基于M68HC912D60芯片的嵌入式稅務(wù)監(jiān)控系統(tǒng)

　　1 引言

　　稅控系統(tǒng)即“POS電子稅收控制系統(tǒng)”, 是由POS機(jī)、金稅卡/IC卡、讀卡器、計(jì)算機(jī)及打印機(jī)等設(shè)備構(gòu)成的電子信息網(wǎng)絡(luò)。POS稅款機(jī)的推廣是執(zhí)行“金稅工程”的一個(gè)重點(diǎn)項(xiàng)目，推廣應(yīng)用POS稅款機(jī)能夠讓稅務(wù)部門節(jié)約大量的人力財(cái)力，杜絕商家經(jīng)營中的偷稅漏稅情形。由于目前市面上使用的POS機(jī)五花八門，全部更換是一個(gè)很大的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，因此，一個(gè)可行的方法是對(duì)現(xiàn)有的普通收款機(jī)進(jìn)行改造，安上稅控裝置。以MCU為核心的嵌入式稅控系統(tǒng)以其高效、可靠、低價(jià)的優(yōu)點(diǎn)，成為最佳的稅控系統(tǒng)解決方案之一。

　　2 稅務(wù)監(jiān)控系統(tǒng)介紹

　　稅務(wù)監(jiān)控系統(tǒng)通過截獲POS機(jī)的打印數(shù)據(jù)，從中提取出交易的日期、時(shí)間、金額等稅控信息，并在打印數(shù)據(jù)中插入加密的防偽信息，再送到打印機(jī)打印出票據(jù)。同時(shí)，系統(tǒng)能夠響應(yīng)稅務(wù)管理中心的命令，向中心提供營業(yè)額等稅務(wù)信息。其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示。

　　稅控POS機(jī)是在普通POS機(jī)的基礎(chǔ)上增加了具有數(shù)據(jù)保護(hù)功能的“黑匣子”。它的主要作用是自動(dòng)記錄用戶的經(jīng)營結(jié)果，掌握用戶的真實(shí)營業(yè)數(shù)據(jù)，才能有效堵塞稅收漏洞，從而保證征稅工作的合理性與合法性。

　　3 M68HC912D60芯片介紹

　　3.1 基本結(jié)構(gòu)

　　M68HC912D60 單片機(jī)是Motorola公司的16位單片機(jī)，由控制單元和執(zhí)行單元兩個(gè)主要部分組成?？刂茊卧瑫r(shí)序發(fā)生器、控制存儲(chǔ)器和隨機(jī)控制邏輯，為執(zhí)行單元生成所有的控制;執(zhí)行單元(EU)包含所有的寄存器、ALU和總線接口。

　　3.2 功能特點(diǎn)

　　M68HC912D60系列采用模塊化設(shè)計(jì)，各種不同型號(hào)單片機(jī)可由不同的模塊組成。M68HC912D60是其中的代表產(chǎn)品，它速度快、功能強(qiáng)、內(nèi)部資源豐富。M68HC912D60具有如下特點(diǎn)：

　　16 bit CPU12 與M68HC11 指令組兼容

　　60K片內(nèi)EEPROM

　　60K片內(nèi)ROM

　　2kB片內(nèi)RAM

　　8MHz內(nèi)部總線頻率

　　20bit ALU

　　2個(gè)增強(qiáng)型串行口通訊口SCI

　　1個(gè)串行外圍接口SPI

　　4通道可編程的 PWM

　　2× 8channels, 10bit A/D 轉(zhuǎn)換器

　　112Pin TQFP /80pin QFP 封裝

　　3.3 M68HC912D60的結(jié)構(gòu)與存儲(chǔ)器組織

　　M68HC08系列可以尋址64Kbytes的存儲(chǔ)空間。M68HC912D60的存儲(chǔ)器組織包括：

　　60K 片內(nèi)FLASH EEPROM

　　60K片內(nèi)ROM

　　1K 片內(nèi)EEPROM

　　2kB片內(nèi)RAM

　　4 基于Motorola M68HC912D60單片機(jī)的稅務(wù)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　Motorola M68HC912系列單片機(jī)具有速度快、功能強(qiáng)、功耗低、價(jià)格低等特點(diǎn)，采用先進(jìn)的亞微米工藝，具有較高的性價(jià)比。以下討論一個(gè)基于M68HC912D60嵌入式稅務(wù)監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)。

　　4.1 系統(tǒng)描述

　　稅務(wù)監(jiān)控系統(tǒng)是通過在普通POS機(jī)中加裝一個(gè)稅控黑匣子，從而準(zhǔn)確地獲取經(jīng)營者的營業(yè)額，并能將數(shù)據(jù)傳送至稅務(wù)管理中心，提供稅收依據(jù)。

　　4.2 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　稅務(wù)監(jiān)控系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)主要包括MCU、外圍接口單元、控制單元、外擴(kuò)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器SRAM、嵌入式MODEM單元、8250串行接口、8255并行接口及時(shí)鐘電路幾大模塊。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。外圍接口單元由RS-232接口、RS-485接口、指示電路接口和電話線接口構(gòu)成;控制單元由復(fù)位電路、掉電保護(hù)電路和看門狗電路構(gòu)成。

　　MCU模塊完成整個(gè)系統(tǒng)的控制和相應(yīng)處理;外圍接口單元模塊主要完成本系統(tǒng)與PC機(jī)、遠(yuǎn)程管理中心之間以及下層的各個(gè)PoS分機(jī)之間的通信接口;外擴(kuò)存儲(chǔ)器RAM完成對(duì)各個(gè)PoS分機(jī)上傳輸數(shù)據(jù)的暫時(shí)保存，等接收到規(guī)定數(shù)量的數(shù)據(jù)后，統(tǒng)一由MODEM傳到稅控管理中心。

　　控制單元模塊主要完成用戶對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的控制，即對(duì)數(shù)據(jù)提供可靠的掉電保護(hù)，防止掉電后丟失數(shù)據(jù)，對(duì)系統(tǒng)提供徹底、統(tǒng)一的復(fù)位，以防系統(tǒng)死機(jī)，實(shí)現(xiàn)對(duì)程序的監(jiān)視功能，解決了程序“跑飛”失控及死循環(huán)問題;8250串行接口模塊完成 MCU與嵌入式MODEM芯片的接口。

　　嵌入式MODEM單元模塊完成數(shù)據(jù)的調(diào)制解調(diào)，并通過電話線接口與遠(yuǎn)程的標(biāo)準(zhǔn)MODEM進(jìn)行通信;8255接口模塊完成數(shù)據(jù)線的擴(kuò)充，提供足夠的數(shù)據(jù)線來驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的指示電路;時(shí)鐘電路模塊主要是為系統(tǒng)提供一個(gè)準(zhǔn)確、穩(wěn)定和可靠的時(shí)鐘，以便定時(shí)和為監(jiān)視器(Watchdog)電路提供方波輸入等。其中，8255接口模塊、8250接口模塊及外擴(kuò)存儲(chǔ)器RAM之間，是通過M68HC912D60的C口的高三位經(jīng)過譯碼后的片選信號(hào)控制各模塊的片選來進(jìn)行切換的。

　　4.3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

　　軟件部分包括PoS稅控盒部分和稅務(wù)部門的主機(jī)上運(yùn)行的服務(wù)器部分。前者是以MCU為核心的嵌入式系統(tǒng)，全部以匯編語言編寫;后者運(yùn)行于 Windows平臺(tái)，采用VB語言。圖3給出了主程序的工作流程。

　　系統(tǒng)中的通信協(xié)議包括稅控分機(jī)與POSMaster 之間的通信協(xié)議、PoSMaster與稅務(wù)部門主機(jī)間的通信協(xié)議、稅控分機(jī)與PC機(jī)直接通信的協(xié)議(用于PoSMaster的通信線路故障時(shí))。本系統(tǒng)參考電信部門IC卡公用付費(fèi)電話系統(tǒng)的通信協(xié)議和相關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)，制定了自己的通信協(xié)議。考慮到設(shè)計(jì)的方便性，在上述的三種通信中采用基本相同的鏈路層和應(yīng)用層協(xié)議。下面是對(duì)所用協(xié)議的簡單描述。

　　4.3.1 幀結(jié)構(gòu)

　　鏈路層有兩種幀結(jié)構(gòu)：命令幀和數(shù)據(jù)幀。

　　(a)命令幀

　　用于傳輸建鏈請(qǐng)求、應(yīng)答、請(qǐng)求數(shù)據(jù)等命令以進(jìn)行鏈路控制，命令幀結(jié)構(gòu)如下：

　　命令幀符號(hào)定義：

　　SOH 標(biāo)題開始

　　TYPE 指示幀的類型

　　Length 指示幀長度

　　Command 傳輸?shù)拿?，例如?/P>

　　命令字符：

　　AUDIT 請(qǐng)求數(shù)據(jù)

　　ACK 肯定應(yīng)答

　　NAK 否定應(yīng)答

　　EOT 傳輸結(jié)束

　　(b)數(shù)據(jù)幀

　　用于傳輸實(shí)際的數(shù)據(jù)即稅控信息數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)如下：

　　數(shù)據(jù)幀符號(hào)定義： SOH 標(biāo)題開始

　　TYPE 指示幀的類型

　　Length 指示幀長度

　　DATA 傳輸?shù)恼?數(shù)據(jù))

　　ETB 指示一幀數(shù)據(jù)結(jié)束

　　ETX 指示所有數(shù)據(jù)結(jié)束

　　BCC 校驗(yàn)碼

　　4.3.2 通信的流程

　　在物理層建立連接后，先發(fā)送一長串同步碼，然后再發(fā)送第一幀數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)上傳的一方發(fā)送肯定應(yīng)答后開始數(shù)據(jù)傳輸過程。數(shù)據(jù)收集方每接收到一幀數(shù)據(jù)，根據(jù)校驗(yàn)的結(jié)果發(fā)肯定或否定應(yīng)答。

　　4.3.3 差錯(cuò)控制

　　本協(xié)議采用BCC規(guī)則的偶校驗(yàn)。接收端收到一幀數(shù)據(jù)后，若BCC校驗(yàn)有錯(cuò)，則發(fā)送NAK要求對(duì)方重發(fā)上一幀數(shù)據(jù)。對(duì)同一幀信息文電如果重發(fā)次數(shù)超出閾值，則本次通信失敗，雙方退出通信過程。

　　4.3.4 超時(shí)控制

　　通信雙方在收到對(duì)方的命令或數(shù)據(jù)后必須在6s以內(nèi)回應(yīng);若某一方在6s內(nèi)沒有收到對(duì)方的回應(yīng)則重發(fā)上一次的命令或數(shù)據(jù)。允許的最大重發(fā)次數(shù)為3次。