王宏文　黃金蘭　董苗

摘 要： 在現(xiàn)代的生產(chǎn)流水線上離不開噴碼機的使用，國內(nèi)傳統(tǒng)的噴碼機大部分都是以8/16位單片機為控制器的系統(tǒng)，依托于龐大的上位機，成本昂貴且不利于維護，為了提高噴印效率的同時又能降低噴碼機的成本以及方便使用，設(shè)計一種嵌入式噴碼機。采用三星公司基于ARM920T內(nèi)核的S3C2440A芯片作為中央處理器，利用XAAR公司的XJ128噴頭搭建嵌入式系統(tǒng)硬件平臺，基于WinCE操作系統(tǒng)，開發(fā)相應(yīng)的噴碼器應(yīng)用程序。該系統(tǒng)體積小巧，靈活性強，并且?guī)в杏|摸屏，操作簡單，成本較低易于移動，同時也更方便后期維護和升級。

關(guān)鍵詞： 嵌入式； 噴碼機； S3C2440A； WinCE

中圖分類號： TN06?34； TP23 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 1004?373X（2014）09?0107?04

0 引 言

對于生產(chǎn)線上需要噴印的產(chǎn)品，噴印的圖像既要清晰又要快速。如何更好地保證噴印質(zhì)量和效率是噴碼設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)一直不斷創(chuàng)新的方向。噴碼設(shè)備對于建立產(chǎn)品個性化特點，通過包裝展現(xiàn)產(chǎn)品的獨特個性，是企業(yè)贏得消費者的關(guān)鍵。目前墨水噴碼機的市場很大部分已被激光噴碼機占據(jù)，但激光噴碼機因為材質(zhì)的限制也不可能完全替代墨水噴碼機。而且現(xiàn)在國內(nèi)主流的墨水噴碼機一般都采用8/16位單片機作為其控制器，利用PC機做上位機，這在一定程度上加大了成本，浪費了資源，此外，由于尺寸的限制，不利于后期的維護和移動。由此設(shè)計一種體積小巧，攜帶方便，不依賴于PC機的基于S3C2440A的嵌入式噴碼機系統(tǒng)。

1 總體設(shè)計

嵌入式噴碼機的設(shè)計包括硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)的設(shè)計，硬件系統(tǒng)主要以S3C2440A芯片為中央處理器，采用XAAR公司的XJ128噴頭，并結(jié)合外圍電路。軟件系統(tǒng)主要基于WinCE操作系統(tǒng)，根據(jù)硬件電路，開發(fā)出WinCE的驅(qū)動程序，編寫針對噴碼機功能操作界面的應(yīng)用程序。開機后，操作者只需在噴碼機自帶的觸摸屏上點擊選擇噴印內(nèi)容，點擊打印，噴碼機開始噴印工作。操作簡單，噴印內(nèi)容也可以隨意更改。

2 硬件設(shè)計

三星公司推出的16/32位RISC微處理器S3C2440A[1]為手持設(shè)備提供了低價、低功耗、高性能小型微控制器的解決方案。S3C2440A基于ARM920T內(nèi)核[1]，采用了AMBA（Advanced Micro controller Bus Architecture）的總線架構(gòu)。

英國賽爾（XAAR）公司的XJ128噴頭由128個并行排列的通道組成，噴頭中的128個噴嘴都是以“二態(tài)”形式動作的。噴頭的電氣接口主要是負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的傳輸和命令的控制，即外部控制器可以通過電氣接口使噴頭正常工作。

系統(tǒng)總體硬件設(shè)計圖如圖1所示。以S3C2440A微處理器為中心，包括電源電路和復(fù)位電路、ARM芯片的外部擴展電路及屏幕顯示、串口通信等電路等。

圖1 總體硬件設(shè)計圖

2.1 電源和復(fù)位電路

由于芯片S3C2440A需要3.3 V的外部I/O供電，1.8 V/2.5 V/3.3 V的存儲器供電，1.25 V的內(nèi)核供電，而且噴頭需要5 V和35 V兩種供電電壓，后續(xù)使用的光電傳感器需要12 V的電源供電，所以在硬件設(shè)計中不得不考慮到電源部分的設(shè)計[2]。電源示意圖如圖2所示。

圖2 電源示意圖

圖2中，220 V交流電壓經(jīng)過變壓器，整流、濾波和穩(wěn)壓電路，輸出穩(wěn)定的直流電壓12 V，12 V分別通過XL6009E1升壓芯片和LM2596降壓兩種電壓轉(zhuǎn)換電路，得到35 V和其他較小的電壓值，35 V通過濾波電容后給XJ128噴頭提供電源，其他電壓則給S3C2440A內(nèi)核及其他外圍電路供電。運用電壓轉(zhuǎn)換芯片的好處是結(jié)構(gòu)簡單，轉(zhuǎn)換效率高，輸出負(fù)載電流大。

復(fù)位電路采用專用的復(fù)位芯片MAX811組成復(fù)位電路，帶有手動復(fù)位引腳。

2.2 外部擴展電路

S3C2440A處理器內(nèi)部集成的ROM和RAM容量較小，需要擴展存儲[3]，而且其芯片內(nèi)部集成了SDRAM控制器和NAND FLASH控制器。SDRAM相當(dāng)于計算機的內(nèi)存，主要用于執(zhí)行程序，但是掉電后里面的數(shù)據(jù)會丟失。NAND FLASH相當(dāng)于計算機的硬盤，容量較大，存儲單位比特數(shù)據(jù)的成本低，但是需要按照特定的時序?qū)λM(jìn)行讀寫操作，CPU對其中數(shù)據(jù)的讀寫是通過專門的NAND FLASH 控制器來進(jìn)行的，因此NAND FLASH更適合于存儲數(shù)據(jù)。NOR FLASH 容量小，速度快，對它進(jìn)行讀寫操作時輸入地址，然后給出讀寫信號即可從數(shù)據(jù)總線上得到數(shù)據(jù)，但是價格一般比NAND FLASH 高，因此適合做程序存儲器。所以，NOR FLASH 可以直接連接到ARM總線上，而NAND FLASH 需要通過NAND FLASH控制器與S3C2440A相連接。上電后通過識別OM[1：0]的電平來選擇是NOR FLASH還是NAND FLASH啟動。

圖3 S3C2440A外部擴展

S3C2440A與外部存儲器的連接示意圖如圖3所示，S3C2440A處理器可以尋址1 GB的空間，它將這個空間分為8個區(qū)域，每個區(qū)域稱為一個bank，即整個存儲空間被分成了bank0～bank7。S3C2440A有27根地址線ADDR[26：0]，8個片選信號nGCS0～nGCS7，對應(yīng)bank0～bank7，當(dāng)nGCSx引腳為低電平時即訪問bankx的地址空間，選中外設(shè)[3]。

系統(tǒng)采用的Micron（美光）SDRAM芯片MT48LC16M16A2?75D的nSCS管腳接在S3C2440A SDRAM控制器的nGCS6，即接在了bank6上，所以SDRAM的物理地址從0x30000000開始。因為每塊內(nèi)存芯片的接口線寬為16位，這里選擇2片內(nèi)存芯片并接成32位，與S3C2440A的32根數(shù)據(jù)線相連，總?cè)萘繛?4 MB，所以SDRAM的地址為：0x30000000～0x3FFFFFFF。

NOR FLASH芯片EN29LV160AB大小為2 MB，數(shù)據(jù)總線位寬為16位，接在nGCS0，即接在了bank0上，所以NOR的物理地址為0x00000000～0x001FFFFF。

NAND FLASH芯片K9F1G08UOA不需要通過CPU的地址線訪問，所以存儲空間大小可達(dá)1 GB。NAND是由硬件本身識別的，不存在物理地址。

2.3 TFT LCD觸摸屏

本系統(tǒng)液晶型號選用的是WXCAT43，即東華4.3寸TFT真彩液晶屏，觸摸屏集成在此液晶屏上，LCDCON1～LCDCON4初始化主要是針對時序信號的時間參數(shù)進(jìn)行的初始化，LCDCON5針對的是信號極性的初始化，LCDADDR1～LCDADDR3為幀內(nèi)存地址寄存器，用于告訴LCD控制器幀內(nèi)存地址。

硬件連接時只需要將控制器的輸出引腳和TFT LCD相應(yīng)的信號線連接即可，LCD的電源接在S3C2440A的GPG4引腳上，因此初始化時，需要將該引腳配置成輸出，高電平時給LCD供電。

2.4 外部接口電路

在噴碼機使用中，當(dāng)噴印的圖形發(fā)生改變時，可以通過插入U盤的方式進(jìn)行更改噴印圖片內(nèi)容，或者使用SD卡，來選擇不同的噴印圖片。此外帶有RS 232串口與網(wǎng)絡(luò)接口，方便與其他設(shè)備進(jìn)行通信。

2.5 SPI通信接口

本系統(tǒng)運用S3C2440A集成的SPI功能模塊與XJ128噴頭進(jìn)行通信，并驅(qū)動噴頭工作。S3C2440A有兩路SPI[1]，每路都有8位數(shù)據(jù)移位寄存器分別進(jìn)行發(fā)送和接收。噴頭的nSS1、nSS2和nFIRE分別由S3C2440A的通用I/O口GPG13，GPG14，GPG1控制。S3C2440A設(shè)置為主機模式，噴頭的MOSI0，CLK分別連接到S3C2440A的SPIMOSI0，SPICLK引腳，用PWM Timer 為噴頭提供工作時鐘，使噴頭噴印過程中打印速度適中，用EINT8管腳連接噴頭READY引腳用于檢測噴頭工作狀態(tài)。如圖4所示。

圖4 S3C2440A與XJ128的連接

3 軟件系統(tǒng)

噴碼機圖形化的操作程序是基于WinCE 6.0平臺下開發(fā)的，WinCE 6.0是一種模塊化的、易裁剪、定制移植方便的多任務(wù)嵌入式操作系統(tǒng)，支持多種硬件平臺，能滿足系統(tǒng)對實時性、穩(wěn)定性的要求。軟件系統(tǒng)設(shè)計主要分為操作系統(tǒng)的定制與移植、應(yīng)用程序的開發(fā)。

根據(jù)硬件電路，對WinCE 6.0提供的BSP（板機支持包）進(jìn)行修改，以便于上層軟件能正確調(diào)用底層的硬件設(shè)備，使用WinCE 6.0操作系統(tǒng)的開發(fā)工具Platform Builder進(jìn)行操作系統(tǒng)的裁剪，生成BSP。由于篇幅有限，本文僅對驅(qū)動程序結(jié)構(gòu)加以說明。

在本系統(tǒng)中，顯示驅(qū)動等特定驅(qū)動程序都不需改變，主要涉及對流接口[4]驅(qū)動程序的修改。大部分Windows CE下的驅(qū)動程序采用了分層驅(qū)動的結(jié)構(gòu)，在這種結(jié)構(gòu)中，驅(qū)動程序被分為兩部分，上層是模型設(shè)備驅(qū)動（MDD），下層是硬件平臺相關(guān)驅(qū)動（PDD）。如圖5所示。

圖5 流接口驅(qū)動架構(gòu)

由于本系統(tǒng)的主要外在物理功能主要是芯片與噴頭之間的數(shù)據(jù)傳輸，所以采用流接口驅(qū)動的方式。流接口驅(qū)動基于分層結(jié)構(gòu)設(shè)計，MDD層提供框架性的實現(xiàn)，與具體硬件無關(guān)；而PDD層提供對硬件操作的相應(yīng)代碼。微軟提供MDD層，對于所有的平臺和函數(shù)都是通用的，既可以作為源代碼也可作為鏈接庫，無需對MDD層進(jìn)行改動。MDD層提供供操作系統(tǒng)調(diào)用的設(shè)備驅(qū)動程序接口（DDI）。設(shè)備驅(qū)動服務(wù)供應(yīng)接口（DDSI）是由PDD層提供給MDD層調(diào)用的函數(shù)集[5]。流接口驅(qū)動遵循流接口驅(qū)動模型和一般的流接口函數(shù)規(guī)范，由Device. exe直接調(diào)用，主要通過基于流接口驅(qū)動程序所需的函數(shù)實現(xiàn)，例如： XXX_Init，XXX_Deinit，XXX_Open，XXX_Close，XXX_Read，XXX_Write，XXX_Seek，XXX_IOControl等基本實現(xiàn)函數(shù)。

流接口驅(qū)動被設(shè)計為與文件系統(tǒng)API相匹配的形式，這些API包括ReadFile、IOControl等。應(yīng)用程序可以通過文件系統(tǒng)來調(diào)用流接口驅(qū)動。應(yīng)用程序與驅(qū)動程序之間通過文件系統(tǒng)中打開的特殊文件來進(jìn)行交互。

噴碼機工作時存儲記錄儀記錄的噴頭接口的波形圖如圖6所示。

圖6 噴碼機工作時存儲記錄儀記錄的噴頭接口的波形圖

圖6中，噴頭接口的信號時序正確，由此可見，基于S3C2440A的嵌入式噴碼機系統(tǒng)工作穩(wěn)定。

4 結(jié) 語

各個生產(chǎn)領(lǐng)域都離不開噴碼機，噴碼機噴印質(zhì)量和效率對于生產(chǎn)廠家來說就是產(chǎn)品流水線上最后的一個挑戰(zhàn)。依賴PC機的基于低端單片機的噴碼機成本大，并且造成PC機大材小用，浪費資源，靈活性差，勢必將被基于更先進(jìn)微處理器作為控制器的嵌入式噴碼機所取代。嵌入式噴碼機的體積小，方便移動，使其不必依賴于上位機，節(jié)省了成本，用戶完全可以在觸摸屏上操作控制噴頭，操作簡單，噴印效率高，而且方便后期維護和升級。此外，帶有網(wǎng)絡(luò)和RS 232等接口，方便與其他設(shè)備進(jìn)行交互。

參考文獻(xiàn)

[1] Samsung Electronics. S3C2440A 32?bit CMOS microcontroller user′s manual [R]. Republic of Korea： Samsung Electronics， 2004.

[2] 蔡理金.嵌入式手持終端電源設(shè)計技術(shù)與實現(xiàn)[J].電源技術(shù)應(yīng)用，2011，14（8）：57?60.

[3] 王小強.ARM處理器裸機開發(fā)實戰(zhàn)：機制而非策略[M].北京：電子工業(yè)出版社，2012.

[4] 華清遠(yuǎn)見嵌入式培訓(xùn)中心.Windows CE嵌入式開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)教程（修訂版）[M].北京：人民郵電出版社，2010.

[5] 胡軍山，白瑞林，李浩.基于WinCE的電梯監(jiān)控系統(tǒng)多串口通信實現(xiàn)[J].自動化儀表，2009，30（7）：11?14.

[6] 李文新，王廣龍，陳建輝.基于S3C2440和WinCE的嵌入式傳感測控系統(tǒng)[J].計算機測量與控制，2009，17（8）：1498?1500.

系統(tǒng)采用的Micron（美光）SDRAM芯片MT48LC16M16A2?75D的nSCS管腳接在S3C2440A SDRAM控制器的nGCS6，即接在了bank6上，所以SDRAM的物理地址從0x30000000開始。因為每塊內(nèi)存芯片的接口線寬為16位，這里選擇2片內(nèi)存芯片并接成32位，與S3C2440A的32根數(shù)據(jù)線相連，總?cè)萘繛?4 MB，所以SDRAM的地址為：0x30000000～0x3FFFFFFF。

NOR FLASH芯片EN29LV160AB大小為2 MB，數(shù)據(jù)總線位寬為16位，接在nGCS0，即接在了bank0上，所以NOR的物理地址為0x00000000～0x001FFFFF。

NAND FLASH芯片K9F1G08UOA不需要通過CPU的地址線訪問，所以存儲空間大小可達(dá)1 GB。NAND是由硬件本身識別的，不存在物理地址。

2.3 TFT LCD觸摸屏

本系統(tǒng)液晶型號選用的是WXCAT43，即東華4.3寸TFT真彩液晶屏，觸摸屏集成在此液晶屏上，LCDCON1～LCDCON4初始化主要是針對時序信號的時間參數(shù)進(jìn)行的初始化，LCDCON5針對的是信號極性的初始化，LCDADDR1～LCDADDR3為幀內(nèi)存地址寄存器，用于告訴LCD控制器幀內(nèi)存地址。

硬件連接時只需要將控制器的輸出引腳和TFT LCD相應(yīng)的信號線連接即可，LCD的電源接在S3C2440A的GPG4引腳上，因此初始化時，需要將該引腳配置成輸出，高電平時給LCD供電。

2.4 外部接口電路

在噴碼機使用中，當(dāng)噴印的圖形發(fā)生改變時，可以通過插入U盤的方式進(jìn)行更改噴印圖片內(nèi)容，或者使用SD卡，來選擇不同的噴印圖片。此外帶有RS 232串口與網(wǎng)絡(luò)接口，方便與其他設(shè)備進(jìn)行通信。

2.5 SPI通信接口

本系統(tǒng)運用S3C2440A集成的SPI功能模塊與XJ128噴頭進(jìn)行通信，并驅(qū)動噴頭工作。S3C2440A有兩路SPI[1]，每路都有8位數(shù)據(jù)移位寄存器分別進(jìn)行發(fā)送和接收。噴頭的nSS1、nSS2和nFIRE分別由S3C2440A的通用I/O口GPG13，GPG14，GPG1控制。S3C2440A設(shè)置為主機模式，噴頭的MOSI0，CLK分別連接到S3C2440A的SPIMOSI0，SPICLK引腳，用PWM Timer 為噴頭提供工作時鐘，使噴頭噴印過程中打印速度適中，用EINT8管腳連接噴頭READY引腳用于檢測噴頭工作狀態(tài)。如圖4所示。

圖4 S3C2440A與XJ128的連接

3 軟件系統(tǒng)

噴碼機圖形化的操作程序是基于WinCE 6.0平臺下開發(fā)的，WinCE 6.0是一種模塊化的、易裁剪、定制移植方便的多任務(wù)嵌入式操作系統(tǒng)，支持多種硬件平臺，能滿足系統(tǒng)對實時性、穩(wěn)定性的要求。軟件系統(tǒng)設(shè)計主要分為操作系統(tǒng)的定制與移植、應(yīng)用程序的開發(fā)。

根據(jù)硬件電路，對WinCE 6.0提供的BSP（板機支持包）進(jìn)行修改，以便于上層軟件能正確調(diào)用底層的硬件設(shè)備，使用WinCE 6.0操作系統(tǒng)的開發(fā)工具Platform Builder進(jìn)行操作系統(tǒng)的裁剪，生成BSP。由于篇幅有限，本文僅對驅(qū)動程序結(jié)構(gòu)加以說明。

在本系統(tǒng)中，顯示驅(qū)動等特定驅(qū)動程序都不需改變，主要涉及對流接口[4]驅(qū)動程序的修改。大部分Windows CE下的驅(qū)動程序采用了分層驅(qū)動的結(jié)構(gòu)，在這種結(jié)構(gòu)中，驅(qū)動程序被分為兩部分，上層是模型設(shè)備驅(qū)動（MDD），下層是硬件平臺相關(guān)驅(qū)動（PDD）。如圖5所示。

圖5 流接口驅(qū)動架構(gòu)

由于本系統(tǒng)的主要外在物理功能主要是芯片與噴頭之間的數(shù)據(jù)傳輸，所以采用流接口驅(qū)動的方式。流接口驅(qū)動基于分層結(jié)構(gòu)設(shè)計，MDD層提供框架性的實現(xiàn)，與具體硬件無關(guān)；而PDD層提供對硬件操作的相應(yīng)代碼。微軟提供MDD層，對于所有的平臺和函數(shù)都是通用的，既可以作為源代碼也可作為鏈接庫，無需對MDD層進(jìn)行改動。MDD層提供供操作系統(tǒng)調(diào)用的設(shè)備驅(qū)動程序接口（DDI）。設(shè)備驅(qū)動服務(wù)供應(yīng)接口（DDSI）是由PDD層提供給MDD層調(diào)用的函數(shù)集[5]。流接口驅(qū)動遵循流接口驅(qū)動模型和一般的流接口函數(shù)規(guī)范，由Device. exe直接調(diào)用，主要通過基于流接口驅(qū)動程序所需的函數(shù)實現(xiàn)，例如： XXX_Init，XXX_Deinit，XXX_Open，XXX_Close，XXX_Read，XXX_Write，XXX_Seek，XXX_IOControl等基本實現(xiàn)函數(shù)。

流接口驅(qū)動被設(shè)計為與文件系統(tǒng)API相匹配的形式，這些API包括ReadFile、IOControl等。應(yīng)用程序可以通過文件系統(tǒng)來調(diào)用流接口驅(qū)動。應(yīng)用程序與驅(qū)動程序之間通過文件系統(tǒng)中打開的特殊文件來進(jìn)行交互。

噴碼機工作時存儲記錄儀記錄的噴頭接口的波形圖如圖6所示。

圖6 噴碼機工作時存儲記錄儀記錄的噴頭接口的波形圖

圖6中，噴頭接口的信號時序正確，由此可見，基于S3C2440A的嵌入式噴碼機系統(tǒng)工作穩(wěn)定。

4 結(jié) 語

各個生產(chǎn)領(lǐng)域都離不開噴碼機，噴碼機噴印質(zhì)量和效率對于生產(chǎn)廠家來說就是產(chǎn)品流水線上最后的一個挑戰(zhàn)。依賴PC機的基于低端單片機的噴碼機成本大，并且造成PC機大材小用，浪費資源，靈活性差，勢必將被基于更先進(jìn)微處理器作為控制器的嵌入式噴碼機所取代。嵌入式噴碼機的體積小，方便移動，使其不必依賴于上位機，節(jié)省了成本，用戶完全可以在觸摸屏上操作控制噴頭，操作簡單，噴印效率高，而且方便后期維護和升級。此外，帶有網(wǎng)絡(luò)和RS 232等接口，方便與其他設(shè)備進(jìn)行交互。

參考文獻(xiàn)

[1] Samsung Electronics. S3C2440A 32?bit CMOS microcontroller user′s manual [R]. Republic of Korea： Samsung Electronics， 2004.

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[4] 華清遠(yuǎn)見嵌入式培訓(xùn)中心.Windows CE嵌入式開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)教程（修訂版）[M].北京：人民郵電出版社，2010.

[5] 胡軍山，白瑞林，李浩.基于WinCE的電梯監(jiān)控系統(tǒng)多串口通信實現(xiàn)[J].自動化儀表，2009，30（7）：11?14.

[6] 李文新，王廣龍，陳建輝.基于S3C2440和WinCE的嵌入式傳感測控系統(tǒng)[J].計算機測量與控制，2009，17（8）：1498?1500.

系統(tǒng)采用的Micron（美光）SDRAM芯片MT48LC16M16A2?75D的nSCS管腳接在S3C2440A SDRAM控制器的nGCS6，即接在了bank6上，所以SDRAM的物理地址從0x30000000開始。因為每塊內(nèi)存芯片的接口線寬為16位，這里選擇2片內(nèi)存芯片并接成32位，與S3C2440A的32根數(shù)據(jù)線相連，總?cè)萘繛?4 MB，所以SDRAM的地址為：0x30000000～0x3FFFFFFF。

NOR FLASH芯片EN29LV160AB大小為2 MB，數(shù)據(jù)總線位寬為16位，接在nGCS0，即接在了bank0上，所以NOR的物理地址為0x00000000～0x001FFFFF。

NAND FLASH芯片K9F1G08UOA不需要通過CPU的地址線訪問，所以存儲空間大小可達(dá)1 GB。NAND是由硬件本身識別的，不存在物理地址。

2.3 TFT LCD觸摸屏

本系統(tǒng)液晶型號選用的是WXCAT43，即東華4.3寸TFT真彩液晶屏，觸摸屏集成在此液晶屏上，LCDCON1～LCDCON4初始化主要是針對時序信號的時間參數(shù)進(jìn)行的初始化，LCDCON5針對的是信號極性的初始化，LCDADDR1～LCDADDR3為幀內(nèi)存地址寄存器，用于告訴LCD控制器幀內(nèi)存地址。

硬件連接時只需要將控制器的輸出引腳和TFT LCD相應(yīng)的信號線連接即可，LCD的電源接在S3C2440A的GPG4引腳上，因此初始化時，需要將該引腳配置成輸出，高電平時給LCD供電。

2.4 外部接口電路

在噴碼機使用中，當(dāng)噴印的圖形發(fā)生改變時，可以通過插入U盤的方式進(jìn)行更改噴印圖片內(nèi)容，或者使用SD卡，來選擇不同的噴印圖片。此外帶有RS 232串口與網(wǎng)絡(luò)接口，方便與其他設(shè)備進(jìn)行通信。

2.5 SPI通信接口

本系統(tǒng)運用S3C2440A集成的SPI功能模塊與XJ128噴頭進(jìn)行通信，并驅(qū)動噴頭工作。S3C2440A有兩路SPI[1]，每路都有8位數(shù)據(jù)移位寄存器分別進(jìn)行發(fā)送和接收。噴頭的nSS1、nSS2和nFIRE分別由S3C2440A的通用I/O口GPG13，GPG14，GPG1控制。S3C2440A設(shè)置為主機模式，噴頭的MOSI0，CLK分別連接到S3C2440A的SPIMOSI0，SPICLK引腳，用PWM Timer 為噴頭提供工作時鐘，使噴頭噴印過程中打印速度適中，用EINT8管腳連接噴頭READY引腳用于檢測噴頭工作狀態(tài)。如圖4所示。

圖4 S3C2440A與XJ128的連接

3 軟件系統(tǒng)

噴碼機圖形化的操作程序是基于WinCE 6.0平臺下開發(fā)的，WinCE 6.0是一種模塊化的、易裁剪、定制移植方便的多任務(wù)嵌入式操作系統(tǒng)，支持多種硬件平臺，能滿足系統(tǒng)對實時性、穩(wěn)定性的要求。軟件系統(tǒng)設(shè)計主要分為操作系統(tǒng)的定制與移植、應(yīng)用程序的開發(fā)。

根據(jù)硬件電路，對WinCE 6.0提供的BSP（板機支持包）進(jìn)行修改，以便于上層軟件能正確調(diào)用底層的硬件設(shè)備，使用WinCE 6.0操作系統(tǒng)的開發(fā)工具Platform Builder進(jìn)行操作系統(tǒng)的裁剪，生成BSP。由于篇幅有限，本文僅對驅(qū)動程序結(jié)構(gòu)加以說明。

在本系統(tǒng)中，顯示驅(qū)動等特定驅(qū)動程序都不需改變，主要涉及對流接口[4]驅(qū)動程序的修改。大部分Windows CE下的驅(qū)動程序采用了分層驅(qū)動的結(jié)構(gòu)，在這種結(jié)構(gòu)中，驅(qū)動程序被分為兩部分，上層是模型設(shè)備驅(qū)動（MDD），下層是硬件平臺相關(guān)驅(qū)動（PDD）。如圖5所示。

圖5 流接口驅(qū)動架構(gòu)

由于本系統(tǒng)的主要外在物理功能主要是芯片與噴頭之間的數(shù)據(jù)傳輸，所以采用流接口驅(qū)動的方式。流接口驅(qū)動基于分層結(jié)構(gòu)設(shè)計，MDD層提供框架性的實現(xiàn)，與具體硬件無關(guān)；而PDD層提供對硬件操作的相應(yīng)代碼。微軟提供MDD層，對于所有的平臺和函數(shù)都是通用的，既可以作為源代碼也可作為鏈接庫，無需對MDD層進(jìn)行改動。MDD層提供供操作系統(tǒng)調(diào)用的設(shè)備驅(qū)動程序接口（DDI）。設(shè)備驅(qū)動服務(wù)供應(yīng)接口（DDSI）是由PDD層提供給MDD層調(diào)用的函數(shù)集[5]。流接口驅(qū)動遵循流接口驅(qū)動模型和一般的流接口函數(shù)規(guī)范，由Device. exe直接調(diào)用，主要通過基于流接口驅(qū)動程序所需的函數(shù)實現(xiàn)，例如： XXX_Init，XXX_Deinit，XXX_Open，XXX_Close，XXX_Read，XXX_Write，XXX_Seek，XXX_IOControl等基本實現(xiàn)函數(shù)。

流接口驅(qū)動被設(shè)計為與文件系統(tǒng)API相匹配的形式，這些API包括ReadFile、IOControl等。應(yīng)用程序可以通過文件系統(tǒng)來調(diào)用流接口驅(qū)動。應(yīng)用程序與驅(qū)動程序之間通過文件系統(tǒng)中打開的特殊文件來進(jìn)行交互。

噴碼機工作時存儲記錄儀記錄的噴頭接口的波形圖如圖6所示。

圖6 噴碼機工作時存儲記錄儀記錄的噴頭接口的波形圖

圖6中，噴頭接口的信號時序正確，由此可見，基于S3C2440A的嵌入式噴碼機系統(tǒng)工作穩(wěn)定。

4 結(jié) 語

各個生產(chǎn)領(lǐng)域都離不開噴碼機，噴碼機噴印質(zhì)量和效率對于生產(chǎn)廠家來說就是產(chǎn)品流水線上最后的一個挑戰(zhàn)。依賴PC機的基于低端單片機的噴碼機成本大，并且造成PC機大材小用，浪費資源，靈活性差，勢必將被基于更先進(jìn)微處理器作為控制器的嵌入式噴碼機所取代。嵌入式噴碼機的體積小，方便移動，使其不必依賴于上位機，節(jié)省了成本，用戶完全可以在觸摸屏上操作控制噴頭，操作簡單，噴印效率高，而且方便后期維護和升級。此外，帶有網(wǎng)絡(luò)和RS 232等接口，方便與其他設(shè)備進(jìn)行交互。

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