CN110517419B - 截取串口收银机打印数据并追打附加信息的方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及截取串口收银机打印数据并追加信息的方法和采用串口收银机的收银打印系统。所述方法在收银机和打印机之间设有基于FPGA的桥接电路，桥接电路截获收银机向打印机发送的原始打印数据并转发给打印机，在截获和转发过程中进行插入位置关键字段的匹配，匹配成功时依据串口通信是否设有硬件流控选择不同的处理方式，通过暂停收银机发送或将后续延时打印数据上传到上位机存储的方式，先在匹配获得的插入位置插入追加打印数据，在继续后续原始打印数据的打印。所述系统包括收银机和打印机及两者之间基于FPGA的桥接电路桥接电路，采用本发明的方法工作。本发明能够提高小票上追加信息打印位置的准确性，满足商家需求。

Description

截取串口收银机打印数据并追打附加信息的方法及系统

技术领域

本发明涉及截取串口收银机打印数据并追打附加信息的方法，还涉及用于实施这种方法的采用串口收银机的收银打印系统。

背景技术

现有商超收银系统的基本架构是收银机（例如，POS机）通过线缆直接连接打印机和显示装置，收银机在交易过程中采集和确定交易信息，产生账单（例如，消费小票）或发票的打印数据（或称原始打印数据）发送至打印机进行纸件打印，或同时将账单信息在客户显示器上进行显示，以便客户查看。

但目前商家往往希望在小票上显示出商家的相应二维码及营销信息（例如，会员信息或促销信息）这种追加信息不是由收银机产生的，需要通过某种手段插入或补充到原始打印数据上，形成用于实际打印（或显示等）的打印数据。

依据上述现有技术，要实现上述同时显示出追加信息的功能，需要配备的设备复杂，数据处理量大，资源占用多，给使用者带来不便。

在避免加入复杂设备和处理大量数据的情形下解决追打问题的一种可行的思路是在收银机与打印机之间设置桥接系统，通过桥接系统截取收银机的打印数据，追加附加信息，控制打印机打印出包含追加信息后的小票。

现有桥接技术多为基于单片机的设计方案，通过单片机收发数据，单片机通过PHY芯片接收经过解析后USB数据，然后经过处理转发给打印机。

然而，在串口打印机的环境下，要想将追打信息打印在小票的设定位置，就需要收银机在发送消费帐单的过程中能够在任何一个位置暂停发送数据给串口打印机，等待追加信息的传送和打印，在串口打印机接收并完成追打信息的打印后再由收银机继续发送其他打印数据。由于单片机是顺序执行的结构，批量处理所截获的数据，在插入追加信息时，需要花费较长时间对插入位置的关键字段数据进行匹配，不能及时准确地控制收银机暂停发送打印数据，因此实际打印出的小票上的追加信息位置很不准确，甚至导致打印不出来追加的信息,严重影响客户体验。

特别是，串口数据中有收银机与打印机之间交互数据，对于ARM或者单片机去实现这种数据快速交互，还是有比较大的弱势，也是因为ARM和单片机都是顺序执行且是批量处理数据，不能实现实时，这样本来需要在某个需要暂停收银机发送数据的位置却会导致延迟，使得收银机和打印机可以正常交互，交互之后收银机会继续发送数据，这样也就不能起到暂停收银机发送数据的要求，打印出的小票中追加信息的位置会严重偏离设定位置。

另外，目前很多商超获取商铺消费情况的方式还是采用商铺人工上报的方式，这样会使数据上报不准确、有延迟，而且商场也需要由很多人员人工录入商铺的消费情况，工作繁杂枯燥，且成本高。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了截取串口收银机打印数据并追打附加信息的方法，还提供了用于实施该方法的采用串口收银机的收银打印系统，以改善带有追加信息的小票打印质量，满足商家需求。

本发明的技术方案是：截取串口收银机打印数据并追打追加信息的方法，在收银机和打印机之间设有基于FPGA的桥接电路，建立桥接电路输入端与收银机的串口通信连接和桥接电路输出端与打印机的串口通信连接，还包括下列步骤：

S1. 桥接电路截获收银机向打印机发送的原始打印数据；

S2. 桥接电路依据追加打印配置对所获得的原始打印数据进行追加打印位置关键字段的匹配，在未获得匹配字段时，判断为不插入追加打印数据，获得匹配字段时，判断为需插入追加打印数据且追加打印数据的插入位置为紧接该匹配字段的后面，在此情形下，在追加打印配置中，可将紧接追加打印数据的插入位置的前一个字段作为识别追加打印数据插入位置的关键字段；

S3. 在不插入追加打印数据的情形下，桥接电路将截获的原始打印数据转发至打印机进行打印；

S4. 在需插入追加打印数据的情形下，采取下列任意一种方式：

S41. 桥接电路模拟打印机向收银机发送暂停打印数据的信号，收银机依据该信号停止发送原始打印数据，桥接电路将插入追加打印数据位置前面的全部原始数据发送至打印机后，向打印机发送相应的追加打印数据，追加打印数据发送完毕后，模拟打印机向收银机发送恢复发送打印数据的信号，收银机恢复向打印机发送原始打印数据；

S42. 收银机不停止原始打印数据的发送，桥接电路持续截获收银机向打印机发送的原始打印数据，将插入追加打印数据位置前面的全部原始打印数据发送至打印机，将插入追加打印数据位置后面的全部原始打印数据发送至上位机存储，在将插入追加打印数据位置前面的原始打印数据全部发送至打印机后，向打印机发送相应的追加打印数据，相关追加打印数据发送完成后，从上位机重新获得插入追加打印数据位置后面的原始打印数据。

在步骤S4中，择一选用步骤S41 或S42。

可以依据串口通信是否设置硬件流控选择采用步骤S41或步骤S42，当设有硬件流控时，优选采用步骤S41，当不设硬件流控时，优选采用步骤S42。

当后续原始打印数据中不再插入追加打印数据时（可以根据预知的小票追加信息设置方式），在完成步骤S41或S42后，桥接电路将后续获得的原始打印数据全部转发给打印机，不再进行追加打印位置关键字段的匹配，当后续原始打印数据中依然存在需插入追加打印数据的情形或者后续原始打印数据中是否存在需插入追加打印数据的情形不详时，在完成步骤S41后，返回步骤S1；在完成步骤S42后，返回步骤S1，并将上位机向桥接电路传送原始打印数据视同为收银机向打印机发送原始打印数据，将桥接电路从上位机获取的原始打印数据视同为从桥接电路截获的由收银机发送的原始打印数据。

所述桥接电路可以将所截获的原始打印数据发送至计算机平台，由计算机平台进行相关数据统计和分析，例如，各商铺或各商品的日销售量和销售额等，并可以进行各种统计分析，形成月度、季度和年度统计表和趋势分析图等。

所述追加打印数据通常包括商家的相关二维码数据。

所述FPGA优选以ARM为上位机，接收来自ARM的追加打印配置及追加打印数据，将截获的原始打印数据传送至ARM，由ARM发送至计算机平台。

采用串口收银机的收银打印系统，包括收银机和打印机，所述收银机和打印机之间设有基于FPGA的桥接电路，可用于实施本发明公开的任意一种截取串口收银机打印数据并追打附加信息的方法，或者说可采用本发明公开的任意一种截取串口收银机打印数据并追打附加信息的方法实施截取串口收银机打印数据并追打附加信息。

例如，建立桥接电路输入端与收银机的串口通信连接和桥接电路输出端与打印机的串口通信连接，桥接电路截获收银机向打印机发送的原始打印数据并转发给打印机，在截获和转发过程中，对截获到的原始打印数据，依据追加打印配置进行插入位置关键字段的匹配，匹配成功时模拟打印机向收银机发出暂停发送打印数据的信号，收银机停止发送原始打印数据，桥接电路向打印机发送相应的追加打印数据，追加打印数据发送完毕后，模拟打印机向收银机发送恢复发送打印数据的信号，收银机恢复向打印机发送原始打印数据，桥接电路恢复对原始打印数据的截获和转发。

该系统还可以设有计算机平台，所述桥接电路连接所述计算机平台，将所截获的原始打印数据发送至计算机平台，由计算机平台进行相关数据统计和分析。

用于所述串口通信的接口为9针D形接口，所述收银机与桥接电路之间以及所述桥接电路与打印机之间均采用DB9数据线连接。

实践中，串口接口还有一种是标准的DB25的数据接口，还有其它一些非标准的接口型式，对于这些非9针D形接口,都可以通过转接口转换成常用的DB9接口（标准接口）。

当所述打印机采用并口输入时，采用相应的串口/并口转换器实现桥接电路输出与打印机输入的通信连接。

所述桥接电路优选包括FPGA和ARM，所述FPGA以ARM为上位机，接收来自ARM的追加打印配置及追加打印数据，将截获的原始打印数据传送至ARM，所述FPGA的输入端构成所述桥接电路的输入端，所述FPGA的输出端构成所述桥接电路的输出端。

所述ARM可以设有网络通信接口和/或网络通信模块，通过有线和/或无线通信方式接入计算机通信网络，通过计算机通信网络将所截获的原始打印数据发送至计算机平台。

所述FPGA可以包括：

数据截获模块，用于截获收银机发送的原始打印数据，并将所截获的原始打印数据发送至上位机；

追打判断模块，用于判断是否应进行追加信息的追加打印，依据追打配置识别原始打印数据中的追加打印数据插入位置，当识别出达到追加打印数据插入位置时，产生并向追打控制模块和异常诊断模块发送追打标志信号；

追打控制模块：用于控制和协调原始打印数据和追加打印数据的打印，当收到追打判断模块的追打标志信号时，在串口通信设有硬件流控的情形下，控制收银机暂停发送原始打印数据，将上位机发送来的追加打印数据发送至打印机，发送完后，控制收银机恢复原始打印数据的发送；在串口通信未设硬件流控的情形下，控制数据截获模块将追加打印数据的插入位置后面的全部原始打印数据发送至上位机存储，将上位机发送来的追加打印数据发送至打印机，发送完后，控制数据截获模块从上位机重新获取插入追加打印数据位置后面的全部原始打印数据；

MUX模块：用于择一选择输出追加打印数据还是原始打印数据，接通相应的输出通道；

波特率自检测模块：自动检测收银机端串口波特率，并将该波特率值保存起来。

本发明的有益效果是：由于采用FPGA与ARM组合形成的桥接系统进行收银机数据截获及追打，执行速度快，实现灵活，提高了追加信息打印（显示）位置的准确性，避免了追加信息位置混乱对客户的负面影响；可以通过上位机将这些数据发送至商家的计算机系统（商家平台），通过计算机系统自动汇集和统计，无需人工采集各商铺的销售情况，提高了数据的及时性、准确性和工作效率；由于采用了MUX进行原始打印数据和追加打印数据的输出切换，避免了不同数据之间的干扰或混淆，进一步保证了打印出的小票质量；由于采用了波特率自检测模块，能够自动检测收银机端串口波特率，并将该波特率值保存起来，下次上电后就可以直接使用已经检测得到的波特率值来截获数据。

附图说明

图1是本发明涉及的系统构造示意图；

图2是本发明涉及的桥接电路构造和流程示意图。

具体实施方式

参见图1，本发明的收银打印系统以FPGA（Field－Programmable Gate Array，现场可编程门阵列或称现场可编程逻辑门阵列）和ARM（ARM处理器）组合形成桥接电路，连接于收银机和打印机之间，所述FPGA的输入端和输出端均为串口，通常可采用9针D形接口（DB9），并分别通过各自的DB9数据线连接收银机和打印机（参见图2）的相应串口，用于接收收银机的打印数据，将经过桥接处理后加入追加信息的打印数据传送给打印机。所述FPGA和ARM通信连接，可以设置用于双方通信的内部总线实现这种通信连接，所述FPGA接收来自ARM的追打配置及需要追打的附加信息，依据ARM的追打配置进行追打插入位置前字段的匹配，在匹配成功时向收银机发出暂停发送打印数据的信号，并请求或等待ARM发送追加打印数据，将ARM发来的追加打印数据传送给打印机，控制打印机在相应位置打印追加信息，在收到ARM的本次追加打印结束信号后，向收银机发出继续发送打印数据的信息，以便传送给打印机，控制打印机依据收银机的打印数据继续打印，最终打印出包含追加信息的完整小票。

当串口通信中未设硬件流控时，可以不停止收银机发送原始打印数据，而改为将插入追加打印数据位置后面的全部原始打印数据发送至上位机，利用上位机的存储/暂存能力进行存储，在插入追加打印数据位置前面的全部原始打印数据向打印机发送完毕后，向打印机发送追加打印数据，完成追加打印后再重新从上位机获取追加打印数据插入位置后面的全部原始打印数据。

现有背景下，通常，小票中只有一次插入追加信息，因此，在完成追加打印信息的插入后，对后续的原始打印数据无需再进行是否插入追加打印数据的检测或字段匹配，将后续的原始打印数据直接传送至打印机即可。

然而，在小票的多处插入不同或相同的追加打印信息依然存在是有可能或由必要的，因此，在完成一次追加打印数据的插入后，对于后续的原始打印数据，依然应向对开始时的原始打印数据那样进行追加打印位置关键字段的匹配，对开始时原始打印数据的相关处理过程都是适应的，唯一区别是，当采用步骤S42时，后续的原始打印数据是从上位机获取的而不是从收银机的输出截取的，但桥接电路在获得这些数据后，无需关注其从哪个路径获得，相应处理方式不变。另外，由于上位机中已经存储了这些数据，桥接电路重新获得这些数据后，无需再次向上位机传送这些数据。

上述打印数据（包括追加信息的打印数据）可以依据相应的协议由FPGA发送至显示器进行显示，也可以电子账单文件发送至客户的电子邮件或微信等。根据设置，纸质小票、显示器显示和电子账单等可以同时采用，也可以只采用一种或多种。

该系统有2个工作模式，分别是截获模式与追打模式。

截获模式：就是FPGA接收收银机发来的打印数据，即时将收到的打印数据发送给打印机，这里说的即时发送给打印机，实践中可以在FPGA内部使用一个真实的线将收银机端的所有信号接到打印机端对应的信号位置处，也可以是接收后转发。

追打模式：在需要追打二维码等追加信息的地方，FPGA通过一些串口信号状态通知收银机暂停此时的数据发送，在ARM的控制下，将追加信息的打印数据发送给打印机，追打结束后，重新进入截获模式。

FPGA接在收银机和消费小票打印机之间，收银机按照串口协议发送原始打印数据（消费或交易数据），FPGA在接收收银机发送来的打印数据的同时将这些数据发送给打印机，在需要进行追打二维码及文字等追加信息时，FPGA将二维码及文字等追加信息的打印数据发送给打印机。

FPGA实现上述功能的内部架构和流程（设有串口硬件流控的情形下）可参见图2。

所述FPGA的主要功能模块包括：数据截获模块、追打判断模块、追打控制模块、FIFO存储模块、上位机通信模块、异常诊断模块、MUX模块和波特率自检测模块。其中：

数据截获模块：用于截获收银机发送的原始打印数据，采集连接收银机的串口（一般为DB9）数据，将采集到的数据暂存在该模块的内部FIFO（FIFO存储器）中，等到内部FIFO中数据量达到一定数量或者内部FIFO内有数据且超过一个时间范围内都没有新的数据写入时，则将内部FIFO中的所有数据发送给上位机（ARM），这样可以保证上位机每次拿到的数据都是比较实时的且是当前消费小票的完整数据。

追打判断模块：用于判断是否应进行追加信息的追加打印，采集连接收银机的串口数据，但不像数据截获模块那样将采集到的数据进行存储和转发，而是，根据源自ARM的追打设置，将当前数据与追打定位数据（关键字段）进行对比或匹配，如当前数据（字节个数可以配置）和追打定位数据匹配，则产生并向追打控制模块和异常诊断模块发送追打标志信号。

追打控制模块：用于控制和协调原始打印数据和追加打印数据的打印，当收到追打判断模块的追打标志信号时，当串口通信中设有硬件流控的情形下，模拟打印机向收银机发送暂停信号（暂停发送数据信号），控制收银机暂停发送原始打印数据，等待上位机发送需要追打的追加打印数据，将上位机发送来的追加打印数据存储在追加打印数据FIFO（FIFO存储器）中，等待打印机能够接收打印数据时，将存储于追加打印数据FIFO的打印数据全部发送给打印机，发送完后，模拟打印机向收银机发送恢复发送数据信号，通知收银机继续发送原始打印数据。在串口通信中未设硬件流控的情形下，则可以不停止收银机发送原始打印数据，而改为将插入追加打印数据位置后面的全部原始打印数据发送至上位机，利用上位机的存储/暂存能力进行存储，在插入追加打印数据位置前面的全部原始打印数据向打印机发送完毕后，向打印机发送追加打印数据，完成追加打印后再重新从上位机获取插入追加打印数据位置后面的全部原始打印数据。

追加打印数据FIFO：用于存储从上位机发送来的追加打印数据。

上位机通信模块：用于与上位机（ARM）的通信，通信内容主要是工作模式配置（只截获或者截获加追打）、追打位置配置和追加打印数据等。

异常诊断模块：用于诊断整个系统的异常工作的情况或状态，例如，系统启动后，通过和上位机之间的心跳信号来判断上位机是否处于系统工作异常状态，如果出现了系统启动异常，该模块会产生一个复位上位机信号，使上位机断电一段时间再重新上电；当处在追打过程中，上位机由于某种原因（上位机断网）不能产生二维码等的追加打印数据，但此时上位机系统工作正常（有心跳信号输出），该模块也会产生一个信号来通知FPGA退出追打模式，直接进入只截获模式，但这里不复位上位机，具体可以为，收到追打判断模块的追打标志信号启动追打异常计时，监视或采集与上位机的接口数据，在超过设定时间后没有收到上位机的追加打印数据时，判断为追加打印异常，向追打控制模块和上位机同时发送恢复截获工作模式信号，追打控制模块依据恢复截获工作模式信号模拟打印机向收银机发送继续发送打印数据的信号，上位机依据恢复截获工作模式信号取消发送追加打印数据的流程。

波特率自检测模块：自动检测收银机端串口波特率，并将波特率值保存起来，下次上电后就可以直接使用已经检测得到的波特率值来截获数据。

追加打印数据可以预存于ARM中，也可由ARM请求平台（商家局域网或云平台等）发送过来。

MUX模块：用于择一选择追加打印数据和原始打印数据的输出，进行相应内部通道与输出端接口连接状态的切换，选择让源自收银机的原始打印数据还是让源自上位机的追加打印数据发送给打印机。

可以通过ARM将接收到的原始打印数据在经过解析或不经过解析的状态下发送给商家平台，也可以通过ARM将接收到的原始打印数据在插入追加打印数据后的最终打印数据发送给平台。

可以由追加打印模块将追打标志信号同时发送给ARM，ARM接收到追加打印标志信号后向FPGA发出追加打印数据。

本发明所称小票泛指商场消费小票等交易账单和发票等凭证。

本发明公开的各优选和可选的技术手段，除特别说明外及一个优选或可选技术手段为另一技术手段的进一步限定外，均可以任意组合，形成若干不同的技术方案。

Claims (1)

1.采用串口收银机的收银打印系统，其特征在于以FPGA和ARM组合形成桥接电路，连接于收银机和打印机之间，所述FPGA的输入端和输出端均为串口，分别连接收银机和打印机的相应串口，用于接收收银机的打印数据，将经过桥接处理后加入追加信息的打印数据传送给打印机，设置用于双方通信的内部总线实现所述FPGA和ARM的通信连接，所述FPGA接收来自ARM的追打配置及需要追打的附加信息，依据ARM的追打配置进行追打插入位置前字段的匹配，在匹配成功时向收银机发出暂停发送打印数据的信号，并请求或等待ARM发送追加打印数据，将ARM发来的追加打印数据传送给打印机，控制打印机在相应位置打印追加信息，在收到ARM的本次追加打印结束信号后，向收银机发出继续发送打印数据的信息，以便传送给打印机，控制打印机依据收银机的打印数据继续打印，最终打印出包含追加信息的完整小票，

当串口通信中未设硬件流控时，不停止收银机发送原始打印数据，而改为将插入追加打印数据位置后面的全部原始打印数据发送至上位机，利用上位机的存储/暂存能力进行存储，在插入追加打印数据位置前面的全部原始打印数据向打印机发送完毕后，向打印机发送追加打印数据，完成追加打印后再重新从上位机获取追加打印数据插入位置后面的全部原始打印数据，

该系统有2个工作模式，分别是截获模式与追打模式：

截获模式：FPGA接收收银机发来的打印数据，即时将收到的打印数据发送给打印机，

追打模式：在需要追打追加信息的地方，FPGA通过一些串口信号状态通知收银机暂停此时的数据发送，在ARM的控制下，将追加信息的打印数据发送给打印机，追打结束后，重新进入截获模式，

FPGA接在收银机和消费小票打印机之间，收银机按照串口协议发送原始打印数据，FPGA在接收收银机发送来的打印数据的同时将这些数据发送给打印机，在需要进行追打追加信息时，FPGA将追加信息的打印数据发送给打印机，

所述FPGA的主要功能模块包括：数据截获模块、追打判断模块、追打控制模块、FIFO存储模块、上位机通信模块、异常诊断模块、MUX模块和波特率自检测模块，其中：

数据截获模块：用于截获收银机发送的原始打印数据，采集连接收银机的串口数据，将采集到的数据暂存在该模块的内部FIFO中，等到内部FIFO中数据量达到一定数量或者内部FIFO内有数据且超过一个时间范围内都没有新的数据写入时，则将内部FIFO中的所有数据发送给上位机，由此保证上位机每次拿到的数据都是比较实时的且是当前消费小票的完整数据，

追打判断模块：用于判断是否应进行追加信息的追加打印，采集连接收银机的串口数据，根据源自ARM的追打设置，将当前数据与追打定位数据进行对比或匹配，如当前数据和追打定位数据匹配，则产生并向追打控制模块和异常诊断模块发送追打标志信号，

追打控制模块：用于控制和协调原始打印数据和追加打印数据的打印，当收到追打判断模块的追打标志信号时，当串口通信中设有硬件流控的情形下，模拟打印机向收银机发送暂停信号，控制收银机暂停发送原始打印数据，等待上位机发送需要追打的追加打印数据，将上位机发送来的追加打印数据存储在追加打印数据FIFO中，等待打印机能够接收打印数据时，将存储于追加打印数据FIFO的打印数据全部发送给打印机，发送完后，模拟打印机向收银机发送恢复发送数据信号，通知收银机继续发送原始打印数据，在串口通信中未设硬件流控的情形下，则不停止收银机发送原始打印数据，而改为将插入追加打印数据位置后面的全部原始打印数据发送至上位机，利用上位机的存储/暂存能力进行存储，在插入追加打印数据位置前面的全部原始打印数据向打印机发送完毕后，向打印机发送追加打印数据，完成追加打印后再重新从上位机获取插入追加打印数据位置后面的全部原始打印数据，

追加打印数据FIFO：用于存储从上位机发送来的追加打印数据，

上位机通信模块：用于与上位机的通信，通信内容主要是工作模式配置、追打位置配置和追加打印数据，

异常诊断模块：用于诊断整个系统的异常工作的情况或状态，系统启动后，通过和上位机之间的心跳信号来判断上位机是否处于系统工作异常状态，如果出现了系统启动异常，该模块会产生一个复位上位机信号，使上位机断电一段时间再重新上电；当处在追打过程中，如果上位机不能产生追加打印数据，但上位机系统工作正常，该模块产生一个信号通知FPGA退出追打模式，直接进入只截获模式，不复位上位机，具体为：收到追打判断模块的追打标志信号启动追打异常计时，监视或采集与上位机的接口数据，在超过设定时间后没有收到上位机的追加打印数据时，判断为追加打印异常，向追打控制模块和上位机同时发送恢复截获工作模式信号，追打控制模块依据恢复截获工作模式信号模拟打印机向收银机发送继续发送打印数据的信号，上位机依据恢复截获工作模式信号取消发送追加打印数据的流程，

波特率自检测模块：自动检测收银机端串口波特率，并将波特率值保存起来，下次上电后直接使用已经检测得到的波特率值来截获数据，

MUX模块：用于择一选择追加打印数据和原始打印数据的输出，进行相应内部通道与输出端接口连接状态的切换，选择让源自收银机的原始打印数据还是让源自上位机的追加打印数据发送给打印机。

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