基于M68HC912D60芯片的嵌入式税务监控系统

　　1 引言

    　　税控系统即“POS电子税收控制系统”, 是由POS机、金税卡/IC卡、读卡器、计算机及打印机等设备构成的电子信息网络。POS税款机的推广是执行“金税工程”的一个重点项目，推广应用POS税款机能够让税务部门节约大量的人力财力，杜绝商家经营中的偷税漏税情形。由于目前市面上使用的POS机五花八门，全部更换是一个很大的经济负担，因此，一个可行的方法是对现有的普通收款机进行改造，安上税控装置。以MCU为核心的嵌入式税控系统以其高效、可靠、低价的优点，成为最佳的税控系统解决方案之一。
    　　2 税务监控系统介绍
    　　税务监控系统通过截获POS机的打印数据，从中提取出交易的日期、时间、金额等税控信息，并在打印数据中插入加密的防伪信息，再送到打印机打印出票据。同时，系统能够响应税务管理中心的命令，向中心提供营业额等税务信息。其拓扑结构如图1所示。
    　　   

    　　税控POS机是在普通POS机的基础上增加了具有数据保护功能的“黑匣子”。它的主要作用是自动记录用户的经营结果，掌握用户的真实营业数据，才能有效堵塞税收漏洞，从而保证征税工作的合理性与合法性。
    　　3 M68HC912D60芯片介绍
    　　3.1 基本结构
    　　M68HC912D60 单片机是Motorola公司的16位单片机，由控制单元和执行单元两个主要部分组成。控制单元包含时序发生器、控制存储器和随机控制逻辑，为执行单元生成所有的控制;执行单元(EU)包含所有的寄存器、ALU和总线接口。
    　　3.2 功能特点
    　　M68HC912D60系列采用模块化设计，各种不同型号单片机可由不同的模块组成。M68HC912D60是其中的代表产品，它速度快、功能强、内部资源丰富。M68HC912D60具有如下特点：
    　　16 bit CPU12 与M68HC11 指令组兼容
    　　60K片内EEPROM
    　　60K片内ROM
    　　2kB片内RAM
    　　8MHz内部总线频率
    　　20bit ALU
    　　2个增强型串行口通讯口SCI
    　　1个串行外围接口SPI
    　　4通道可编程的 PWM
    　　2× 8channels, 10bit A/D 转换器
    　　112Pin TQFP /80pin QFP 封装
    　　3.3 M68HC912D60的结构与存储器组织
    　　M68HC08系列可以寻址64Kbytes的存储空间。M68HC912D60的存储器组织包括：
    　　60K 片内FLASH EEPROM
    　　60K片内ROM
    　　1K 片内EEPROM
    　　2kB片内RAM
    　　4 基于Motorola M68HC912D60单片机的税务控制系统设计
    　　Motorola M68HC912系列单片机具有速度快、功能强、功耗低、价格低等特点，采用先进的亚微米工艺，具有较高的性价比。以下讨论一个基于M68HC912D60嵌入式税务监控系统的实现。
    　　4.1 系统描述
    　　税务监控系统是通过在普通POS机中加装一个税控黑匣子，从而准确地获取经营者的营业额，并能将数据传送至税务管理中心，提供税收依据。
    　　4.2 硬件系统设计
    　　税务监控系统的硬件设计主要包括MCU、外围接口单元、控制单元、外扩数据存储器SRAM、嵌入式MODEM单元、8250串行接口、8255并行接口及时钟电路几大模块。系统结构框图如图2所示。外围接口单元由RS-232接口、RS-485接口、指示电路接口和电话线接口构成;控制单元由复位电路、掉电保护电路和看门狗电路构成。
    　　   
      
    　　MCU模块完成整个系统的控制和相应处理;外围接口单元模块主要完成本系统与PC机、远程管理中心之间以及下层的各个PoS分机之间的通信接口;外扩存储器RAM完成对各个PoS分机上传输数据的暂时保存，等接收到规定数量的数据后，统一由MODEM传到税控管理中心。
    　　控制单元模块主要完成用户对整个系统的控制，即对数据提供可靠的掉电保护，防止掉电后丢失数据，对系统提供彻底、统一的复位，以防系统死机，实现对程序的监视功能，解决了程序“跑飞”失控及死循环问题;8250串行接口模块完成 MCU与嵌入式MODEM芯片的接口。
    　　嵌入式MODEM单元模块完成数据的调制解调，并通过电话线接口与远程的标准MODEM进行通信;8255接口模块完成数据线的扩充，提供足够的数据线来驱动系统的指示电路;时钟电路模块主要是为系统提供一个准确、稳定和可靠的时钟，以便定时和为监视器(Watchdog)电路提供方波输入等。其中，8255接口模块、8250接口模块及外扩存储器RAM之间，是通过M68HC912D60的C口的高三位经过译码后的片选信号控制各模块的片选来进行切换的。
    　　4.3 系统软件设计
    　　软件部分包括PoS税控盒部分和税务部门的主机上运行的服务器部分。前者是以MCU为核心的嵌入式系统，全部以汇编语言编写;后者运行于 Windows平台，采用VB语言。图3给出了主程序的工作流程。
    　　   
      
    　　系统中的通信协议包括税控分机与POSMaster 之间的通信协议、PoSMaster与税务部门主机间的通信协议、税控分机与PC机直接通信的协议(用于PoSMaster的通信线路故障时)。本系统参考电信部门IC卡公用付费电话系统的通信协议和相关的国家标准，制定了自己的通信协议。考虑到设计的方便性，在上述的三种通信中采用基本相同的链路层和应用层协议。下面是对所用协议的简单描述。
    　　4.3.1 帧结构
    　　链路层有两种帧结构：命令帧和数据帧。
    　　(a)命令帧
    　　用于传输建链请求、应答、请求数据等命令以进行链路控制，命令帧结构如下：
    　　   
      
    　　命令帧符号定义：
    　　SOH 标题开始
    　　TYPE 指示帧的类型
    　　Length 指示帧长度
    　　Command 传输的命令，例如：
    　　命令字符：
    　　AUDIT 请求数据
    　　ACK 肯定应答
    　　NAK 否定应答
    　　EOT 传输结束
    　　(b)数据帧
    　　用于传输实际的数据即税控信息数据，数据帧结构如下：
    　　数据帧符号定义： SOH 标题开始
    　　TYPE 指示帧的类型
    　　Length 指示帧长度
    　　DATA 传输的正文(数据)
    　　ETB 指示一帧数据结束
    　　ETX 指示所有数据结束
    　　BCC 校验码
    　　4.3.2 通信的流程
    　　在物理层建立连接后，先发送一长串同步码，然后再发送第一帧数据，数据上传的一方发送肯定应答后开始数据传输过程。数据收集方每接收到一帧数据，根据校验的结果发肯定或否定应答。
    　　4.3.3 差错控制
    　　本协议采用BCC规则的偶校验。接收端收到一帧数据后，若BCC校验有错，则发送NAK要求对方重发上一帧数据。对同一帧信息文电如果重发次数超出阈值，则本次通信失败，双方退出通信过程。
    　　4.3.4 超时控制
    　　通信双方在收到对方的命令或数据后必须在6s以内回应;若某一方在6s内没有收到对方的回应则重发上一次的命令或数据。允许的最大重发次数为3次。