μPSD 32XX單片機在稅控器開(kāi)發(fā)中的應用

引言

---稅控設備是國家稅務(wù)部門(mén)實(shí)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(shí)現稅控功能的電子裝置，保證經(jīng)營(yíng)數據的正確生成、可靠存儲和安全傳輸，能滿(mǎn)足稅務(wù)機關(guān)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(kāi)發(fā)效率和通用性，采用模塊化設計，劃分層次結構，盡可能實(shí)現硬件的靈活性和軟件的可移植性要求。

μPSD32XX單片機特點(diǎn)

---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(gè)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(mén)狗定時(shí)器、在系統編程的JTAG口、可編程的加密安全技術(shù)、零功耗技術(shù)等豐富的功能和外設。

---軟件可在KEIL公司的KEIL 51集成開(kāi)發(fā)環(huán)境μVision2中進(jìn)行設計、編譯和仿真，運用ST公司的PSDsoft Express軟件進(jìn)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(jìn)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(shí)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(shí)時(shí)時(shí)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(xiě)器，支持稅控卡、用戶(hù)卡和稅務(wù)管理卡，通過(guò)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(shí)鐘運行的備份電池。稅控器作為外掛設備，其連接關(guān)系如圖1所示，內部的硬件系統結構見(jiàn)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(cháng)期保存的數據，維持電流1μA。通過(guò)USB或UART與主機相連，通過(guò)I2C與RTC相連，通過(guò)通用I/O與ICC及MEM相連。

---時(shí)鐘模塊RTC采用ST公司的M41T0M6，提供實(shí)時(shí)時(shí)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(lái)存儲發(fā)票數據和稅控數據。SPI總線(xiàn)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(guò)I/O線(xiàn)與其通信。為了節省I/O資源，可選擇復用連線(xiàn)方式，兩個(gè)卡共享一路通道，由選卡信號區分，分別實(shí)現稅控卡和用戶(hù)卡的訪(fǎng)問(wèn)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(fā)器，SIE可以將傳輸信號變成字節存入寄存器，所以通過(guò)事先對SIE的配置，然后訪(fǎng)問(wèn)已定義的地址和端口，來(lái)實(shí)現通信的控制、中斷、收發(fā)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(guò)USB接口線(xiàn)輸入(5V/500mA)。用戶(hù)可任選一路，直接提供給5V的器件工作。

---為了實(shí)現電保護，采用安森美公司的升壓芯片NCP1402SN50T1，當正常工作時(shí)，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(shí)間，此時(shí)可完成一些重要的任務(wù)，避免意外斷電產(chǎn)生錯誤。大電容采用了2個(gè)串聯(lián)3.3F/2.5V的卷繞型電容，當充滿(mǎn)時(shí)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(shí)現上電復位和手動(dòng)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(shí)，就可產(chǎn)生掉電中斷信號。

---狀態(tài)指示采用發(fā)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(tài)。在MCU的I/O上還可連接自定義的狀態(tài)指示，如出錯、運行、自檢測等狀態(tài)。

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(jìn)行的數據通信采用“命令—應答”方式，由主機端發(fā)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(dòng)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(dòng)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(xié)議管理、稅控命令包的解釋和任務(wù)的調度等事務(wù)。

---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(fā)發(fā)票、開(kāi)發(fā)票、退票、廢票、上傳發(fā)票，日交易和卷匯總數據、申報、核查等稅控應用事務(wù)。

---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?；久钣形募僮?、讀寫(xiě)記錄、產(chǎn)生隨機數、內外部認證、取響應、應用鎖定等功能；稅控卡專(zhuān)用命令有卡注冊、開(kāi)票、日交易簽名等功能；用戶(hù)卡專(zhuān)用命令有注冊簽名、分發(fā)發(fā)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(jìn)行地址分配管理，以及按循環(huán)記錄的方式設計，完成對發(fā)票明細、日交易和卷匯總記錄的格式化、讀寫(xiě)、查找等事務(wù)，同時(shí)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(lèi)別的要求設計，完成總線(xiàn)枚舉和數據通信的事務(wù)。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(lái)與主機交換數據。

---硬件驅動(dòng)層主要是各個(gè)硬件設備的實(shí)現底層操作的驅動(dòng)程序，包括時(shí)鐘、IC卡、FLASH、UART和USB等API庫函數。時(shí)鐘函數實(shí)現設置、讀、寫(xiě)時(shí)鐘和日歷等功能；IC卡函數實(shí)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(shí)現外部FLASH存儲器的擦除、讀、寫(xiě)數據等功能；UART和USB函數實(shí)現設置，接收和發(fā)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(guò)包括器件、軟硬件開(kāi)發(fā)平臺、解決方案和全功能模塊等形式在內的產(chǎn)品和服務(wù)，構建多種開(kāi)發(fā)與合作的模式，有助于促進(jìn)整機廠(chǎng)商的大規模生產(chǎn)，降低成本和節省時(shí)間。