專(zhuān)利名稱(chēng)：一種基于can與arm技術(shù)的嵌入式ic卡讀寫(xiě)機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及智慧校園、數(shù)字校園的一卡通等物聯(lián)網(wǎng)終端領(lǐng)域的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，隨著物聯(lián)網(wǎng)終端與一卡通信息化建設(shè)的進(jìn)一步加快，智慧城市、智慧校園和數(shù)字化校園一卡通得到了廣泛的應(yīng)用。尤其是作為校園一卡通的消費(fèi)終端IC卡讀寫(xiě)機(jī)，由于學(xué)校的特殊環(huán)境，刷卡人數(shù)多，數(shù)據(jù)量大，交易密集，實(shí)時(shí)性要求較高。因此各廠(chǎng)商普遍 采用51系統(tǒng)列單片機(jī)作為IC讀寫(xiě)機(jī)的中央處理器，采用RS485或RS422總線(xiàn)與上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。即使是這樣，隨著學(xué)校信息管理要求的提高，以及學(xué)校規(guī)模的擴(kuò)大，系統(tǒng)跨校區(qū)的應(yīng)用，就顯得有些美中不足。業(yè)務(wù)處理能力的限制以及異步數(shù)據(jù)交換的限制，導(dǎo)致系統(tǒng)實(shí)時(shí)性、可靠性差，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。I、由于RS485總線(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)，造成網(wǎng)絡(luò)瓶頸，不能滿(mǎn)足實(shí)時(shí)消費(fèi)處理的要求。2、由于RS485總線(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)，造成網(wǎng)絡(luò)瓶頸，使持卡人掛失卡的白名單信息得不到及時(shí)更新。3、由于RS485總線(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)，造成網(wǎng)絡(luò)瓶頸，補(bǔ)貼的發(fā)放不能及時(shí)發(fā)至POS機(jī)，給消費(fèi)者帶來(lái)不便。4、終端POS機(jī)的51系列單片機(jī)，使業(yè)務(wù)邏輯處理能力受到限制，影響白名單的
更新速率。5、網(wǎng)絡(luò)中個(gè)別節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)問(wèn)題，容易使得總線(xiàn)處于“死鎖”狀態(tài)，導(dǎo)致系統(tǒng)可靠性差。發(fā)明內(nèi)容為了概括本發(fā)明的目的，在這里描述了本發(fā)明的某些方面、優(yōu)點(diǎn)和新穎特征。應(yīng)了解，無(wú)需所有這些方面、優(yōu)點(diǎn)和特征包含在任一特殊的實(shí)施例中。為了彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提出了一種工藝簡(jiǎn)單、處理速度快、實(shí)時(shí)性高、可靠性好的基于CAN與ARM技術(shù)的嵌入式IC卡讀寫(xiě)機(jī)。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用技術(shù)方案是I、用CAN總線(xiàn)技術(shù)替換原RS485或RS422總線(xiàn)網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)，解決因網(wǎng)絡(luò)瓶頸問(wèn)題而導(dǎo)致不能滿(mǎn)足實(shí)時(shí)消費(fèi)處理的要求，和白名單不能實(shí)時(shí)更新、補(bǔ)貼不能及時(shí)發(fā)至POS機(jī)的問(wèn)題以及因網(wǎng)絡(luò)中個(gè)別節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)問(wèn)題，容易使得總線(xiàn)處于“死鎖”狀態(tài)，導(dǎo)致系統(tǒng)可靠性差的問(wèn)題。CAN (Controller Area Network)屬于現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的范疇,它是一種有效支持分布式控制或?qū)崟r(shí)控制的串行通信網(wǎng)絡(luò)。CAN控制器工作于多主方式，網(wǎng)絡(luò)中的各節(jié)點(diǎn)都可根據(jù)總線(xiàn)訪(fǎng)問(wèn)優(yōu)先權(quán)采用無(wú)損結(jié)構(gòu)的逐位仲裁方式競(jìng)爭(zhēng)向總線(xiàn)發(fā)送數(shù)據(jù)，且CAN協(xié)議廢除了站地址編碼，而代之以對(duì)通信數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼，這可使不同的節(jié)點(diǎn)同時(shí)接收到相同的數(shù)據(jù)，這些特點(diǎn)使得CAN總線(xiàn)構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)通信實(shí)時(shí)性強(qiáng)，并且容易構(gòu)成冗余結(jié)構(gòu)，提高系統(tǒng)的可靠性和系統(tǒng)的靈活性。CAN總線(xiàn)通過(guò)CAN控制器接口芯片82C250的兩個(gè)輸出端CANH和CANL與物理總線(xiàn)相連，而CANH端的狀態(tài)只能是高電平或懸浮狀態(tài)，CANL端只能是低電平或懸浮狀態(tài)。這就保證不會(huì)出現(xiàn)象RS-485網(wǎng)絡(luò)中，當(dāng)系統(tǒng)有錯(cuò)誤，出現(xiàn)多節(jié)點(diǎn)同時(shí)向總線(xiàn)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，導(dǎo)致總線(xiàn)呈現(xiàn)短路，從而損壞某些節(jié)點(diǎn)的現(xiàn)象。而且CAN節(jié)點(diǎn)在錯(cuò)誤嚴(yán)重的情況下具有自動(dòng)關(guān)閉輸出功能，以使總線(xiàn)上其他節(jié)點(diǎn)的操作不受影響，從而保證不會(huì)出現(xiàn)象在網(wǎng)絡(luò)中，因個(gè)別節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)問(wèn)題，使得總線(xiàn)處于“死鎖”狀態(tài)。2、用ARM技術(shù)替換原51系列單 片機(jī)技術(shù)，增加POS機(jī)的業(yè)務(wù)處理能力，提高白名單更新速率和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間。在本發(fā)明中運(yùn)用ARM技術(shù)，使白名單的存儲(chǔ)容量大大增加，白名單的處理在100000條有效記錄下，白名單查詢(xún)時(shí)間復(fù)雜度為0(10)，完全能滿(mǎn)足高速查詢(xún)要求。同時(shí)支持對(duì)白名單的無(wú)序動(dòng)態(tài)增刪改，操作時(shí)間小于10MS。查詢(xún)小于2MS。ARM (Advanced RISC Machines)是微處理器,可以多任務(wù)，并且還可以跑操作系統(tǒng)。因此一些復(fù)雜的業(yè)務(wù)處理在多任務(wù)的操作系統(tǒng)下實(shí)現(xiàn)起來(lái)就遠(yuǎn)優(yōu)于51系列的單片機(jī)。ARM芯片為32位處理器，由于其自身特性(處理速度、處理能力、儲(chǔ)存容量等)比51單片機(jī)都要強(qiáng)很多，為此在技術(shù)實(shí)現(xiàn)上也顯得比51單片機(jī)游刃有余。正是這種游刃有余，后期易給客戶(hù)提供升級(jí)、擴(kuò)容、改造等便利。ARM可以引入進(jìn)程的管理調(diào)度系統(tǒng)，使系統(tǒng)運(yùn)行更加高效。作為電子支付用的IC卡讀寫(xiě)機(jī)的交易數(shù)據(jù)、通訊數(shù)據(jù)都是高安全性數(shù)據(jù)，往往需要通過(guò)加、解密處理。處理這些數(shù)據(jù)需要耗竭大量的CPU資源，傳統(tǒng)的51單片機(jī)越來(lái)越難滿(mǎn)足這類(lèi)高處理能力的需求；而ARM芯片由于處理能力強(qiáng)、內(nèi)部資源豐富，為此能夠很好的解決此類(lèi)難題，從而保證較高的安全性。LINUX的內(nèi)核與用戶(hù)空間的內(nèi)存管理分開(kāi)，不會(huì)因?yàn)橛脩?hù)的單個(gè)程序錯(cuò)誤而引起系統(tǒng)死掉。3、用CAN轉(zhuǎn)以太網(wǎng)設(shè)備的應(yīng)用技術(shù)支持動(dòng)態(tài)負(fù)載的增加。利用CAN轉(zhuǎn)以太網(wǎng)設(shè)備的應(yīng)用技術(shù)，可以將眾多的分散CAN節(jié)點(diǎn)高速數(shù)據(jù)連入以太網(wǎng)信息層，使得現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)方便的接入局域網(wǎng)及internet網(wǎng)絡(luò)。將CAN轉(zhuǎn)換模塊看做是CAN轉(zhuǎn)以太網(wǎng)的交換機(jī)，實(shí)現(xiàn)對(duì)每個(gè)CAN節(jié)點(diǎn)的區(qū)分，并且對(duì)來(lái)自網(wǎng)絡(luò)和CAN總線(xiàn)上的數(shù)據(jù)分配、傳輸。數(shù)據(jù)采集軟件采用Socket通訊直接與CAN轉(zhuǎn)以太網(wǎng)模塊建立通訊連接。通過(guò)CAN ID或通訊協(xié)議來(lái)區(qū)分?jǐn)?shù)據(jù)。充分利用以太網(wǎng)的高速傳輸、集中管理、低成本光纖傳輸?shù)忍匦?，可以極大的提高系統(tǒng)的整體水平。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明在硬件設(shè)計(jì)上采用多種創(chuàng)新，與業(yè)界485總線(xiàn)51系列的IC卡讀寫(xiě)機(jī)相比有以下明顯優(yōu)點(diǎn)。I、用CAN總線(xiàn)技術(shù)替換原RS485或RS422總線(xiàn)網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)，解決因網(wǎng)絡(luò)瓶頸問(wèn)題而導(dǎo)致不能滿(mǎn)足實(shí)時(shí)消費(fèi)處理的要求，和白名單不能實(shí)時(shí)更新、補(bǔ)貼不能及時(shí)發(fā)至POS機(jī)的問(wèn)題以及因網(wǎng)絡(luò)中個(gè)別節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)問(wèn)題，容易使得總線(xiàn)處于“死鎖”狀態(tài)，導(dǎo)致系統(tǒng)可靠性差的問(wèn)題。CAN (Controller Area Network)屬于現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的范疇,它是一種有效支持分布式控制或?qū)崟r(shí)控制的串行通信網(wǎng)絡(luò)。較之目前RS-485基于線(xiàn)構(gòu)建的分布式控制系統(tǒng)而言，基于CAN總線(xiàn)的分布式控制系統(tǒng)在以下方面具有明顯的優(yōu)越性第一 CAN控制器工作于多主方式，網(wǎng)絡(luò)中的各節(jié)點(diǎn)都可根據(jù)總線(xiàn)訪(fǎng)問(wèn)優(yōu)先權(quán)(取決于報(bào)文標(biāo)識(shí)符)采用無(wú)損結(jié)構(gòu)的逐位仲裁方式競(jìng)爭(zhēng)向總線(xiàn)發(fā)送數(shù)據(jù)，且CAN協(xié)議廢除了站地址編碼，而代之以對(duì)通信數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼，這可使不同的節(jié)點(diǎn)同時(shí)接收到相同的數(shù)據(jù)，這些特點(diǎn)使得CAN總線(xiàn)構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)通信實(shí)時(shí)性強(qiáng)，并且容易構(gòu)成冗余結(jié)構(gòu)，提高系統(tǒng)的可靠性和系統(tǒng)的靈活性。而利用RS-485只能構(gòu)成主從式結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，通信方式也只能以主站輪詢(xún)的方式進(jìn)行，系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性、可靠性較差。第二 CAN總線(xiàn)通過(guò)CAN控制器接口芯片82C250的兩個(gè)輸出端CANH和CANL與物理總線(xiàn)相連，而CANH端的狀態(tài)只能是高電平或懸浮狀態(tài)，CANL端只能是低電平或懸浮狀態(tài)。這就保證不會(huì)出現(xiàn)象RS-485網(wǎng)絡(luò)中，當(dāng)系統(tǒng)有錯(cuò)誤，出現(xiàn)多節(jié)點(diǎn)同時(shí)向總線(xiàn)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，導(dǎo)致總線(xiàn)呈現(xiàn)短路，從而損壞某些節(jié)點(diǎn)的現(xiàn)象。而且CAN節(jié)點(diǎn)在錯(cuò) 誤嚴(yán)重的情況下具有自動(dòng)關(guān)閉輸出功能，以使總線(xiàn)上其他節(jié)點(diǎn)的操作不受影響，從而保證不會(huì)出現(xiàn)象在網(wǎng)絡(luò)中，因個(gè)別節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)問(wèn)題，使得總線(xiàn)處于“死鎖”狀態(tài)。第三CAN具有完善的通信協(xié)議，可由CAN控制器芯片及其接口芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)，從而大大降低了系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)難度，縮短了開(kāi)發(fā)周期，這些是只僅僅有電氣協(xié)議的RS-485所無(wú)法比擬的。具體如下
特性|RS-485|CAN-bus
單點(diǎn)成本__
系統(tǒng)成本蒿發(fā) 氏—
—低[
網(wǎng)絡(luò)特性_單主網(wǎng)絡(luò)_多主網(wǎng)絡(luò)_
數(shù)據(jù)傳輸率低_^_
容錯(cuò)機(jī)制 —無(wú)可 的錯(cuò)誤處理和檢錯(cuò)機(jī)制
通訊失敗率高_(dá)W_
節(jié)點(diǎn)錯(cuò)誤的影響導(dǎo)致整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的癱瘓無(wú)任何影響_
通訊距離〈I. 5km可達(dá)IOkm (5kbps)
網(wǎng)絡(luò)調(diào)試?yán)щy非常容易
開(kāi)發(fā)難度_標(biāo)準(zhǔn)Modbus協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)CAN-bus協(xié)議_
后期維護(hù)成本 I高I低2、用ARM技術(shù)替換原51系列單片機(jī)技術(shù)，增加POS機(jī)的業(yè)務(wù)處理能力，提高白名單更新速率和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間。在本發(fā)明中運(yùn)用ARM技術(shù)，使白名單的存儲(chǔ)容量大大增加。ARM (Advanced RISC Machines)是微處理器,51單片機(jī)在一定程度上發(fā)展受了限制，如多任務(wù)，和系統(tǒng)方面。而ARM就不同了不論是多任務(wù)，系統(tǒng)都優(yōu)于51單片機(jī)，因此可以看作是高級(jí)的單片機(jī)，但是ARM又可跑操作系統(tǒng)。作多任務(wù)，所以他更優(yōu)于51單片機(jī)。主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方便第一處理速度快、處理能力強(qiáng)、儲(chǔ)存容量大、給用戶(hù)帶來(lái)便利。傳統(tǒng)的51單片機(jī)為8位處理器，而ARM芯片為32位處理器，雖然兩者本質(zhì)區(qū)別不大，都能夠作為硬件設(shè)計(jì)平臺(tái)去實(shí)現(xiàn)技術(shù)要求，但是ARM芯片由于自身特性(處理速度、處理能力、儲(chǔ)存容量等)比51單片機(jī)都要強(qiáng)很多，為此在技術(shù)實(shí)現(xiàn)上也顯得比51單片機(jī)游刃有余。正是這種游刃有余，后期易給客戶(hù)提供升級(jí)、擴(kuò)容、改造等便利。ARM可以引入進(jìn)程的管理調(diào)度系統(tǒng)，使系統(tǒng)運(yùn)行更加高效。在傳統(tǒng)的單片機(jī)開(kāi)發(fā)中大多是基于中斷的前后臺(tái)技術(shù)，對(duì)多任務(wù)的管理有局限性。第二 安全性高，確保用戶(hù)數(shù)據(jù)不被丟失。[0032]作為電子支付用的IC卡讀寫(xiě)機(jī)的交易數(shù)據(jù)、通訊數(shù)據(jù)都是高安全性數(shù)據(jù)，往往需要通過(guò)加、解密處理。處理這些數(shù)據(jù)需要耗竭大量的CPU資源，傳統(tǒng)的51單片機(jī)越來(lái)越難滿(mǎn)足這類(lèi)高處理能力的需求；而ARM芯片由于處理能力強(qiáng)、內(nèi)部資源豐富，為此能夠很好的解決此類(lèi)難題，從而保證較高的安全性。LINUX的內(nèi)核與用戶(hù)空間的內(nèi)存管理分開(kāi)，不會(huì)因?yàn)橛脩?hù)的單個(gè)程序錯(cuò)誤而引起系統(tǒng)死掉。ARM引入嵌入式操作系統(tǒng)之后，可以實(shí)現(xiàn)許多單片機(jī)系統(tǒng)不能完成的功能。比如嵌入式web服務(wù)器，java虛擬機(jī)等。第三網(wǎng)絡(luò)化，方便工程布線(xiàn)。隨著社會(huì)的發(fā)展，網(wǎng)終信息化的趨勢(shì)越來(lái)越明顯，導(dǎo)致TCP/IP的通訊應(yīng)用模式也越來(lái)越廣泛。傳統(tǒng)的8位單片機(jī)由于自身因素實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)絡(luò)通訊方式非常困難，基本上都是通過(guò)采用外界網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換器將串口通訊轉(zhuǎn)換為網(wǎng)絡(luò)通訊端口，只要與外圍設(shè)備相結(jié)合就能夠?qū)崿F(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通訊。第四升級(jí)維護(hù)方便，節(jié)省時(shí)間?？蛻?hù)若采用51單片機(jī)為內(nèi)核的設(shè)備，一旦設(shè)備出現(xiàn)任何故障或本身存在缺陷需要進(jìn)行升級(jí)，就必須要反設(shè)備返回給原廠(chǎng)進(jìn)行處理，往返折騰時(shí)間長(zhǎng)，給用戶(hù)帶來(lái)不便。而ARM芯片內(nèi)部支持LINUX操作系統(tǒng)，每個(gè)程序都通過(guò)LINX操作系統(tǒng)進(jìn)行編輯，數(shù)據(jù)處理獨(dú)立，所以程序中任何一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問(wèn)題也不會(huì)影響設(shè)備的正常使用(核心程序除外)。最主要的是系統(tǒng)可以進(jìn)行遠(yuǎn)程升級(jí)，一旦設(shè)備出現(xiàn)問(wèn)題或者進(jìn)行升級(jí)，只需把修改或升級(jí)的程序打包放置在網(wǎng)絡(luò)上，用戶(hù)直接從網(wǎng)絡(luò)下載安裝即可。總之，51單片機(jī)和ARM代表兩個(gè)不同時(shí)代的技術(shù)背景，它們都能夠給客戶(hù)創(chuàng)造價(jià)值。不同的是51單片機(jī)受自身?xiàng)l件制約只能滿(mǎn)足一些簡(jiǎn)單的用戶(hù)需求，一旦碰上個(gè)性化、復(fù)雜化等需求比起ARM技術(shù)實(shí)現(xiàn)來(lái)就顯得力不從心。 ·以下是51系列單片機(jī)與ARM的一些相關(guān)特性的比較。(1),51系列單片機(jī)和ARM處理器的比較。
權(quán)利要求1.一種基于CAN與ARM技術(shù)的嵌入式1C卡讀寫(xiě)機(jī),其特征在于它以中央核心主板為中心，連接CAN模塊、兩個(gè)LCD顯示屏、供電管理中心模塊、射頻天線(xiàn)板模塊、音頻輸出模塊、鍵盤(pán)控制模塊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于CAN與ARM技術(shù)的嵌入式1C卡讀寫(xiě)機(jī)，其特征在于所述供電管理中心模塊還包括供電開(kāi)關(guān)和UPS蓄電池。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于CAN與ARM技術(shù)的嵌入式1C卡讀寫(xiě)機(jī)，其特征在于所述鍵盤(pán)控制模塊包括鍵盤(pán)模塊和鍵盤(pán)板。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于CAN與ARM技術(shù)的嵌入式1C卡讀寫(xiě)機(jī)，其特 征在于所述CAN模塊通過(guò)CAN控制器接ロ芯片82C250的兩個(gè)輸出端CANH和CANL與物理總線(xiàn)相連，CANH端的狀態(tài)是高電平或懸浮狀態(tài)，CANL端是低電平或懸浮狀態(tài)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4之一所述的基于CAN與ARM技術(shù)的嵌入式1C卡讀寫(xiě)機(jī)，其特征在于所述中央核心主板是由ARM中央處理器、系統(tǒng)存儲(chǔ)電路、信息存儲(chǔ)電路、鍵盤(pán)接ロ電路、射頻讀碼電路、射頻解碼電路、音頻控制電路、CAN接ロ電路、TCP系統(tǒng)控制電路、輸出接ロ電路、供電管理電路、視頻控制接ロ電路組成，所述ARM中央處理器與其它電路分別相連。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于CAN與ARM技術(shù)的嵌入式1C卡讀寫(xiě)機(jī)，其特征在于所述CAN接ロ電路包括CAN隔離電路和CAN收發(fā)電路。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于CAN與ARM技術(shù)的嵌入式1C卡讀寫(xiě)機(jī)，其特征在于所述ARM是32位微處理器。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種基于CAN與ARM技術(shù)的嵌入式IC卡讀寫(xiě)機(jī)，它以中央核心主板為中心，連接CAN模塊、兩個(gè)LCD顯示屏、供電管理中心模塊、射頻天線(xiàn)板模塊、音頻輸出模塊、鍵盤(pán)控制模塊。本實(shí)用新型用CAN總線(xiàn)技術(shù)替換原RS485或RS422總線(xiàn)網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)，解決因網(wǎng)絡(luò)瓶頸問(wèn)題而導(dǎo)致不能滿(mǎn)足實(shí)時(shí)消費(fèi)處理的要求，以及系統(tǒng)可靠性差的問(wèn)題；用ARM處理器技術(shù)替換原51系列單片機(jī)技術(shù)，增加POS機(jī)的業(yè)務(wù)處理能力，提高白名單更新速率和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間。
文檔編號(hào)H04L12/40GK202759469SQ201220438538
公開(kāi)日2013年2月27日 申請(qǐng)日期2012年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月31日
發(fā)明者王向前, 王向東 申請(qǐng)人:南京鑫三強(qiáng)科技實(shí)業(yè)有限公司