Linux電子收款機的稅源

作者：時間：2010-11-30 來源：網(wǎng)絡

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3 關鍵實現(xiàn)技術

實現(xiàn)上述設計的關鍵在于解決“內(nèi)核態(tài)與用戶態(tài)的進程間通信”、“攔截并口打印驅(qū)動的write 操作”、“打印進程的阻塞及喚醒”三個問題。

3.1 內(nèi)核態(tài)與用戶態(tài)的進程間通信

本方案這種分為內(nèi)核空間和用戶空間兩部分的結構設計，首先需要解決的就是內(nèi)核態(tài)與用戶態(tài)的進程間通信(interprocess communicatiON, IPC)。而在各種IPC 方法中，最適合此處設計需要的就是netlink socket 技術。

Netlink socket 最早出現(xiàn)于Linux 2.2 版的內(nèi)核中，并在2. 4 版以后的版本中作為主要的內(nèi)核與用戶空間的通信方式而被廣泛使用。相對于系統(tǒng)調(diào)用、ioctl 以及proc 文件系統(tǒng)等IPC方法而言，它具有簡單易用、異步通信（適合大數(shù)據(jù)傳輸）、無編譯依賴（可模塊實現(xiàn)）、支持多播、支持內(nèi)核發(fā)起會話等優(yōu)點。其中“異步通信、無編譯依賴、支持內(nèi)核發(fā)起會話”

這三點正是本系統(tǒng)需要的關鍵特性，也是選用該技術的最主要原因。

Netlink socket 的通信依據(jù)是一個對應于進程的標識，一般定為該進程的ID。當通信的一端處于中斷過程時，該標識為0。當使用netlink socket 進行通信，通信的雙方都是用戶態(tài)進程，則使用方法類似于消息隊列。但通信雙方有一端是中斷過程，使用方法則不同。Netlinksocket 的最大特點是對中斷過程的支持，它在內(nèi)核空間接收用戶空間數(shù)據(jù)時不再需要用戶自行啟動一個內(nèi)核線程，而是通過另一個軟中斷調(diào)用用戶事先指定的接收函數(shù)，這樣就可以保證數(shù)據(jù)接收的實時性。

當 netlink socket 用于內(nèi)核空間與用戶空間的通信時，在用戶空間的創(chuàng)建方法和一般套接字使用類似，但內(nèi)核空間的創(chuàng)建方法則不同。在內(nèi)核模塊中使用 netlink_kernel_create()函數(shù)創(chuàng)建socket 時需要指明接收函數(shù)。之后用戶空間進程創(chuàng)建socket，并將通信標識（一般是該進程的ID）發(fā)送到內(nèi)核空間。這樣內(nèi)核空間獲得了用戶空間進程的通信標識后就可以進行通信了。

3.2 攔截并口打印驅(qū)動的write 操作

Linux 操作系統(tǒng)將設備看作文件，每個Linux 的設備驅(qū)動程序都定義了一個 file_operation結構，結構中的各個成員是驅(qū)動模塊中定義函數(shù)的指針, 通過這些函數(shù)具體實現(xiàn)對文件的open, read, write 等操作。因此，只要將并口打印驅(qū)動模塊的file_operation 結構常量——lp_fops的write 成員的值由lp_write 替換為指向攔截函數(shù)的指針就能實時地攔截并口打印機的打印操作。

這里需要實現(xiàn)兩個關鍵函數(shù)：

1)lp_write_from_kernellp_write_from_kernel 函數(shù)實現(xiàn)內(nèi)核空間的緩沖區(qū)數(shù)據(jù)的打印功能。來自守護進程的修改后打印數(shù)據(jù)是保存在內(nèi)核空間的，因此不能調(diào)用原有的lp_write 函數(shù)進行打印。具體的實現(xiàn)可依照lp_write，只要將調(diào)用copy_from_user 函數(shù)的地方改為調(diào)用memcpy 函數(shù)即可。

2)lp_interceptlp_intercept 函數(shù)函數(shù)用于替換lp_write，攔截并口打印驅(qū)動的write 操作，實現(xiàn)打印數(shù)據(jù)截取與修改：當電子收款機的銷售軟件調(diào)用并口打印驅(qū)動的write 函數(shù)時，將寫緩沖區(qū)的打印數(shù)據(jù)發(fā)送給守護進程；待守護進程返回修改后的打印數(shù)據(jù)（附加了稅控碼），調(diào)用lp_write_from_kernel 將其打印出來。

3.3 打印進程的阻塞及喚醒

當收到電子收款機的銷售軟件向并口打印機發(fā)出的打印請求時，內(nèi)核態(tài)的并口打印模塊需在將數(shù)據(jù)發(fā)送給用戶態(tài)的守護進程之后阻塞打印請求進程。并且，當且僅當接收到守護進程的返回數(shù)據(jù)時，才會喚醒打印請求進程完成打印。

如何實現(xiàn)打印進程的阻塞及喚醒就是最后一個關鍵技術點。因為電子收款機只配備一個打印機、不需要復雜的互斥技術，所以只要使用“簡單睡眠”就可以達到這個目標——通過使用下面的宏或函數(shù)：

4 小結

本文詳細說明了如何修改可加載的內(nèi)核驅(qū)動模塊實現(xiàn)并口打印數(shù)據(jù)的攔截與修改，如何運用netlink socket 技術實現(xiàn)內(nèi)核與用戶進程的通訊，以及進程的阻塞及喚醒技術。并在此基礎上提出了一種利用上述技術實現(xiàn)的Linux 電子收款機稅源數(shù)據(jù)采集方案。此方案在無需改變電子收款機原有設計架構的條件下，實現(xiàn)了稅源數(shù)據(jù)采集及***稅控碼添加功能，經(jīng)實際環(huán)境測試可行，符合對稅源數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的整體要求。