隨著金稅工程的推廣,,稅控市場將得到迅猛發(fā)展,稅控器" title="稅控器">稅控器作為四大稅控產(chǎn)品之一,,其市場份額不容小覷,稅控廠家需要為產(chǎn)品的性能、成本做多方面考量。之前各個(gè)廠家的稅控器方案,,可能因?yàn)槌杀镜目紤]選擇了8位單片機(jī),也有因?yàn)樾阅軘U(kuò)展的需要選擇16位,、32位MCU作為稅控器主控芯片,。今天,ST(意法半導(dǎo)體公司)延續(xù)了其之前基于STR7的稅控器體系架構(gòu),,并借鑒在STR9銀稅一體機(jī)方案中的經(jīng)驗(yàn),推出了一款采用STM32" title="STM32">STM32這一高性能,、低成本芯片的稅控器方案,。
方案介紹
與以往方案(圖1)對比,STM32方案(圖2)結(jié)構(gòu)簡單,,模塊功能化,,減少了外部數(shù)據(jù)總線的數(shù)量,有效減小制板面積,,很好地保證了系統(tǒng)的可靠性及安全性,。ST還提供詳細(xì)的設(shè)計(jì)報(bào)告,無論是軟件還是硬件的開發(fā)都大大縮短了廠家的開發(fā)時(shí)間,。在正式生產(chǎn)時(shí),,ST可以提供方案中大部分芯片,避免了采購時(shí)可能出現(xiàn)供應(yīng)商多,、采購渠道混亂的情況,,保障其產(chǎn)品快速推向市場。
● 開發(fā)工具
開發(fā)工具推薦兩家:IAR和KEIL(國內(nèi)部分工程師可能習(xí)慣ADS,,但ARM公司已不再對ADS軟件進(jìn)行維護(hù)更新,,故無法支持新的IC,如STM32),。IAR的ISO/ANSI C/C++編譯器能產(chǎn)生精簡,、快速的代碼,,并能支持?jǐn)U展的嵌入式C++特性,包括模板和標(biāo)準(zhǔn)模板庫(STL),。KEIL是用過51單片機(jī)的工程師都很熟悉的工具,,被ARM公司收購之后,在IDE中可以直接使用ARM的工具鏈,,具有強(qiáng)大的軟件仿真功能,,對于習(xí)慣用ADS的工程師來說,KEIL是個(gè)不錯(cuò)的選擇,,因?yàn)榇a基本不需要修改,,只需要在KEIL中重建工程即可實(shí)現(xiàn)平臺的轉(zhuǎn)換移植。
● 主控制芯片
ST的STM32系列32位閃存微控制器基于ARM Cortex-M3" title="Cortex-M3">Cortex-M3內(nèi)核,,這是一款專為嵌入式應(yīng)用而開發(fā)的內(nèi)核,。STM32在Cortex-M3架構(gòu)上進(jìn)行了多項(xiàng)改進(jìn),包括提升性能的同時(shí)又提高了代碼密度的Thumb-2指令集,、大幅度提高的中斷響應(yīng),,而且所有新功能都同時(shí)具有優(yōu)異的功耗水平,結(jié)構(gòu)見圖3,。
相較于8位,、16位單片機(jī),ARM核的好處是低功耗,、高性能,,相同的軟件在不同的核之間可以兼容。相較于ARM系列其他芯片,,STM32運(yùn)行速度更快,,性能也得到很大提高,在核上設(shè)計(jì)了單周期乘法制定的硬件觸發(fā),。在代碼的密度上,,比普通32位單片機(jī)省30%~45%;與16位單片機(jī)相比,,代碼空間可以節(jié)省50%,;如果拿8位單片機(jī)作比較,代碼空間可以節(jié)省70%左右,。功耗方面,,STM32工作在1MHz頻率下為0.15mW,只有ARM7的一半,,所以在相同的工作模式下面,,STM32可以減少30%的功耗,內(nèi)核電壓是1.8V,,芯片電壓是3.3V,,可以選擇睡眠模式,、待機(jī)模式,保證低功耗應(yīng)用的要求,。
系統(tǒng)的外圍控制非常豐富: 最大256kB FLASH(相當(dāng)于ARM7的450kB空間),、最大20kB RAM、2個(gè)I2C接口,、2個(gè)SPI接口,、3個(gè)智能IC卡接口(與UART復(fù)用)符合ISO7816協(xié)議、USB 2.0接口,、80個(gè)快速I/O口,、16通道的12位A/D轉(zhuǎn)換器、7個(gè)定時(shí)器(包含一個(gè)RTC),、支持通過UART實(shí)現(xiàn)IAP功能,、IC卡讀寫器。
STM32的3個(gè)UART口可以通過內(nèi)部寄存器配置成智能卡模式,,符合ISO7816-3標(biāo)準(zhǔn)所定義的異步協(xié)議,。另外,方案中設(shè)計(jì)了硬件保護(hù)電路,,隨時(shí)監(jiān)測電路狀況,,為系統(tǒng)提供完善的IC卡短路保護(hù)。
● USB通信
STM32的USB接口符合USB2.0全速設(shè)備的技術(shù)規(guī)范,,軟件設(shè)計(jì)遵循CDC(Communication Device Class)規(guī)范,,虛擬成一個(gè)模擬串口與上位機(jī)通訊。使用時(shí),,無需改變上位機(jī)程序,只需要在第一次使用時(shí)安裝虛擬串口驅(qū)動stmcdc.inf,,之后聯(lián)機(jī)時(shí)選擇USB虛擬的串口號即可,,并且可以與另一標(biāo)準(zhǔn)串口“同時(shí)”連接,不會造成通訊異常,。
● 日歷時(shí)鐘
M41T83" title="M41T83">M41T83結(jié)構(gòu)圖" border="0" height="384" hspace="0" src="http://files.chinaaet.com/images/20100816/cbd653e9-8092-441c-a24f-b33004c85a16.jpg" width="500" />
M41T83是一款提供出廠前校準(zhǔn)的串行實(shí)時(shí)時(shí)鐘(RTC)芯片(圖4),,包括一個(gè)400kHz的I2C接口、模擬校準(zhǔn),、一個(gè)可編程的自動重載計(jì)數(shù)器/計(jì)時(shí)器和兩個(gè)鬧鈴,。它采用內(nèi)建晶體的封裝,提前校準(zhǔn)精度大約為5ppm,,利用一個(gè)一次性可編程(OTP)寄存器,,可以在工廠測試期間微調(diào)片上32.768kHz振蕩器的內(nèi)部負(fù)載電容,確保這些產(chǎn)品每月計(jì)時(shí)精確度在12s內(nèi),。另外,,當(dāng)電源電壓VCC斷開時(shí),,芯片會自動轉(zhuǎn)接備用電源,備用電流低至450nA(典型值),,還有一個(gè)內(nèi)置電池監(jiān)控器負(fù)責(zé)檢查備用電源電壓,,當(dāng)需要更換電池時(shí)發(fā)出提示信號。在電源恢復(fù)后產(chǎn)生200ms的復(fù)位信號,,這個(gè)上電復(fù)位/低壓檢測功能可以為設(shè)計(jì)工程師節(jié)省一個(gè)獨(dú)立的板上復(fù)位IC,。ST還應(yīng)不同客戶應(yīng)用的需要,提供M41T82的低價(jià)解決方案:去掉了看門狗,、方波信號發(fā)生器和鬧鈴提醒功能,,但是保留了400kHz I2C總線接口、模擬用戶校準(zhǔn),、電源切換高精度電壓參考管,、電池監(jiān)控器、12字節(jié)的NVRAM和復(fù)位輸出,,并采用占位很小的8引腳SOIC低價(jià)封裝,。
● 電源管理
整個(gè)系統(tǒng)可以通過USB連接PC供電或通過板上的插座外接電源供電。另外設(shè)計(jì)了專用的電壓檢測電路對外部供電進(jìn)行監(jiān)控,,并采用一個(gè)2.7V,、3.3F的電容作為外部供電停止后的備用電源,保證當(dāng)前稅控流程的完整,,防止操作中數(shù)據(jù)丟失,,其保護(hù)時(shí)間可達(dá)15s。
● 數(shù)據(jù)存儲
FLASH M25P64通過SPI串行接口與MCU連接,,大大簡化了系統(tǒng)設(shè)計(jì),,減少了封裝的引腳數(shù)量及總線干擾。FLASH采用優(yōu)質(zhì)的CMOS制造工藝,,數(shù)據(jù)保存期限至少20年,,每扇區(qū)擦寫次數(shù)保證10萬次,其中包括整體擦除和扇區(qū)擦除指令,。它的數(shù)據(jù)傳輸時(shí)鐘頻率可達(dá)50MHz,,數(shù)據(jù)讀取吞吐量最高50Mbps,并設(shè)計(jì)有深節(jié)能模式(power-down),,僅消耗1mA電流,,從而大幅度降低了系統(tǒng)功耗。在設(shè)計(jì)中,,為了迎合不同用戶的需求,,從2MB~16MB容量型號的芯片軟硬件完全兼容,其中軟件被分為兩層:底層API是以頁面和扇區(qū)為對象的讀寫和擦除操作,;高層API是以整個(gè)統(tǒng)一存儲空間為對象的讀寫透明操作,,完全無需顧及因?yàn)橛布奶厥庑远a(chǎn)生的各種限制(如跨頁編程,、跨扇區(qū)編程、在已經(jīng)有內(nèi)容的區(qū)域更新內(nèi)容,、跨頁更新內(nèi)容,、跨扇區(qū)更新內(nèi)容等等)。FLASH的寫操作流程見圖5,。
● U盤讀寫
CH375是一個(gè)帶UART接口的USB總線通用接口芯片,,內(nèi)部集成了PLL倍頻器、主從USB接口SIE,、數(shù)據(jù)緩沖區(qū),、被動并行接口、異步串行接口,、命令解釋器,、控制傳輸?shù)膮f(xié)議處理器和通用的固件程序等;串行接口速度可達(dá)460800bps,,利用其動態(tài)鏈接庫實(shí)現(xiàn)USB-HOST主機(jī)方式讀寫U盤,。支持常用的FAT12、FAT16和FAT32文件系統(tǒng),,支持U盤最大容量100GB,。在讀寫操作中,不需要考慮文件系統(tǒng),,只需要了解文件名,、文件長度等基本資料。
● 軟件流程
STM32稅控器適用于PC開具稅控發(fā)票的場所,,通過稅控IC卡的相互認(rèn)證,,可連接外部稅控打印機(jī)打印稅控防偽發(fā)票,存儲相關(guān)稅控?cái)?shù)據(jù),,并完成申報(bào)完稅及核查的所有稅控應(yīng)用,。其軟硬件設(shè)計(jì)均通過國家電子計(jì)算機(jī)質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心的稅控檢測,完全符合國家稅控標(biāo)準(zhǔn),。
結(jié)束語
本方案與其他廠家稅控器方案比較,在生產(chǎn)和研發(fā)成本大大降低的條件下,,安全性,、功耗和性能方面還有很大的提升。
參考文獻(xiàn)
1. STM32F103xx,、M25P64,、M41T83、CH375數(shù)據(jù)手冊
2. ST Tax Box Application Note
3.《GB 18240稅控收款機(jī)國家標(biāo)準(zhǔn)》