基于wince系统的收银平台设计(硬件部分)
基于wince系统的收银平台设计(硬件部分)[20191213111737]
摘 要
目前，中小型超市由于规模较小和收银系统成本太高等原因，现在使用的收银平台普遍还存在着硬件性能不稳定，软件不健壮等问题。因此，研究设计出一款性能稳定、功能强大、价格合理的收银平台具有重要意义。
本文提出了采用WINCE 6.0 操作系统开发收银平台的方案，设计了采用ARM 11架构的硬件平台。论文首先介绍了WINCE 6.0操作系统和ARM 11微处理器的特点，然后重点论述了以三星公司的S3C6410处理器作为控制芯片，进行了NandFlash内存模块、SD卡存储模块、液晶模块、键盘模块、网络控制模块以及复位和电源模块的电路设计。其次，设计了RS-232标准接口、USB接口和以 USB为接口的热敏打印机电路，以及完成了RS232/RS458无源转换器的设计。最后对平台进行了硬件及软件的调试，并且通过编写的程序进行了测试，达到了能够在平台上开发收银系统的目的。
本文论述的收银平台应用了嵌入式、微机原理、电路以及电力电子等技术，最终可以实现收银平台的扫描商品、显示商品信息及金额、结算、打印收银小票和对销售数据的存储以及传输处理等功能，具有性能稳定、功能健壮以及价格合理等特点。
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关键字:收银平台；ARM11平台；S3C6410处理器
目 录
摘要 I
ABSTRACT II
第1章 绪论 1
1.1 课题研究背景与意义 1
1.2 中小型超市收银平台发展及现状 1
1.3 本课题开发平台的选择 2
1.3.1 开发平台概述 2
1.3.2 WIN CE系统介绍 3
1.3.3 ARM 11介绍 4
第2章 平台总体方案设计 5
2.1 设计方案概述 5
2.2 S3C6410处理器模块 5
2.2.1显示控制器 6
2.2.2 外围设备 7
2.2.3 接口 7
2.2.4 连接器参数 8
2.3 NandFlash模块 8
2.3.1 NandFlash芯片脚功能定义 8
2.3.2 NandFlash芯片与S3C6410的连接 9
2.4 网络模块 10
2.4.1 DM9000A的硬件接口设计 10
2.4.2 DM9000A的中断设计 12
2.5 液晶显示模块 13
2.6 一维码扫描模块 15
2.6.1 RS-485接口 15
2.6.2 RS-232/ RS-485无源转换器设计 17
2.7 SD卡存储模块 18
2.7.1 SD卡主要引脚定义和功能 18
2.7.2 SD卡与S3C6410处理器之间的数据传输 19
2.8 打印机模块 20
2.8.1 热敏打印机的工作原理 20
2.8.2 热敏打印头连接电路分析 21
2.8.3 USB接口外围电路设计 22
2.9 键盘模块 23
2.9.1 行列式键盘工作原理 24
2.9.2 键盘扫描流程 24
2.10 USB接口模块 25
2.11 串行通信的接口电路模块 27
2.12 复位模块 28
2.13 电源模块 29
2.13.1 3.3V电压部分 29
2.13.2 电流部分 30
第3章 平台的调试 32
3.1 使用AXD软件对裸板的调试 32
3.2 使用DNW软件对USB及串口的调试 35
3.3 其他模块调试 37
第4章 平台上程序的开发与运行 39
4.1 WINCE 6.0系统开发环境的建立 39
4.1.1 软件安装部分 39
4.1.2 编译WINCE 6.0 for SMDK6410 39
4.1.3 WINCE 6.0的开发应用 39
4.2 软件程序调试与运行方法 40
第5章 总结与展望 43
5.1 设计总结 43
5.2 设计展望 43
致 谢 45
参考文献 46
附录 实物图 48
第1章 绪论
1.1 课题研究背景与意义
近年来，收银机在国内得到了快速的发展，已经由原先的新兴引入产品转变为现在成熟发展的产品。收银机是将销售行为与购买活动有机连接的多功能货币结算的媒介。现阶段国内市场的需求量不断扩大，据相关数据统计，中国收银机行业仍以年平均15%的增长率快速发展。而且，随着物联网技术的发展，未来的收银平台也一定会有一个很好的发展前景。使用收银机可以让收银员通过对顾客购买信息的录入，使收银机作出快速的响应，正确地计算出该笔交易额并显示出应收钱、实收钱、找钱等信息，减少了收银员对交易额的计算时间，提高了收银速度，特别是商品条形码的技术应用使收银速度提高了三倍，减少了单笔交易时间，提高了经营效率，方便了顾客。另外收银机支持现金支付方式，支持支票、信用卡、外币、礼券、提货单等付款方式。甚至在同一笔交易中，还可以使用多种方式支付，极大地满足了顾客不同层次的需求。因此开发出一款硬件性能稳定，软件功能健全，体积小巧的收银平台必然具有很好的研究价值和市场价值。
1.2 中小型超市收银平台发展及现状
商业化电子收银是微电子技术发展及现代化商品流通管理理念和技术发展结合的产物，而商业电子收银机则是现代化、自动化商业管理不可缺少的的基本电子设备。1879年，美国的詹敏斯·利迪和约翰·利迪兄弟制造出了世界上第一台收银机，但是其只实现了记录营业记录和监督员工的功能。20世纪60年代后期，随着电子技术的快速发展，电子收银机(ECR)在日本研制成功，它的发明具有划时代的意义，其智能化和网络化的特点使其在技术性能和商业功能等各方面都远远超过了机构式现金收银机。80年代中期，第三代收银机商业专用终端系统(POS机)产生， POS机将电脑硬件和软件集成，形成一个智能化的，既可联网工作，也可单机工作的收银平台。POS机伴随国内零售业及百货业兴起而成为最成功并持续发展的嵌入式计算机应用项目。
目前，在我国的中小型超市中普遍采用的是PC收银平台。这些平台能够实现收银的基本功能，如一维码扫描商品、打印收银小票、数据的存储以及处理等功能。但是其还有以下不完善的地方需要改进：(1)大多数PC收银平台的处理器和内存等硬件性能落后，日益满足不了系统的运行需求；(2)没有自带UPS不间断电源，停电则平台就无法使用；(3)体积较大，占用了空间；(4)大多数都是单机工作，每个收银平台之间不能实现数据的共享及处理；(5)进销存管理以及数据处理等软件功能不健全。但是随着嵌入式以及物联网技术的发展，相信未来的收银平台将会有一个很好的发展前景。
1.3 本课题开发平台的选择
1.3.1 开发平台概述
由于课题要求ARM平台和WIN CE 操作系统，所以在阅读相关的资料以后，确定了采用ARM11平台和WIN CE 6.0操作系统开发收银平台。
(1) 主处理器：三星S3C6410处理器芯片，内核为ARM1176JZF-S。
(2) 内存：三星K4H511638D DDR400 128M RAM芯片。
(3) FLASH 存储：三星 K9F1208U0A NANDFLASH 芯片。
(4) 显示屏：4.3寸TFT LCD,分辨率480×272，带触摸屏。
(5) 接口：（见表1.1）
表1.1开发平台接口名称及个数表
接口名称 个数 接口名称 个数
DB9 RS232串口 USB 2.0 OTG 接口 USB HOST 1.1 接口 立体声音频输出接口 单声道音频输入接口 立体声音频接口 串口座 5V/2A直流电压输入 2 1 1 1 1 1 4 1 红外 按键 GPIO接口 JTAG接口 Camera接口 LCD接口 PWM控制的背光 PWM控制的蜂鸣器 TV-OUT 输出接口 1 6 1 1 1 2 1 1 1
1.3.2 WIN CE系统介绍
Windows CE是一个开放的、可升级的32位嵌入式操作系统，是基于掌上型电脑类的电子设备操作系统。它的图形用户界面相当出色。Windows CE操作系统是Windows家族中的成员，专门设计给掌上电脑以及嵌入式设备所使用的电脑环境。这样的操作系统可使完整的可移动技术与现有的Windows桌面技术整合工作。Windows CE 被设计成针对小型设备（它是典型的拥有有限内存的无磁盘系统）的通用操作系统[22]。
1. WIN CE 系统总体特点
(1) 精简的模块化操作系统。WIN CE 是高度模块化的操作系统，用户可以为了满足特定的要求而对操作系统进行定制，另外其可剪裁性使其体积也可以很小。
(2) 多硬件支持平台。嵌入式系统的特点决定了嵌入式系统硬件设备是多种多样的，WIN CE 可以运行在不用CPU组成的硬件平台上。
(3) 支持有线和无线网络连接。
(4) 实时性支持。
(5) 丰富的多媒体和多语言支持。
(6) 强大易用的开发工具。
2. WIN CE 6.0操作系统特点
(1) 同时运行进程数量的增加。可以同时运行的进程数量从32个上升到32000个，解决了进程数量受到限制的问题。
(2) 虚拟内存空间的增加。WIN CE 是32位的操作系统，具有4G的虚拟地址空间，其中2G为内核空间，2G为用户空间。
(3) 推出了新的开发工具。在WIN CE 5.0系统中，开发工具为Embedded Visual C++、Embedded Visual Basic和Visual Studio.net 2003,内核制定工具则使用Platform Builder。在WIN CE 6.0中，开发工具为Visual Studio 2005，内核定制工具为Platform Builder，其变成了Visual Studio 2005的一个插件。
1.3.3 ARM 11介绍
ARM11系列微处理器是ARM公司近年推出的新一代RISC处理器，它是ARM新指令架构——ARMv6的第一代设计实现。ARMv6架构是根据下一代的消费类电子、无线设备、网络应用和汽车电子产品等需求而制定的。ARM11的媒体处理能力和低功耗特点，特别适用于无线和消费类电子产品；其高数据吞吐量和高性能的结合非常适合网络处理应用；另外，也在实时性能和浮点处理等方面ARM11可以满足汽车电子应用的需求。可以预言，基于ARMv6体系结构的ARM11系列处理器将在上述领域发挥巨大的作用[4]。
1. ARM11处理器的内核特点
(1) 易于综合的流水线结构。ARM11处理器通过forwarding来避免流水线中的数据冲突，进而让指令执行的结果快速进入到后面指令的流水线中。
(2) 跳转预测管理技术。通过动态预测和静态预测解决了跳转指令等待跳转指令被译码后3-4个周期才能就绪的这种延迟。
(3) 增强的存储器访问机制。指令和数据可以被保存在cache中的时间更久，避免了上下文切换时反复重载cache。
(4) 流水线的并行机制。ARM11的数据通路中包含了多个处理单元，所以允许ALU操作、乘法操作和存储器访问操作同时进行。没有数据相关性的指令之间，可以不必等待前面的指令完成而结束自己的执行。
(5) 64位的数据通道。ARM11处理器中，内核和cache，以及协处理器之间的数据通路都是64位的，所以它和64位处理器的性能相差无几。
第2章 平台总体方案设计
2.1 设计方案概述
本文论述的基于ARM 11 架构和WIN CE 6.0操作系统的收银平台的总体结构如图2.1所示。
图2.1 平台总体结构图
该平台功能模块可以分为：网络模块、显示模块、一维码扫描模块、存储模块、打印机模块、键盘模块等。其各个模块硬件的工作流程如图2.2所示。
2.2 S3C6410处理器模块
为了使收银平台能够实现课题所有的要求，本次设计选用了基于ARM11架构的三星S3C6410处理器。该芯片采用ARM1176JZF-S的核，包含了16KB的指令数据Cache和16KB的指令数据TCM，ARM Core电压为1.1V的时候，可以运行到553MHz。在1.2V的情况下，可以运行到667MHz。通过AXI，AHB和APB组成的64/32bit内部总线和外部模块相连[14]。
图2.2 平台硬件工作流程图
2.2.1 显示控制器
显示控制器支持TFT 24Bit LCD屏，分辨率能支持到1024×1024。显示输出接口支持RGB接口，I80接口。支持最多5个图形窗口并可进行Overlay操作，从window0到window4，分别支持不同的图像输入源和不同的图像格式。实际上，显示控制器可以接收来自Carema，Frame Buffer和其他模块的图像数据，可以对这些不同的图像进行Overlay，并输出到不同的接口，比如LCD，TV Encoder。
摘 要
目前，中小型超市由于规模较小和收银系统成本太高等原因，现在使用的收银平台普遍还存在着硬件性能不稳定，软件不健壮等问题。因此，研究设计出一款性能稳定、功能强大、价格合理的收银平台具有重要意义。
本文提出了采用WINCE 6.0 操作系统开发收银平台的方案，设计了采用ARM 11架构的硬件平台。论文首先介绍了WINCE 6.0操作系统和ARM 11微处理器的特点，然后重点论述了以三星公司的S3C6410处理器作为控制芯片，进行了NandFlash内存模块、SD卡存储模块、液晶模块、键盘模块、网络控制模块以及复位和电源模块的电路设计。其次，设计了RS-232标准接口、USB接口和以 USB为接口的热敏打印机电路，以及完成了RS232/RS458无源转换器的设计。最后对平台进行了硬件及软件的调试，并且通过编写的程序进行了测试，达到了能够在平台上开发收银系统的目的。
本文论述的收银平台应用了嵌入式、微机原理、电路以及电力电子等技术，最终可以实现收银平台的扫描商品、显示商品信息及金额、结算、打印收银小票和对销售数据的存储以及传输处理等功能，具有性能稳定、功能健壮以及价格合理等特点。
查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:收银平台；ARM11平台；S3C6410处理器
目 录
摘要 I
ABSTRACT II
第1章 绪论 1
1.1 课题研究背景与意义 1
1.2 中小型超市收银平台发展及现状 1
1.3 本课题开发平台的选择 2
1.3.1 开发平台概述 2
1.3.2 WIN CE系统介绍 3
1.3.3 ARM 11介绍 4
第2章 平台总体方案设计 5
2.1 设计方案概述 5
2.2 S3C6410处理器模块 5
2.2.1显示控制器 6
2.2.2 外围设备 7
2.2.3 接口 7
2.2.4 连接器参数 8
2.3 NandFlash模块 8
2.3.1 NandFlash芯片脚功能定义 8
2.3.2 NandFlash芯片与S3C6410的连接 9
2.4 网络模块 10
2.4.1 DM9000A的硬件接口设计 10
2.4.2 DM9000A的中断设计 12
2.5 液晶显示模块 13
2.6 一维码扫描模块 15
2.6.1 RS-485接口 15
2.6.2 RS-232/ RS-485无源转换器设计 17
2.7 SD卡存储模块 18
2.7.1 SD卡主要引脚定义和功能 18
2.7.2 SD卡与S3C6410处理器之间的数据传输 19
2.8 打印机模块 20
2.8.1 热敏打印机的工作原理 20
2.8.2 热敏打印头连接电路分析 21
2.8.3 USB接口外围电路设计 22
2.9 键盘模块 23
2.9.1 行列式键盘工作原理 24
2.9.2 键盘扫描流程 24
2.10 USB接口模块 25
2.11 串行通信的接口电路模块 27
2.12 复位模块 28
2.13 电源模块 29
2.13.1 3.3V电压部分 29
2.13.2 电流部分 30
第3章 平台的调试 32
3.1 使用AXD软件对裸板的调试 32
3.2 使用DNW软件对USB及串口的调试 35
3.3 其他模块调试 37
第4章 平台上程序的开发与运行 39
4.1 WINCE 6.0系统开发环境的建立 39
4.1.1 软件安装部分 39
4.1.2 编译WINCE 6.0 for SMDK6410 39
4.1.3 WINCE 6.0的开发应用 39
4.2 软件程序调试与运行方法 40
第5章 总结与展望 43
5.1 设计总结 43
5.2 设计展望 43
致 谢 45
参考文献 46
附录 实物图 48
第1章 绪论
1.1 课题研究背景与意义
近年来，收银机在国内得到了快速的发展，已经由原先的新兴引入产品转变为现在成熟发展的产品。收银机是将销售行为与购买活动有机连接的多功能货币结算的媒介。现阶段国内市场的需求量不断扩大，据相关数据统计，中国收银机行业仍以年平均15%的增长率快速发展。而且，随着物联网技术的发展，未来的收银平台也一定会有一个很好的发展前景。使用收银机可以让收银员通过对顾客购买信息的录入，使收银机作出快速的响应，正确地计算出该笔交易额并显示出应收钱、实收钱、找钱等信息，减少了收银员对交易额的计算时间，提高了收银速度，特别是商品条形码的技术应用使收银速度提高了三倍，减少了单笔交易时间，提高了经营效率，方便了顾客。另外收银机支持现金支付方式，支持支票、信用卡、外币、礼券、提货单等付款方式。甚至在同一笔交易中，还可以使用多种方式支付，极大地满足了顾客不同层次的需求。因此开发出一款硬件性能稳定，软件功能健全，体积小巧的收银平台必然具有很好的研究价值和市场价值。
1.2 中小型超市收银平台发展及现状
商业化电子收银是微电子技术发展及现代化商品流通管理理念和技术发展结合的产物，而商业电子收银机则是现代化、自动化商业管理不可缺少的的基本电子设备。1879年，美国的詹敏斯·利迪和约翰·利迪兄弟制造出了世界上第一台收银机，但是其只实现了记录营业记录和监督员工的功能。20世纪60年代后期，随着电子技术的快速发展，电子收银机(ECR)在日本研制成功，它的发明具有划时代的意义，其智能化和网络化的特点使其在技术性能和商业功能等各方面都远远超过了机构式现金收银机。80年代中期，第三代收银机商业专用终端系统(POS机)产生， POS机将电脑硬件和软件集成，形成一个智能化的，既可联网工作，也可单机工作的收银平台。POS机伴随国内零售业及百货业兴起而成为最成功并持续发展的嵌入式计算机应用项目。
目前，在我国的中小型超市中普遍采用的是PC收银平台。这些平台能够实现收银的基本功能，如一维码扫描商品、打印收银小票、数据的存储以及处理等功能。但是其还有以下不完善的地方需要改进：(1)大多数PC收银平台的处理器和内存等硬件性能落后，日益满足不了系统的运行需求；(2)没有自带UPS不间断电源，停电则平台就无法使用；(3)体积较大，占用了空间；(4)大多数都是单机工作，每个收银平台之间不能实现数据的共享及处理；(5)进销存管理以及数据处理等软件功能不健全。但是随着嵌入式以及物联网技术的发展，相信未来的收银平台将会有一个很好的发展前景。
1.3 本课题开发平台的选择
1.3.1 开发平台概述
由于课题要求ARM平台和WIN CE 操作系统，所以在阅读相关的资料以后，确定了采用ARM11平台和WIN CE 6.0操作系统开发收银平台。
(1) 主处理器：三星S3C6410处理器芯片，内核为ARM1176JZF-S。
(2) 内存：三星K4H511638D DDR400 128M RAM芯片。
(3) FLASH 存储：三星 K9F1208U0A NANDFLASH 芯片。
(4) 显示屏：4.3寸TFT LCD,分辨率480×272，带触摸屏。
(5) 接口：（见表1.1）
表1.1开发平台接口名称及个数表
接口名称 个数 接口名称 个数
DB9 RS232串口 USB 2.0 OTG 接口 USB HOST 1.1 接口 立体声音频输出接口 单声道音频输入接口 立体声音频接口 串口座 5V/2A直流电压输入 2 1 1 1 1 1 4 1 红外 按键 GPIO接口 JTAG接口 Camera接口 LCD接口 PWM控制的背光 PWM控制的蜂鸣器 TV-OUT 输出接口 1 6 1 1 1 2 1 1 1
1.3.2 WIN CE系统介绍
Windows CE是一个开放的、可升级的32位嵌入式操作系统，是基于掌上型电脑类的电子设备操作系统。它的图形用户界面相当出色。Windows CE操作系统是Windows家族中的成员，专门设计给掌上电脑以及嵌入式设备所使用的电脑环境。这样的操作系统可使完整的可移动技术与现有的Windows桌面技术整合工作。Windows CE 被设计成针对小型设备（它是典型的拥有有限内存的无磁盘系统）的通用操作系统[22]。
1. WIN CE 系统总体特点
(1) 精简的模块化操作系统。WIN CE 是高度模块化的操作系统，用户可以为了满足特定的要求而对操作系统进行定制，另外其可剪裁性使其体积也可以很小。
(2) 多硬件支持平台。嵌入式系统的特点决定了嵌入式系统硬件设备是多种多样的，WIN CE 可以运行在不用CPU组成的硬件平台上。
(3) 支持有线和无线网络连接。
(4) 实时性支持。
(5) 丰富的多媒体和多语言支持。
(6) 强大易用的开发工具。
2. WIN CE 6.0操作系统特点
(1) 同时运行进程数量的增加。可以同时运行的进程数量从32个上升到32000个，解决了进程数量受到限制的问题。
(2) 虚拟内存空间的增加。WIN CE 是32位的操作系统，具有4G的虚拟地址空间，其中2G为内核空间，2G为用户空间。
(3) 推出了新的开发工具。在WIN CE 5.0系统中，开发工具为Embedded Visual C++、Embedded Visual Basic和Visual Studio.net 2003,内核制定工具则使用Platform Builder。在WIN CE 6.0中，开发工具为Visual Studio 2005，内核定制工具为Platform Builder，其变成了Visual Studio 2005的一个插件。
1.3.3 ARM 11介绍
ARM11系列微处理器是ARM公司近年推出的新一代RISC处理器，它是ARM新指令架构——ARMv6的第一代设计实现。ARMv6架构是根据下一代的消费类电子、无线设备、网络应用和汽车电子产品等需求而制定的。ARM11的媒体处理能力和低功耗特点，特别适用于无线和消费类电子产品；其高数据吞吐量和高性能的结合非常适合网络处理应用；另外，也在实时性能和浮点处理等方面ARM11可以满足汽车电子应用的需求。可以预言，基于ARMv6体系结构的ARM11系列处理器将在上述领域发挥巨大的作用[4]。
1. ARM11处理器的内核特点
(1) 易于综合的流水线结构。ARM11处理器通过forwarding来避免流水线中的数据冲突，进而让指令执行的结果快速进入到后面指令的流水线中。
(2) 跳转预测管理技术。通过动态预测和静态预测解决了跳转指令等待跳转指令被译码后3-4个周期才能就绪的这种延迟。
(3) 增强的存储器访问机制。指令和数据可以被保存在cache中的时间更久，避免了上下文切换时反复重载cache。
(4) 流水线的并行机制。ARM11的数据通路中包含了多个处理单元，所以允许ALU操作、乘法操作和存储器访问操作同时进行。没有数据相关性的指令之间，可以不必等待前面的指令完成而结束自己的执行。
(5) 64位的数据通道。ARM11处理器中，内核和cache，以及协处理器之间的数据通路都是64位的，所以它和64位处理器的性能相差无几。
第2章 平台总体方案设计
2.1 设计方案概述
本文论述的基于ARM 11 架构和WIN CE 6.0操作系统的收银平台的总体结构如图2.1所示。
图2.1 平台总体结构图
该平台功能模块可以分为：网络模块、显示模块、一维码扫描模块、存储模块、打印机模块、键盘模块等。其各个模块硬件的工作流程如图2.2所示。
2.2 S3C6410处理器模块
为了使收银平台能够实现课题所有的要求，本次设计选用了基于ARM11架构的三星S3C6410处理器。该芯片采用ARM1176JZF-S的核，包含了16KB的指令数据Cache和16KB的指令数据TCM，ARM Core电压为1.1V的时候，可以运行到553MHz。在1.2V的情况下，可以运行到667MHz。通过AXI，AHB和APB组成的64/32bit内部总线和外部模块相连[14]。
图2.2 平台硬件工作流程图
2.2.1 显示控制器
显示控制器支持TFT 24Bit LCD屏，分辨率能支持到1024×1024。显示输出接口支持RGB接口，I80接口。支持最多5个图形窗口并可进行Overlay操作，从window0到window4，分别支持不同的图像输入源和不同的图像格式。实际上，显示控制器可以接收来自Carema，Frame Buffer和其他模块的图像数据，可以对这些不同的图像进行Overlay，并输出到不同的接口，比如LCD，TV Encoder。
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