原创 基于32位微控制器CCM3118DQ的税控机软硬件设计

CCM3118DQ是苏州国芯科技有限公司自主研发的一款32位MCU，税控收款机是该芯片的一个主要应用领域，基于CCM3118DQ的税控机方案目前已经开发完成。由于采用了高性能的32位处理器，集成了众多税控专用外设，具有8位单片机方案不可比拟的性能优势。

图1：CCM3118DQ的功能框图。

税控收款机是中国在实行金税工程第三期中推行的带税控功能的收款设备。其功能是在原有电子收款机上加上税控功能，方便税务局监管，主要面向现金流动比较大的第三产业，如商场、饭店、宾馆、超市等各种服务性场所。目前各税控机生产厂家都在积极准备使用32位MCU开发符合新规范的税控机。

CCM3118DQ是苏州国芯科技有限公司针对商业机器和手持设备等嵌入式系统领域专门开发的具有高性价比的一款32位MCU，本文着重介绍基于CCM3118DQ的税控机产品方案。

CCM3118DQ的特点

CCM3118DQ基于32位低功耗RISC内核C*Core C310而设计，工作频率为66MHz，采用LQFP208封装。该MCU的功能框图如图1所示。面向税控机的应用，CCM3118DQ参照税控国标设计，集成了众多税控专用外围电路：

1． 智能IC卡接口模块：UCI1、UCI2

2． 片内2K字节的ROM，片内64K字节的SRAM

3． 一个串行外围接口模块：SPI

4． 串行通信接口：SCI1、SCI2、SCI3

5． PWM输出通道：PWM1

图2：基于CCM3118DQ税控机系统硬件方案框图。

6． PS/2主机端控制器：PS2HC1

7． 中断控制模块：40个中断源、32个优先级

8． 外部中断接口：8位

9． 周期性计数器：PIT1、PIT2

10． 看门狗：16位计数器、可置初始值

11． 片内集成LCD控制器：支持达640*512点阵的 LCD屏

基于CCM3118DQ的税控机方案

针对CCM3118DQ在税控机上的应用，苏州国芯科技有限公司给出了从芯片、开发系统、芯片底层驱动、嵌入式操作系统到税控机样机的全套解决方案。这样，采用CCM3118DQ芯片的税控机生产厂家不仅可以毫无障碍地过渡到32位机的开发，缩短了产品的上市时间；而且可以把主要精力放在产品的个性化设计中，设计出更具竞争力的产品。

方案的硬件主要包括NAND闪存、打印机、LCD显示器、VFD显示器等设备，在软件上采用专门为单片机嵌入式应用设计的实时操作系统内核uC/OS-II，并在此平台上搭建上层应用程序。

一. 硬件方案

基于CCM3118DQ税控机系统硬件方案由MCU应用系统、扩展的外围电路和电源电路三大部分组成，图2为系统硬件方案框图。各组成部分功能如下：

* NOR闪存：用于固化税控程序以及字库；

图3：系统软件任务示意图。

* SRAM：用于运行程序；

* JTAG：接口是在软件调试阶段进行软件跟踪调试用；

* 键盘和VFD：输入和客显，共同接在SPI，由SPI模块来处理信息；键盘采用44个高强度机械按键键盘，VFD采用了九位七段码VFD；

* LCD显示器：主显，采用了64*192的点阵，可显示4行汉字或字符；

* PS/2条码扫描枪：扫描商品条码，销售时更加方便快捷，支持多种规格条码；

* 串口(3个)：通讯，可将基本的商品信息通过PC直接传递到税控机中，减少了很多繁琐低效的工作量；

* 读卡器：每台税控机需要用两张卡，分别是税控卡和用户卡，税控卡在出厂时已经在税控机内，用户持有用户卡，系统会提示用户在适当的时候插入税控机使用；

* 打印机：税控专用的打印机，打印发票以及报表；

* NAND闪存：容量为32MB，用于存储日常交易数据以及销售的商品信息。

图4：LCD屏上的销售主界面。

在抗干扰方面，系统主板采用4层高速PCB设计，优化了布局，降低了电磁干扰；打印控制板是单独设计的，隔离了打印电磁噪声；每块PCB上合理地添加了磁珠、扼流圈以抑制噪声；CPU本身内部通过PLL倍频，可以降低外置晶振至8MHz。

该系统集成了打印机控制电路，用CCM3118DQ的GPIO直接控制打印机，能够较大幅度降低系统成本。打印头用的是EPSON M-U110II，采用九针针式打印机，在宽幅75mm的发票上平均可打印约4.36行/秒，支持双向打印，速度更快，效率更高。表1就是打印控制板与CPU的硬件接口说明。

二. 软件方案

这里的实时操作系统采用了uC/OS，它是一个抢占式内核，代码精简、稳定，可移植性极好，极大地简化了协调进程所需的控制代码。软件系统包括下面几大任务：键盘任务、销售任务、报表任务、系统管理任务、税控任务和掉电保护任务(图3)。

税控机就是在原有电子收款机上加上税控功能，所以税控功能和信息存储是整个系统的关键所在，下面介绍CCM3118DQ方案的税控部分。

1．注册税控卡

图5：LCD屏上的税控主界面。

在第一次使用税控机前，需要注册税控卡，只要将税控卡和用户卡分别插入指定的卡槽中，选择注册税控卡就行，系统注册成功或者失败都会有相应的提示，失败还会告诉用户是哪个地方出错。

2．监控数据下载

当用户通过用户卡进行数据申报时，税务管理系统会把监控管理数据写入用户卡，用户应通过监控数据下载 来更新税控收款机和税控卡上的监控管理数据，当监控数据下载完成后，用户可以在防锁机保护 功能中看到税控收款机上更新后的数据。

3．数据申报

当用户在准备去税务局交税前，要先进行数据申报，系统会自动将销售信息传送到用户卡上，传完之后，用户只要持着用户卡就可以到税务局交税。

4．税务管理

在这一块中，主要任务是由税务局来完成。

5．发票管理

发票管理界面内设有四项内容：下载发票、安装发票和废票处理。

A．下载发票、安装发票：每打完一卷发票都需要重新下载发票并安装发票，之前还要插入用户卡。

B．废票处理：发票打坏，或者在没有打完当前卷发票就想换卷发票时，都要先进行废票处理。

6．防锁机保护

包括“税控限制值”

表1：打印控制板与CPU的硬件接口说明。

另外，税控机标准上对信息的存储要求较高，需要税控机能够存储5年的交易数据，所以国芯科技在硬件配置上就采用了性价比非常高的NAND闪存，足以容纳5年的交易数据。

为保证数据的完整性，国芯科技公司设计了专门的NAND闪存管理程序库，该库包含以下功能模块：

a．对照表管理：逻辑地址与物理地址转换关系；

b．读写擦除算法：提高NAND闪存读写效率；

c．错误侦测：坏块检测与状态管理；

d．平衡算法：实现对各物理块擦写的次数一致，防止对同一物理块反复擦写。

数据在传输过程中可采用CRC校验码来保证传输的可靠、准确。对于可靠性与安全性要求高的数据可采用二次数据验证法。

作者：李斌

苏州国芯科技有限公司

薛质

上海交通大学信息安全学院