安卓的智能工控机小票打印机驱动软件开发
摘 要 近年来，工控设备飞速发展其性能得到大幅度提升，功能也逐渐完备，又因其成本低廉可靠性强而得到广泛应用。而工控设备中常用的操作系统主要有VxWorks，Windows CE，Linux，安卓。其中基于Linux的安卓操作系统以其以其智能化，移植性好，裁剪性好和其开源的特性在工控机上得到广泛应用且前景广阔。本文主要讲解如何在对工控机进行安卓系统移植并对其进行设备驱动进行开发。本文详细分析了安卓系统框架，安卓系统的HAL层和HAL Stub架构，介绍了开发中常用到的几种开发工具，并对安卓开发中使用的API和JNI进行了介绍。在此基础上，本文用RS232串口热敏打印机驱动这一简单实例对设备驱动开发移植的主要过程和知识点进行展示和总结并且还介绍了热敏打印机工作原理和串口通信的相关知识。本文中硬件平台使用的是广州友善之臂公司生产的Smart210工控机开发板，该开发板采用三星S5PV210芯片CortexA8内核，其运行主频可高达1GHz，核心板标配512M内存和512M高性能SLC闪存，并且支持多种操作系统移植和丰富的外设接口功能为驱动开发提供了良好的硬件环境。本文介绍了热敏打印机从硬件组装到驱动系统开发过程中从在Linux上调试到封装并移植到安卓系统下的详细过程，最后对安卓工控机的驱动开发进行了展望。
目 录
摘 要 I
ABSTRACT II
第1章 绪论 1
1.1 引言 1
1.2 嵌入式操作系统的比较 2
1.2.1 VxWorks操作系统 2
1.2.2 Windows CE操作系统 3
1.2.3 嵌入式Linux操作系统 4
1.2.4 安卓操作系统 4
1.2.5 系统比较 4
1.3 本文工作 5
1.4 论文的组织结构 5
第2章 安卓操作系统 6
2.1 安卓系统的发展过程 6
2.2 安卓系统架构及运行原理 7
2.3 安卓系统HAL层 8
2.4 安卓内核分析 8
第3章 硬件部分 11
3.1 smart210开发板 11
3.2 热敏
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打印机硬件介绍 16
3.3 串口的安装与使用 17
第4章 安卓打印机系统的实现 19
4.1 安卓开发平台 19
4.1.1 eclipse IDE 19
4.1.2 ADT和SDK 20
4.1.3 NDK 21
4.2 JNI 和API的使用 21
4.2.1 JNI 21
4.2.2 API 24
4.3 打印机在Linux下驱动实现 25
4.3.1 打开串口 25
4.3.2 配置串口 26
4.3.3 串口的初始化 27
4.4 热敏打印机指令集介绍 29
4.5 打印机的应用层服务 30
4.6 系统测试 31
第5章 总结与展望 32
5.1 论文主要收获 32
5.2 工作展望 32
参考文献 34
致 谢 35
附录 实物图 37
英文翻译 40
第1章 绪论
1.1 引言
嵌入式系统毫无疑问是现下应用最广的技术，前景无疑也是十分光明。在消费家电智能化这个大背景下，嵌入式系统更是核心技术，它的应用领域覆盖了生活的各个方面。如手机、平板电脑、网络电视、数码摄影摄像设备、优盘、家庭娱乐设备、路由器、交换机、汽车、医疗电子、数控装置、仪表设备、家电自控系统、航天航空装置从家用到工业应用，从低端到高端都需要嵌入式系统。在嵌入式技术飞速进步的巨大推动下，以嵌入式系统为核心的工控设备也逐渐变成了工控机行业发展的潮流，而微型化、低能耗、小噪音、宽温设计、可靠性强的诸多优点使其以极快的速度统领了市场。
相比较于传统的工控机，嵌入式工控机是基于计算机技术而发展的，并且它的工作是围绕着应用为目标的，具有硬件可裁剪这一特性，使其适合在应用系统对可靠度、功能、能耗、成本、体积有严格限制的定制计算机系统。它的构成模块通常是由一下几部分组成：外接的硬件装置、嵌入式微型CPU、嵌入式操作系统和用户的应用程序。这些组件能够对其他设备进行管理、控制和监视的功能。
嵌入式工控机的主要优势在于：
(1) 功能适应性能良好，能和被测被控对象在功能上达到全部匹配，并且还具有可扩展性但不依赖于可扩展性，所以产品的成本优势突出；
(2) 设备微型化，具体表现体现在空间节省型结构设计，结构优化设计没有统一的具体标准，一切以对外接口及安装空间最优利用作为原则；
(3) 可靠性高，在电气功能完成之余除了需要达到可靠性的要求外，还需要达到电磁兼容的设计要求、散热能力的要求、防尘防水功能的要求、抗震动和机械损坏设计等可靠性设计内容的要求；
(4) 低噪音，嵌入式工控机采用超低能耗无风扇设计。设备微型化使得散热的能力达不到应有的规定，加之系统对平均无故障工作时间有着非常强的依赖。所以，在无人管理类的设备上，必须使用超低能耗的无风扇设计。
嵌入式工控机在近年来的使用中数量上已大大的领先于传统工控机。制造工业、过程控制、网络、通讯、仪器、仪表、汽车、船舶、航空、航天、军事装备等均是嵌入式工控机的应用领域。基于嵌入式工控机的强大优势和其广阔的应用前景，使得业界日益盛行它将逐渐取代传统工控机产品的说法 [1]。
1.2 嵌入式操作系统的比较
近年，流行并广泛得到应用的嵌入式操作系统种类繁多。不同的嵌入式系统各有特点。如果按照是否为免费系统，可以分为如下几类。免费嵌入式操作系统和收费的嵌入式操作系统。其中免费的有：嵌入式Linux、安卓等，而收费的则为：VxWorks、Windows CE等。
1.2.1 VxWorks操作系统
美国风河公司在上世纪80年代初期设计并创造了实时操作系统（RTOS）VxWorks。它构成了嵌入式开发环境的核心组成部件，其具有优秀的拓展能力、高性能的内核和优秀的用户开发体验环境等优势，使得其在嵌入式中的实时操作系统领域具有很重要的地位和可观的市场。VxWorks能够在很多不同的CPU上运行让其成为现今嵌入式系统领域中使用用最为宽泛、市场份额最高的系统。
VxWorks凭借其良好的可靠性和优秀的实时性被大量应于在军事、通信、航天、航空等高级尖端技术及实时性要求非常高的应用中，VxWorks的具有如下优点。
可靠性。VxWorks的可靠性十分的显著，使得其在军用技术，空间技术等对设备要求极高的环境中被大量使用。
实时性。VxWorks的系统延时非常短，并且它的系统在运行时所占用的资源也很少，进程间的通讯、进程之间的调度、中断响应等系统基本设定简练而强大，并且响应的速度非常快，这就使得整个系统的实时性异常优异。
多任务。VxWorks为了应对同时产生的多个任务同时工作的问题，提出了两种应对的方法。一个是采用了抢占式调度方法另一个是轮询调度机制，这就使得其具有良好的多任务应对机制。
可裁剪性。VxWorks的内核所占空间极少，并附带了一定数量的能够依据于需求进行重新定做的系统组件。VxWorks最精简版的内核大小只有8KB，就算附带了其余不能删减的组件，其体积也是十分微小的，并且不会丢失其实时、多任务管理的系统优势。因为它具有极强的适应性，开发者可以十分方便的对其操作系统按自己的需求来定做或开发，来达到自己的实际应用需要。
目 录
摘 要 I
ABSTRACT II
第1章 绪论 1
1.1 引言 1
1.2 嵌入式操作系统的比较 2
1.2.1 VxWorks操作系统 2
1.2.2 Windows CE操作系统 3
1.2.3 嵌入式Linux操作系统 4
1.2.4 安卓操作系统 4
1.2.5 系统比较 4
1.3 本文工作 5
1.4 论文的组织结构 5
第2章 安卓操作系统 6
2.1 安卓系统的发展过程 6
2.2 安卓系统架构及运行原理 7
2.3 安卓系统HAL层 8
2.4 安卓内核分析 8
第3章 硬件部分 11
3.1 smart210开发板 11
3.2 热敏
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5^1^9^1^6^0^7^2^*
打印机硬件介绍 16
3.3 串口的安装与使用 17
第4章 安卓打印机系统的实现 19
4.1 安卓开发平台 19
4.1.1 eclipse IDE 19
4.1.2 ADT和SDK 20
4.1.3 NDK 21
4.2 JNI 和API的使用 21
4.2.1 JNI 21
4.2.2 API 24
4.3 打印机在Linux下驱动实现 25
4.3.1 打开串口 25
4.3.2 配置串口 26
4.3.3 串口的初始化 27
4.4 热敏打印机指令集介绍 29
4.5 打印机的应用层服务 30
4.6 系统测试 31
第5章 总结与展望 32
5.1 论文主要收获 32
5.2 工作展望 32
参考文献 34
致 谢 35
附录 实物图 37
英文翻译 40
第1章 绪论
1.1 引言
嵌入式系统毫无疑问是现下应用最广的技术，前景无疑也是十分光明。在消费家电智能化这个大背景下，嵌入式系统更是核心技术，它的应用领域覆盖了生活的各个方面。如手机、平板电脑、网络电视、数码摄影摄像设备、优盘、家庭娱乐设备、路由器、交换机、汽车、医疗电子、数控装置、仪表设备、家电自控系统、航天航空装置从家用到工业应用，从低端到高端都需要嵌入式系统。在嵌入式技术飞速进步的巨大推动下，以嵌入式系统为核心的工控设备也逐渐变成了工控机行业发展的潮流，而微型化、低能耗、小噪音、宽温设计、可靠性强的诸多优点使其以极快的速度统领了市场。
相比较于传统的工控机，嵌入式工控机是基于计算机技术而发展的，并且它的工作是围绕着应用为目标的，具有硬件可裁剪这一特性，使其适合在应用系统对可靠度、功能、能耗、成本、体积有严格限制的定制计算机系统。它的构成模块通常是由一下几部分组成：外接的硬件装置、嵌入式微型CPU、嵌入式操作系统和用户的应用程序。这些组件能够对其他设备进行管理、控制和监视的功能。
嵌入式工控机的主要优势在于：
(1) 功能适应性能良好，能和被测被控对象在功能上达到全部匹配，并且还具有可扩展性但不依赖于可扩展性，所以产品的成本优势突出；
(2) 设备微型化，具体表现体现在空间节省型结构设计，结构优化设计没有统一的具体标准，一切以对外接口及安装空间最优利用作为原则；
(3) 可靠性高，在电气功能完成之余除了需要达到可靠性的要求外，还需要达到电磁兼容的设计要求、散热能力的要求、防尘防水功能的要求、抗震动和机械损坏设计等可靠性设计内容的要求；
(4) 低噪音，嵌入式工控机采用超低能耗无风扇设计。设备微型化使得散热的能力达不到应有的规定，加之系统对平均无故障工作时间有着非常强的依赖。所以，在无人管理类的设备上，必须使用超低能耗的无风扇设计。
嵌入式工控机在近年来的使用中数量上已大大的领先于传统工控机。制造工业、过程控制、网络、通讯、仪器、仪表、汽车、船舶、航空、航天、军事装备等均是嵌入式工控机的应用领域。基于嵌入式工控机的强大优势和其广阔的应用前景，使得业界日益盛行它将逐渐取代传统工控机产品的说法 [1]。
1.2 嵌入式操作系统的比较
近年，流行并广泛得到应用的嵌入式操作系统种类繁多。不同的嵌入式系统各有特点。如果按照是否为免费系统，可以分为如下几类。免费嵌入式操作系统和收费的嵌入式操作系统。其中免费的有：嵌入式Linux、安卓等，而收费的则为：VxWorks、Windows CE等。
1.2.1 VxWorks操作系统
美国风河公司在上世纪80年代初期设计并创造了实时操作系统（RTOS）VxWorks。它构成了嵌入式开发环境的核心组成部件，其具有优秀的拓展能力、高性能的内核和优秀的用户开发体验环境等优势，使得其在嵌入式中的实时操作系统领域具有很重要的地位和可观的市场。VxWorks能够在很多不同的CPU上运行让其成为现今嵌入式系统领域中使用用最为宽泛、市场份额最高的系统。
VxWorks凭借其良好的可靠性和优秀的实时性被大量应于在军事、通信、航天、航空等高级尖端技术及实时性要求非常高的应用中，VxWorks的具有如下优点。
可靠性。VxWorks的可靠性十分的显著，使得其在军用技术，空间技术等对设备要求极高的环境中被大量使用。
实时性。VxWorks的系统延时非常短，并且它的系统在运行时所占用的资源也很少，进程间的通讯、进程之间的调度、中断响应等系统基本设定简练而强大，并且响应的速度非常快，这就使得整个系统的实时性异常优异。
多任务。VxWorks为了应对同时产生的多个任务同时工作的问题，提出了两种应对的方法。一个是采用了抢占式调度方法另一个是轮询调度机制，这就使得其具有良好的多任务应对机制。
可裁剪性。VxWorks的内核所占空间极少，并附带了一定数量的能够依据于需求进行重新定做的系统组件。VxWorks最精简版的内核大小只有8KB，就算附带了其余不能删减的组件，其体积也是十分微小的，并且不会丢失其实时、多任务管理的系统优势。因为它具有极强的适应性，开发者可以十分方便的对其操作系统按自己的需求来定做或开发，来达到自己的实际应用需要。
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