一種打印控制系統的設計

1. 引言

當前，大多數打印機都是由桌面機及相應軟件來(lái)驅動(dòng)的，打印機（printer） 是計算機的輸出設備之一，用于將計算機處理結果打印在相關(guān)介質(zhì)上。衡量打印機好壞的指標有三項：打印分辨率，打印速度和噪聲。將計算機的運算結果或中間結果以人所能識別的數字 、字母、符號和圖形等，依照規定的格式印在紙上的設備。打印機正向輕、薄、短、小、低功耗、高速度和智能化方向發(fā)展。打印機[1]的種類(lèi)很多，按打印元件對紙是否有擊打動(dòng)作，分擊打式打印機與非擊打式打印機。按打印字符結構，分全形字打印機和點(diǎn)陣字符打印機。按一行字在紙上形成的方式，分串式打印機與行式打印機。按所采用的技術(shù)，分柱形、球形、噴墨式、熱敏式、激光式、靜電式、磁式、發(fā)光二極管式等打印機。

2.打印控制系統硬件結構

硬件結構原理圖如圖1所示：

各主要模塊基本組成描述如下：

（1） 微處理器MPU：本系統采用的嵌入式微處理器是Samsung公司S3C2410。這塊處理器是一款基于A(yíng)RM920T內核的16/32位RISC嵌入式微處理器，采用五級流水線(xiàn)和哈佛結構，提供1.1MIPS/MHz的性能，主要面向手持設備以及高性?xún)r(jià)比，低功耗的應用。微機中的中央處理器（CPU）稱(chēng)為微處理器（MPU），是構成微機的核心部件，也可以說(shuō)是微機的心臟。它起到控制整個(gè)微型計算機工作的作用，產(chǎn)生控制信號對相應的部件進(jìn)行控制，并執行相應的操作。在微機中，CPU被集成在一片超大規模集成電路芯片上，稱(chēng)為微處理器（MPU），微處理器插在主板的cpu插槽中。通常所說(shuō)的16位機、32位機是指該計算機中微處理器內部數據總線(xiàn)的寬度，也就是CPU可同時(shí)操作的二進(jìn)制數的位數。目前常用的CPU都是32位的，即一次可傳送32位二進(jìn)制數。

（2）Flash存儲器： 采用Samsung公司K9F1208U0M Nand flash存儲器，存儲容量為64MB,用于存放嵌入式操作系統和應用程序，剩余空間用于暫存文件和用戶(hù)自由存儲使用。

（3）SDRAM存儲器： 采用HY57V561620CT,大小為32MB.

（4）USB集線(xiàn)器芯片： 采用ALCOR MICRO公司AU9254A21型號的USB集線(xiàn)器芯片，可將系統擴展為4個(gè)USB外部接口，用于連接打印機，U盤(pán)，鼠標，鍵盤(pán)等外部設備。

（5）觸摸屏：采用Sharp公司的3.5寸LCD液晶屏， 320×240的分辨率，自帶觸摸功能。

3. 打印控制系統的軟件設計

3.1 linux操作系統簡(jiǎn)介

Linux是一類(lèi)Unix計算機操作系統的統稱(chēng)。Linux操作系統的內核的名字也是“Linux”。Linux操作系統也是自由軟件和開(kāi)放源代碼發(fā)展中最著(zhù)名的例子。它誕生于1991 年的10 月5 日（這是第一次正式向外公布的時(shí)間）。以后借助于Internet 網(wǎng)絡(luò )，并經(jīng)過(guò)全世界各地計算機愛(ài)好者的共同努力下，現已成為今天世界上使用最多的一種UNIX 類(lèi)操作系統，并且使用人數還在迅猛增長(cháng)。嚴格來(lái)講，Linux這個(gè)詞本身只表示Linux內核，但在實(shí)際上人們已經(jīng)習慣了用Linux來(lái)形容整個(gè)基于Linux內核，并且使用GNU 工程各種工具和數據庫的操作系統。Linux 操作系統的誕生、發(fā)展和成長(cháng)過(guò)程始終依賴(lài)著(zhù)以下五個(gè)重要支柱：UNIX 操作系統、MINIX 操作系統、GNU 計劃、POSIX 標準和Internet 網(wǎng)絡(luò )。

目前國際上有兩百多種嵌入式操作系統，比較有影響力的幾種是：VxWorks, uC/OS, Windows CE, Linux, QNX, Palm OS.這其中，Linux以其諸多的優(yōu)點(diǎn)，發(fā)展最快，應用最廣。

Linux操作系統有如下幾個(gè)特點(diǎn)：

（1）免費使用，節省了大量的開(kāi)發(fā)費用。

（2）開(kāi)放源代碼，可以根據需要隨意定制內核。也正是由于其開(kāi)源性，使得Linux成為自由軟件世界的一面旗幟，也使得我們能夠從廣袤的網(wǎng)絡(luò )世界中獲取大量的免費資源。

（3）可移植性，能夠應用于多種硬件平臺。原形可以在標準平臺上開(kāi)發(fā)，然后移植到具體硬件上，加快了開(kāi)發(fā)過(guò)程。

（4）高度的模塊化使添加部件非常容易。

本文所述系統采用經(jīng)過(guò)裁減（依據外圍硬件和所需服務(wù)）的linux操作系統。

3.2 linux操作系統下的打印控制系統

根據打印機的命令方式，可以將其分成文本打印機、PostScript打印機和其它種類(lèi)。所謂文本打印機，就是那些比較古老的針式打印機，我們不需要驅動(dòng)程序，就可以直接用cat命令驅動(dòng)打印機打印文字，但只能打印英文，這種打印機現在已經(jīng)很少使用了。PostScript（簡(jiǎn)稱(chēng)PS）是一種繪圖能力很強的解釋性腳本語(yǔ)言，1985年由Adobe公司制定。由于它占用計算機系統資源少，處理過(guò)程標準化而且與設備無(wú)關(guān)，所以被廣泛的應用于打印系統?，F在，能夠直接支持PostScript的打印機，通常都是非常高級的辦公打印機，對于這種打印機來(lái)說(shuō)，PS語(yǔ)言是它們和計算機之間溝通的最簡(jiǎn)便的方式，應用程序可以將生成的PS文檔直接發(fā)給打印機打印。

接下來(lái)，我們根據圖2所示框圖，介紹一下打印控制系統中的幾個(gè)主要問(wèn)題：

（1）格式轉化程序Netpbm:

一組轉換圖形格式的程序集，可以將png和jpg等格式的圖像經(jīng)中間格式PNM,最終轉換成通用的PostScript格式。其中包括了pngtopnm,pnmtops等一系列獨立的小程序，將它們搭配使用，可以對圖像進(jìn)行諸如縮放，旋轉等各種處理。

（2） GhostScript程序：

對于支持PostScript的打印機而言，要在Linux下使用是比較容易的，但對于那些不支持PostScript的打印機而言，就必須要把PostScript格式轉換成打印機能夠識別的命令格式，而GhostScript就是用來(lái)完成這個(gè)工作的。Ghostscript是PostScript打印機模擬程序，通過(guò)軟件模擬PostScript打印機，它的具體工作是將PostScript頁(yè)面描述語(yǔ)言，轉譯成各種打印機專(zhuān)用的低階打印指令，并發(fā)送給打印機執行。因此，Ghostscript需要知道各種打印機的指令語(yǔ)言，這就是的打印機驅動(dòng)程序。

（3）打印機驅動(dòng)程序：

打印機驅動(dòng)程序是應用軟件與打印機之間交流的橋梁，它可以將轉化好的打印文件，按照各種打印機不同的格式發(fā)送給打印機，因此不同的打印機都有自己特有的打印驅動(dòng)程序。另外，隨驅動(dòng)程序一起發(fā)布的還有PPD文檔，PPD（PostScript Printer Description）是用來(lái)描述打印機功能的文件，里面包含了字體，打印頁(yè)面等的一些描述。

（4）打印管理程序：

作為一個(gè)多用戶(hù)多任務(wù)的操作系統，Linux上的所有程序都是基于多任務(wù)、多用戶(hù)而設計的，打印也不例外。為了讓不同的用戶(hù)、不同的任務(wù)在打印的時(shí)候不會(huì )產(chǎn)生沖突，就需要一個(gè)打印管理程序，我們通常稱(chēng)其為spooler。這類(lèi)管理程序很多，從傳統的LPD，到時(shí)下非常流行的CUPS,它們功能各異，但有一點(diǎn)不變的就是都是用來(lái)協(xié)調打印任務(wù)的。CUPS的工作方式如下：通過(guò)命令行接收要打印的文件；通過(guò)文件的類(lèi)型判斷是否需要將其轉換為PostScript，如果需要，則調用相應的應用程序進(jìn)行轉換；通過(guò)PPD文件來(lái)判斷GhostScript應使用何種驅動(dòng)處理此PostScript文件；把GhostScript處理的結果輸出到打印設備上。

（5）用戶(hù)統一界面Foomatic：

由于打印領(lǐng)域標準問(wèn)題長(cháng)時(shí)間不統一，誕生了各種打印管理程序，而要學(xué)會(huì )為每一個(gè)打印管理程序安裝驅動(dòng)程序，是一件非常復雜的事情；如果用戶(hù)需要更換打印機，也必須更改復雜的設置。為了改善這種狀況，就出現了Foomatic應用程序，它的作用是通過(guò)一種方式管理所有的打印機，把PPD文檔和打印管理程序的配置屏蔽掉，給用戶(hù)一個(gè)友好的統一的界面。

在嵌入式系統設計中，因為其系統資源有限，合理分配資源和保證處理速度是我們首先要考慮的問(wèn)題。一臺不支持PostScript格式的打印機工作時(shí)會(huì )占用大量的CPU處理時(shí)間和內存空間，只是在PC上工作時(shí)，由于CPU處理速度快，內存空間大，所以用戶(hù)感覺(jué)不到罷了?；谝陨峡紤]，本文所設計的嵌入式打印系統，在保留上述打印機系統結構的情況下，以簡(jiǎn)單的shell腳本程序代替CUPS等龐大的打印管理程序，以自行開(kāi)發(fā)的圖形用戶(hù)界面代替Foomatic應用程序。另外，由于惠普公司的打印機驅動(dòng)程序具有良好的通用性和可移植性，因此我們選擇HP Deskjet系列噴墨打印機，同時(shí)使用這一系列的通用驅動(dòng)程序hpijs（含多種打印機型號的PPD文檔），源代碼由惠普公司官方網(wǎng)站提供。

3.3軟件設計中的關(guān)鍵問(wèn)題：

（1）交叉編譯：

IEEE（國際電氣和電子工程師協(xié)會(huì )）對嵌入式系統的定義：“用于控制、監視或者輔助操作機器和設備的裝置”。嵌入式項目的開(kāi)發(fā)中，有一個(gè)重要的環(huán)節就是構建交叉編譯工具鏈。所有的軟件源程序，必須經(jīng)過(guò)這個(gè)工具鏈的編譯，鏈接后才能生成可以在嵌入式系統上運行的代碼。在過(guò)去，編譯一套工具鏈要花費開(kāi)發(fā)人員不少的時(shí)間，但現在在網(wǎng)上很容易就可以下載一套已經(jīng)做好的工具鏈。

（2）打印任務(wù)管理程序：

沒(méi)有使用CUPS打印管理程序，是因為它會(huì )耗費大量的系統資源，這對于嵌入式系統來(lái)說(shuō)無(wú)疑是致命的。但節約資源的同時(shí)，我們也要花費時(shí)間去設計一個(gè)適和于目標系統的程序，來(lái)管理打印任務(wù)。程序流程圖如下所示：

3.4 用戶(hù)圖形界面設計

Foomatic應用程序本身并不大，但它是一個(gè)Perl腳本程序，所以如果要使用它，我們還得額外移植一套龐大的Perl腳本解釋器，這對系統會(huì )有十幾兆的開(kāi)銷(xiāo)。因此，我們選擇用Qt/Embedded工具包開(kāi)發(fā)了一套簡(jiǎn)單的用戶(hù)界面。其主要功能是讓用戶(hù)可以看到存儲設備（flash存儲器或外接usb存儲設備）上的文件，以便選擇打印，其中jpg和png格式的圖像還可以顯示出來(lái)，供用戶(hù)做簡(jiǎn)單編輯后再打??；另外，可以讓用戶(hù)看到驅動(dòng)程序所支持的幾十種打印機型號，用戶(hù)更換打印機后，只要更改相應的型號，程序就會(huì )自動(dòng)調整打印命令，方便了用戶(hù)的管理和使用。

4.結束語(yǔ)

本文設計了一種基于嵌入式Linux的打印控制設備，在一般打印機上實(shí)現了脫離PC預覽，編輯，控制，打印的功能。這一設備具有很大的靈活性，只要移植相應的驅動(dòng)程序，我們可以將其應用于所有打印機，這樣既獲得了優(yōu)越的性能又節省了開(kāi)支，具有較高的實(shí)用價(jià)值。