅控命令包的解釋和任務的調度等事務。
---稅控函數是按照國標對稅控器的要求設計，負責機器初始化和注冊、分發發票、開發票、退票、廢票、上傳發票，日交易和卷匯總數據、申報、核查等稅控應用事務。
---設備管理層是針對復雜的設備所設計的管理程序，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卡規范的要求，設計對卡的操作命令程序，命令分為基本命令和擴展命令。基本命令有文件操作、讀寫記錄、產生隨機數、內外部認證、取響應、應用鎖定等功能；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、分發發票、報稅數據匯總等功能。
---存儲器管理程序是對flash存儲空間進行地址分配管理，以及按循環記錄的方式設計，完成對發票明細、日交易和卷匯總記錄的格式化、讀寫、查找等事務，同時還管理存儲在sram的地址分配表，記錄指針等數據。
---usb通信管理程序是按照低速usb1.1的規范，人機接口設備(hid)類別的要求設計，完成總線枚舉和數據通信的事務。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交換數據。
---硬件驅動層主要是各個硬件設備的實現底層操作的驅動程序，包括時鐘、ic卡、flash、uart和usb等api庫函數。時鐘函數實現設置、讀、寫時鐘和日歷等功能；ic卡函數實現ic卡的插卡檢測、卡上下電、卡復位和卡命令等功能；flash函數實現外部flash存儲器的擦除、讀、寫數據等功能；uart和usb函數實現設置，接收和發送數據等功能。
總結
---按照模塊化思想，硬件采用的是模塊+底板架構，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函數的形式。通過包括器件、軟硬件開發平臺、解決方案和全功能模塊等形式在內的產品和服務，構建多種開發與合作的模式，有助于促進整機廠商的大規模生產，降低成本和節省時間。
參考文獻
1 [gb 18240-2003] 稅控收款機.2003.6
2 金之誠,李德領,馬潮. μpsd32xx高速soc51單片機原理及應用.清華大學出版社.2005
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