μPSD 32XX單片機在稅控器開發(fā)中的應(yīng)用

作者：上海P&S電子有限公司 游龍

引言

---稅控設(shè)備是國家稅務(wù)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(shè)備之一，它是在計算機等電子設(shè)備的配合下實現(xiàn)稅控功能的電子裝置，保證經(jīng)營數(shù)據(jù)的正確生成、可靠存儲和安全傳輸，能滿足稅務(wù)機關(guān)的管理和數(shù)據(jù)核查等要求。稅控器是集軟硬件于一體的嵌入式系統(tǒng)，為了提高開發(fā)效率和通用性，采用模塊化設(shè)計，劃分層次結(jié)構(gòu)，盡可能實現(xiàn)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(dǎo)體(ST)公司推出得一款新型單片機，它采用增強型MCS-51內(nèi)核，是MCU+PSD的SoC單片機，具有2片F(xiàn)lash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(diào)制單元PWM、4路8位ADC、主從方式的I2C、獨立的顯示數(shù)據(jù)通道DDC、USB 1.1接口、2路串行通道UART、內(nèi)部看門狗定時器、在系統(tǒng)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(shè)。

---軟件可在KEIL公司的KEIL 51集成開發(fā)環(huán)境μVision2中進行設(shè)計、編譯和仿真，運用ST公司的PSDsoft Express軟件進行編程和內(nèi)部配置。該軟件可以對μPSD32XX系列單片機的片內(nèi)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，到單片機中。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(yīng)用方案設(shè)計

---稅控器平臺應(yīng)具備一些基本功能：具有實時時鐘和記錄稅控數(shù)據(jù)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(wù)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(shù)據(jù)和時鐘運行的備份電池。稅控器作為外掛設(shè)備，其連接關(guān)系如圖1所示，內(nèi)部的硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖2。

主控模塊MCU采用ST公司的 μPSD3234A單片機，它內(nèi)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(shù)據(jù)，可存放一些長期保存的數(shù)據(jù)，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(tǒng)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(fā)票數(shù)據(jù)和稅控數(shù)據(jù)。SPI總線接口的傳輸速率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(jié)省I/O資源，可選擇復(fù)用連線方式，兩個卡共享一路通道，由選卡信號區(qū)分，分別實現(xiàn)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(nèi)部具有SIE、FIFO和收發(fā)器，SIE可以將傳輸信號變成字節(jié)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(xiàn)通信的控制、中斷、收發(fā)等操作。

---UART的電平轉(zhuǎn)換芯片采用Intersil公司的HIN202，MCU內(nèi)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(xiàn)電保護，采用安森美公司的升壓芯片NCP1402SN50T1，當(dāng)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(wù)，避免意外斷電產(chǎn)生錯誤。大電容采用了2個串聯(lián)3.3F/2.5V的卷繞型電容，當(dāng)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(zhuǎn)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(jié)3V/210mAh鋰電池，至少可用10年以上。

---監(jiān)控模塊采用安森美公司的MAX708，實現(xiàn)上電復(fù)位和手動復(fù)位的功能。MAX708還具有電壓監(jiān)控功能，在PFI端選用適當(dāng)?shù)姆謮弘娮?，?dāng)主電源掉電時，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(shè)計方案

稅控器軟件總體上應(yīng)包含兩大部分：主機端軟件和設(shè)備端軟件。主機端與設(shè)備端之間進行的數(shù)據(jù)通信采用“命令—應(yīng)答”方式，由主機端發(fā)送命令，設(shè)備端應(yīng)答。

---主機端軟件可分為四層：應(yīng)用層、稅控函數(shù)層、通信管理層和設(shè)備驅(qū)動層；設(shè)備端軟件也可分為四層：主控層、稅控函數(shù)層、設(shè)備管理層、硬件驅(qū)動層。這里主要介紹設(shè)備端軟件。

---主控函數(shù)負責(zé)系統(tǒng)和設(shè)備的初始化，與主機間的通信監(jiān)控、協(xié)議管理、稅控命令包的解釋和任務(wù)的調(diào)度等事務(wù)。

---稅控函數(shù)是按照國標對稅控器的要求設(shè)計，負責(zé)機器初始化和注冊、分發(fā)發(fā)票、開發(fā)票、退票、廢票、上傳發(fā)票，日交易和卷匯總數(shù)據(jù)、申報、核查等稅控應(yīng)用事務(wù)。

---設(shè)備管理層是針對復(fù)雜的設(shè)備所設(shè)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(guī)范的要求，設(shè)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?、讀寫記錄、產(chǎn)生隨機數(shù)、內(nèi)外部、取響應(yīng)、應(yīng)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(fā)發(fā)票、報稅數(shù)據(jù)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(huán)記錄的方式設(shè)計，完成對發(fā)票明細、日交易和卷匯總記錄的格式化、讀寫、查找等事務(wù)，同時還管理存儲在SRAM的地址分配表，記錄指針等數(shù)據(jù)。

---USB通信管理程序是按照低速USB1.1的規(guī)范，人機接口設(shè)備(HID)類別的要求設(shè)計，完成總線枚舉和數(shù)據(jù)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與主機交換數(shù)據(jù)。

---硬件驅(qū)動層主要是各個硬件設(shè)備的實現(xiàn)底層操作的驅(qū)動程序，包括時鐘、IC卡、FLASH、UART和USB等API庫函數(shù)。時鐘函數(shù)實現(xiàn)設(shè)置、讀、寫時鐘和日歷等功能；IC卡函數(shù)實現(xiàn)IC卡的插卡檢測、卡上下電、卡復(fù)位和卡命令等功能；FLASH函數(shù)實現(xiàn)外部FLASH存儲器的擦除、讀、寫數(shù)據(jù)等功能；UART和USB函數(shù)實現(xiàn)設(shè)置，接收和發(fā)送數(shù)據(jù)等功能。

總結(jié)

---按照模塊化思想，硬件采用的是模塊+底板架構(gòu)，主處理及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(shù)的形式。通過包括器件、軟硬件開發(fā)平臺、解決方案和全功能模塊等形式在內(nèi)的產(chǎn)品和服務(wù)，構(gòu)建多種開發(fā)與合作的模式，有助于促進整機廠商的大規(guī)模生產(chǎn)，降低成本和節(jié)省時間。