基于Android的POS機(jī)刷卡器閱讀芯片驅(qū)動研究

摘要：由于現(xiàn)行的POS機(jī)的系統(tǒng)界面簡陋，軟件資源匱乏，不利于POS機(jī)的功能擴(kuò)展。刷卡器閱讀芯片是POS機(jī)主要功能的承擔(dān)者，對其Andr oid驅(qū)動程序的研究，有助于POS機(jī)在Android平臺上的發(fā)展。MagTek刷卡器閱讀芯片21006450應(yīng)用廣泛，對于它的研究將有助于刷卡器閱讀芯片驅(qū)動程序在實際中的應(yīng)用。這里所研究的Android系統(tǒng)架構(gòu)、芯片工作原理及接口調(diào)用是刷卡器閱讀芯片驅(qū)動程序設(shè)計的理論基礎(chǔ)，對驅(qū)動程序的實現(xiàn)做指導(dǎo)。
關(guān)鍵字：Android；POS機(jī)；刷卡器讀芯片；驅(qū)動程序

0 引言
Google公司在2007年11月5日推出了開源的Androld操作系統(tǒng)，它是基于Linux內(nèi)核的開源手機(jī)操作系統(tǒng)。目前，Android應(yīng)用商店Android market已經(jīng)擁有超過70萬個應(yīng)用程序，有超過10萬名軟件開發(fā)人員為Android開發(fā)應(yīng)用程序，Android系統(tǒng)已經(jīng)廣泛運(yùn)用于便攜式移動設(shè)備。
移動POS機(jī)又稱無線POS，是一種RF-SIM卡終端閱讀器，通過CDMA，GPRS，TCP／IP等與數(shù)據(jù)服務(wù)器相連進(jìn)行工作。移動POS機(jī)具有移動性強(qiáng)，平均交易時間段，易于攜帶等特性在各大行業(yè)都已經(jīng)廣泛使用。將Android系統(tǒng)移植到POS機(jī)上，將為POS機(jī)提供更加豐富的應(yīng)用和功能擴(kuò)展。
刷卡器作為POS機(jī)主要功能承擔(dān)者，其驅(qū)動程序的研究和優(yōu)化也直接影響到Android系統(tǒng)在POS機(jī)領(lǐng)域的發(fā)展。

1 Android系統(tǒng)架構(gòu)
Android是以Linux為內(nèi)核的開放式的手機(jī)操作系統(tǒng)，采用了整合的策略思想，包括底層Linux操作系統(tǒng)、中間層的中間件和上層的Java應(yīng)用程序。Android系統(tǒng)是由應(yīng)用程序?qū)?、?yīng)用程序框架層、系統(tǒng)運(yùn)行庫層、Linux內(nèi)核層組成的，系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

在應(yīng)用程序?qū)又邪薃ndroid系統(tǒng)的基礎(chǔ)應(yīng)用程序，所有的應(yīng)用程序都是用Java編寫的。
應(yīng)用框架層是開發(fā)人員從事Android應(yīng)用程序開發(fā)的基礎(chǔ)，該層簡化了組件重用，可以直接使用系統(tǒng)提供的組件快速的進(jìn)行應(yīng)用程序開發(fā)，主要包括Activity Manager，Content Provider，View System等。
在系統(tǒng)運(yùn)行庫層中包括了兩個部分：程序庫和運(yùn)行時庫，主要由Dalvik Java虛擬機(jī)和基礎(chǔ)的Jaya類庫組成，為應(yīng)用程序提供服務(wù)和Java編程語言核心庫。Android的核心系統(tǒng)服務(wù)依賴于Linux 2．6內(nèi)核，如安全性、內(nèi)存管理、進(jìn)程管理、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和驅(qū)動模型。Linux內(nèi)核也同時作為硬件和軟件堆棧之間的硬件抽象層。

2 刷卡器工作原理
MagTek公司的磁卡閱讀器芯片21006450是一款高性能、低功耗的三軌磁條解碼芯片。在對磁卡閱讀芯片復(fù)位時，如果STRBOE沒有置高，就需要將其置高，并將DATA拉低，然后再將STROBE置低。在復(fù)位之后仍需要將DATA強(qiáng)制置低，在釋放DATA之前需要將STROBE置高，然后再置低。在完成上述過程后，仍需要再完成一次STROBE的置高、置底，這樣才能完成復(fù)位序列。
當(dāng)讀卡器芯片處在準(zhǔn)備讀卡狀態(tài)時，一旦檢測到三個磁通翻轉(zhuǎn)，ASIC就會通過將DATA拉低來表明此時處于卡在線狀態(tài)。然后就開始將磁條卡上的數(shù)據(jù)讀取并存儲到緩存中。對應(yīng)于這種卡在線狀態(tài)，控制器應(yīng)當(dāng)將STROBE置高。對應(yīng)于STROBE的上升沿，ASIC會將DATA置高，并清除卡在線信號?？刂破鲿TROBE置低，然后等待DATA的下降沿，以此來表明處在緩存器就緒狀態(tài)。從內(nèi)存中讀取或提取數(shù)據(jù)，需要用脈沖信號將STROBE輸入置高再置低來驅(qū)使數(shù)據(jù)指針將數(shù)據(jù)指向DATA的管腳。在數(shù)據(jù)讀取期間，當(dāng)STROBE的輸入為低時，DATA上的一個低電平代表1，而高電平代表0。需要說明的是，DATA進(jìn)入緩存器就緒狀態(tài)后，在復(fù)位之前，ASIC不會對再一次刷卡做出反應(yīng)。在片上緩存(內(nèi)存)中，為磁條卡的三個磁道中的每一個分配了704 b的空間，總共有2 112 b。對每條磁道而言，只有在卡上檢測到1的時候才開始存儲數(shù)據(jù)，在這個1之前的所有的0都不會存儲進(jìn)緩存。當(dāng)檢測到第一個1之后，每個磁道存儲704 b的數(shù)據(jù)，而一旦數(shù)據(jù)超過這個長度，將會丟失超出的數(shù)據(jù)。但這并不意味著芯片的存儲空間太小，確切來說，這么大的空間已經(jīng)能夠充分的滿足符號ISO編碼標(biāo)準(zhǔn)的磁條卡的需求。
在提取數(shù)據(jù)時，STROBE是根據(jù)磁道A，磁道B，然后磁道C的順序進(jìn)行接收的。當(dāng)數(shù)據(jù)指針到達(dá)3個磁道共2112位的最后位置時，它將從反方向再次循環(huán)數(shù)據(jù)。需要說明的是，數(shù)據(jù)的移出的首選順序是磁道A、磁道B然后磁道C。ASIC并不決定刷卡的方向，只是簡單的將接收的數(shù)據(jù)表示出來。然后，反方向刷卡數(shù)據(jù)的移出時是以磁道C、磁道B、磁道A的順序進(jìn)行的，這就像將一盤磁帶或錄音帶翻帶。
在復(fù)位時，會清除ASIC上的所有數(shù)據(jù)，將所有的數(shù)據(jù)位都置為0(高電平)。