CN101398804A - 一种具有打印驱动功能的设备及实现打印驱动的方法 - Google Patents

Abstract

一种具有打印驱动功能的设备及实现打印驱动的方法，设备包括一片至少可实现双核功能的多核CPU芯片，其中一核为主控CPU0，用于设备的主控，另一核为连接打印驱动电路的驱动CPU1，用于控制记录仪打印，CPU0将下行数据通过共享memory传输给驱动CPU1，CPU1将上行数据通过所述共享memory传输给CPU0，CPU0和CPU1通过共享memory实现通讯。该设备和方法可以提高打印速度和性能，并降低成本，是一种简单、高效、低成本的记录仪驱动电路的实现方式。

Description

一种具有打印驱动功能的设备及实现打印驱动的方法

技术领域

本发明涉及记录仪驱动技术，尤其涉及一种具有打印驱动功能的设备及实现打印驱动的方法。

背景技术

银行自助终端、超市等的票据打印和医疗电子产品中检测结果的打印大多用的是热敏打印。在这些产品中：有些产品对打印的实时性和打印的速度精度有严格要求，例如医疗产品中监护议和心电图机上ECG(心电)波形的打印，要求匀速打印(有两种速度25mm/s和50mm/s)，速度精度要求在±5％内；有些产品要求高速打印，例如银行的自助终端和超市里的票据打印，为了减少顾客的排队时间，要求打印的速度越快越好，由此可见，很多使用环境下对打印的速度和性能有高的要求。

现有记录仪驱动电路的实现方法主要有两种方式：方式(1)为两个CPU的系统，即系统用了两片CPU来实现，其中一片是用于设备主控的CPU0，另一片是用于控制记录仪打印的CPU1，两个CPU间如图1所示，通过某种方式(例如串口、并口等)进行通讯。方式(2)为一个CPU系统，系统只有一个CPU，该CPU既完成主控又完成记录仪的打印控制。在方式(1)中两个CPU系统的数据处理进程如图2所示，一般常用的操作方式如下：CPU0将要打印的下行数据进行压缩处理，然后按照一定的通讯协议将数据打包通过某种方式传给CPU1，CPU1收到数据按照约定的协议格式解包，然后再对数据进行解压处理得到能打印点阵数据后才能进行打印。由此可见，数据在传送和接收时都必须经过数据传输处理这一过程，数据传输处理的复杂程度与两个CPU间接口传输速率以及打印的速度有关，特别是如果两个CPU间的通讯接口速度很低时，要实现速度较高的实时打印对数据的压缩、解压处理是必须的，这时如果直接传输能打印的点阵数据，将不能保证高速打印，例如对于fujitsu(富士通)型号为FTP-628mcl101的热敏点阵打印头，它的热敏加热单元的尺寸为8dots/mm，有效打印宽度为48mm，每行打印的点数是384dots/dotline(48Bytes)，如果通过波特率为115.2kHz的串口来传输数据点阵，每次传输每行打印点阵的时间为(48×11)/115.2＝4.58ms，每个点线的长度为0.125mm，那么最大的打印速度为27.3mm/s。而要做到较高的打印速度时，数据传输处理过程必定很复杂。因此方式(1)缺点是：系统的硬件复杂，通讯协议复杂，处理过程复杂，上位机、下位机软件的开销大，成本高。方式(2)虽然硬件系统简单，通讯协议简单，成本低，但是由于只有一个CPU，其即要完成主控又要完成热敏打印的控制，显然很难保证打印的实时性。

因此，现有技术(1)和(2)存在以下的缺点：

(1)采用两个CPU的系统：硬件复杂、成本高，通讯协议复杂、软件开销大；

(2)采用单个CPU的系统：CPU要处理多任务，难以保证打印的实时性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种具有打印驱动功能的设备及实现打印驱动的方法，该设备和方法可以提高打印速度和性能，并降低成本。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案为：

一种具有打印驱动功能的设备，包括一片至少可实现双核功能的多核CPU芯片，其中一核为主控CPU0，用于所述设备的主控，另一核为用于控制记录仪打印的驱动CPU1，所述驱动CPU1连接打印驱动电路，且所述主控CPU0的中断端连接所述驱动CPU1的数据输入输出端，所述驱动CPU1的中断端连接所述主控CPU0的数据输入输出端；还设置一共享存储器，所述主控CPU0和驱动CPU1以中断的方式通过直接读写所述共享存储器进行通讯。

所述的设备，其中：所述的共享存储器是所述多核CPU芯片内部的RAM或先进先出存储器或双口RAM。

所述的设备，其中：所述的共享存储器是外设的RAM或SDRAM或先进先出存储器或双口RAM。

所述的设备，其中：所述多核CPU芯片采用现场可编程门阵列或专用集成电路实现。

采用上述的设备实现打印驱动的方法，包括以下步骤：

A、多核CPU芯片中的主控CPU0将下行数据通过共享存储器传输给驱动CPU1；所述驱动CPU1将上行数据通过所述共享存储器传输给所述主控CPU0；

B、所述驱动CPU1输出驱动打印数据。

所述的方法，其中：所述步骤A中主控CPU0向驱动CPU1传输下行数据的过程具体包括：

A1、所述主控CPU0将下行数据进行处理和打包后，将其写入共享存储器中，并中断通知所述驱动CPU1接收；

A2、所述驱动CPU1响应中断，从共享存储器中读出数据包进行解包并处理；

所述步骤A中所述驱动CPU1向所述主控CPU0传输上行数据的过程具体包括：

A1′、所述驱动CPU1将上行数据进行处理和打包后，将其写入共享存储器中，并中断通知所述主控CPU0接收；

A2′、所述主控CPU0响应中断，从共享存储器中读出数据包进行解包并处理。

所述的方法，其中：当所述共享存储器为双口RAM时，所述主控CPU0和驱动CPU1分别向所述共享存储器指定的位置写数据包，并在写数据包的同时通知对方读取数据包。

所述的方法，其中：所述步骤A1包括如下步骤：

A11、所述主控CPU0将下行数据进行处理和打包后，先通过查询第一缓冲区内的第一标志，判断所述第一缓冲区内是否还有未读取的数据，如有则等待，否则转入步骤A12；

A12、所述主控CPU0将数据包写入共享存储器的第一数据区中，使能第一标志的相关标志位，并中断所述驱动CPU1，通知其接收；

所述步骤A2包括如下步骤：

A21、所述驱动CPU1响应中断，通过读取第一标志的标志位判断第一数据区中是否有有效的数据；

A22、当所述第一数据区中有有效的数据时，所述驱动CPU1读取有效数据并进行处理；

A23、所述驱动CPU1清除所述第一标志的标志位，并中断所述主控CPU0通知其所述第一数据区中的数据已被读取。

本发明的有益效果为：本发明由于采用了单个可实现多核功能的CPU芯片，并让其中的两个CPU核(CPU0和CPU1)以中断的方式通过直接读写共享存储器进行通讯，既完成主控又能完成高速高性能的打印，大大提高了芯片的利用率，简化了硬件系统。并且由于配套的通讯协议很简单、操作很方便，因此上下位机软件的关联度大大降低，软件开发的难度也大大降低，两个CPU的软件可由不同的人员来开发，大大降低了软件的开销和开发周期。因此本发明是一种简单、高效、低成本的记录仪驱动电路的实现方式。

附图说明

图1为现有技术采用两个CPU实现记录仪驱动的原理框图；

图2为现有技术采用两个CPU方案的数据处理进程示意图；

图3为本发明实现记录仪驱动的原理框图；

图4为本发明的数据处理进程示意图；

图5为双口RAM的组织方式示意图；

图6为除双口RAM以外的其它常见的memory的组织方式示意图；

图7为本发明在FPGA上的实现原理框图。

具体实施方式

下面根据附图和实施例对本发明作进一步详细说明：

本发明设计了一种既能完成主控又能实现记录仪控制的记录仪驱动电路的实现方案，该方案无论是应用在银行自助终端、还是医疗电子产品，只要是具有打印功能的设备都可以实现高速高性能的打印驱动。

具有打印功能的设备采用一片可实现多核功能的多核芯片CPU，该多核芯片内能实现两个或两个以上的CPU功能，每个CPU既可以单独的工作，又可以协同工作，在协同工作时，各CPU间可以通过共享memory通讯。本发明在所述的多核芯片中用两个CPU分别来实现设备的主控和控制记录仪打印，如图3所示，其中一个核为主控CPU0，用于设备主控，主要完成系统中除记录打印以外的其它任务，是系统的核心部分，另外一个核为用于控制记录仪打印的驱动CPU1，该驱动CPU1连接打印驱动电路，是专门用来控制热敏打印的CPU，主要完成打印数据的接收、解包、处理以及打印状态的上传。且CPU0的中断端连接CPU1的数据输入输出端(IO端)，CPU1的中断端连接CPU0的IO端；还设置一共享存储器memory，两个CPU间以中断的方式通过直接读写共享memory进行通讯。该方案利用单片支持多核的芯片，用其中的两个CPU分别作为主控CPU0和控制记录仪打印的CPU1，使多核芯片既完成主控又能完成高速实时的记录打印，大大地提高了芯片的利用率，简化了硬件系统，降低了软件开销，降低了成本，提高了打印性能，是一种效率高、成本低的实现方法。

CPU0与CPU1之间数据处理进程如图4所示：CPU0将不同目的下行数据打成不同的包，将其写入共享memory中并中断通知CPU1接收，CPU1响应中断，从共享memory中读出数据包进行解包，之后由CPU1输出驱动打印数据给打印驱动电路。CPU1以类似的操作方式将信息传给CPU0，即CPU1将上行数据进行处理和打包后，将其写入共享memory中，并中断通知CPU0接收；CPU0响应中断，从共享memory中读出数据包进行解包并处理。高速记录打印数据吞吐率一般只有几Mbps，例如宽度为216mm、速度为100mm/s的热敏打印要求平均数据吞吐率为1.32Mbps，本方案中的两个CPU间以中断的方式通过直接读写共享memory来通讯，共享memory的数据吞吐率一般能达到数十Mbps，因此只通过简单的数据处理就可以实现高速实时打印，由于通讯协议和操作方式都很简单，上下位机软件的关联度大大降低，软件开发的难度也大大降低，很适合不同的开发人员来同时开发，大大降低了软件开销和开发的周期。

在实际应用中，共享memory可以是芯片内部的RAM、先进先出存储器(FIFO)、双口RAM等，或者是外部的RAM、SDRAM(同步动态随机存储器)、FIFO、双口RAM等，对于不同的memory有不同的组织管理方式。其中优选方案是采用双口RAM，由于双口RAM的同一存储空间可以同时被不同的CPU读写，所以在图5所示的构架中，CPU0和CPU1可以不需要复杂的仲裁干预，只需要每个CPU在向共享memory指定的位置写数据包的同时通知对方读取即可，因此相对来说这种构架是最优的，开发难度也是最小的。图6所示的是除了双口RAM外其它常见的memory的组织方式，由于这些memory不能同时被不同的CPU访问，因此CPU0和CPU1对这些共享memory的操作需要在某种复杂的仲裁机制干预下才能完成。

在本发明中，芯片可以是FPGA(现场可编程门阵列)，还可以是ASIC(专用集成电路)，或者是其它可支持多核可提供管理共享memory机制的芯片。当前主流FPGA厂家都有自己的嵌入式处理器软核，有一些支持多CPU，比如A1tera的基于Avalon总线的NIOS2CPU、Xilinx的基于IBM内部总线技术的MicroBlaze处理器。例如Altera的cyclone II，在它内部可以生成两个或多个Nios2CPU，Nios2CPU既可以单独工作又可以通过共享memory来协同工作，本发明的电路可以在这些芯片中验证。

图7是本发明在FPGA中实现的原理框图，对共享memory的仲裁机制采用的是mailboxes，当共享memory为任何一种存储器时，都可以采用这种仲裁机制。在这种仲裁机制下，CPU0与CPU1采用如下步骤进行通讯：

步骤1、CPU0将下行数据进行处理和打包后，要给CPU1发送信息时，先通过查询共享memory的第一缓冲区Buffer A内的第一标志flag A来判断Buffer A内是否还有未读取的数据，如果还有就继续等待，否则转入步骤A12；

步骤2、CPU0将数据信息写入共享存储器的第一数据区data A中，使能flagA的相关标志位，并中断CPU1通知其接收数据；

步骤3、CPU1响应中断，通过读取flag A的标志位判断data A中是否有有效的数据信息；

步骤4、当data A中有有效的数据时，CPU1读取有效数据并进行处理；

步骤5、CPU1清除所述flag A的标志位，并中断CPU0通知其数据已被读取。

步骤6、CPU1以类似的方法步骤向CPU0发送消息。

本发明利用单片多核芯片来实现记录仪驱动电路，在硬件系统和协议上可以做到和现有单个CPU方案的一样简单，但是在打印速度和实时性等性能上要远远高于现有的两种方案。其中单片的多核芯片既完成主控又能完成高速高性能的热敏打印，大大提高了芯片的利用率，简化了硬件系统。高速热敏打印数据吞吐率一般只有几Mbps，例如宽度为216mm、速度为100mm/s的热敏打印要求平均数据吞吐率为1.32Mbps，而常用memory的数据吞吐率一般能达到数十Mbps，因此不需要太多的共享memory就可以做到高速打印。并且由于配套的通讯协议很简单、操作很方便，因此上下位机软件的关联度大大降低，两个CPU的软件可由不同的人员来开发，大大降低了软件的开销。显然本发明是一种简单、高效、低成本的记录仪驱动电路的实现方式。

本发明的技术方案可应用在银行自助终端、超市票据打印，以及医疗电子(如监护仪、心电图机等)设备中。

可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (8)

1、一种具有打印驱动功能的设备，其特征在于：包括一片至少可实现双核功能的多核CPU芯片，其中一核为主控CPU0，用于所述设备的主控，另一核为用于控制记录仪打印的驱动CPU1，所述驱动CPU1连接打印驱动电路，且所述主控CPU0的中断端连接所述驱动CPU1的数据输入输出端，所述驱动CPU1的中断端连接所述主控CPU0的数据输入输出端；还设置一共享存储器，所述主控CPU0和驱动CPU1以中断的方式通过直接读写所述共享存储器进行通讯。

2、根据权利要求1所述的设备，其特征在于：所述的共享存储器是所述多核CPU芯片内部的RAM或先进先出存储器或双口RAM。

3、根据权利要求1所述的设备，其特征在于：所述的共享存储器是外设的RAM或SDRAM或先进先出存储器或双口RAM。

4、根据权利要求1或2或3所述的设备，其特征在于：所述多核CPU芯片采用现场可编程门阵列或专用集成电路实现。

5、采用权利要求1所述的设备实现打印驱动的方法，包括以下步骤：

A、多核CPU芯片中的主控CPU0将下行数据通过共享存储器传输给驱动CPU1；所述驱动CPU1将上行数据通过所述共享存储器传输给所述主控CPU0；

B、所述驱动CPU1输出驱动打印数据。

6、根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述步骤A中主控CPU0向驱动CPU1传输下行数据的过程具体包括：

A1、所述主控CPU0将下行数据进行处理和打包后，将其写入共享存储器中，并中断通知所述驱动CPU1接收；

A2、所述驱动CPU1响应中断，从所述共享存储器中读出数据包进行解包并处理；

所述步骤A中所述驱动CPU1向所述主控CPU0传输上行数据的过程具体包括：

A1′、所述驱动CPU1将上行数据进行处理和打包后，将其写入共享存储器中，并中断通知所述主控CPU0接收；

A2′、所述主控CPU0响应中断，从所述共享存储器中读出数据包进行解包并处理。

7、根据权利要求6所述的方法，其特征在于：当所述共享存储器为双口RAM时，所述主控CPU0和驱动CPU1分别向所述共享存储器指定的位置写数据包，并在写数据包的同时通知对方读取数据包。

8、根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述步骤A1包括如下步骤：

A11、所述主控CPU0将下行数据进行处理和打包后，先通过查询第一缓冲区内的第一标志，判断所述第一缓冲区内是否还有未读取的数据，如有则等待，否则转入步骤A12；

A12、所述主控CPU0将数据包写入共享存储器的第一数据区中，使能第一标志的相关标志位，并中断所述驱动CPU1，通知其接收；

所述步骤A2包括如下步骤：

A21、所述驱动CPU1响应中断，通过读取第一标志的标志位判断第一数据区中是否有有效的数据；

A22、当所述第一数据区中有有效的数据时，所述驱动CPU1读取有效数据并进行处理；

A23、所述驱动CPU1清除所述第一标志的标志位，并中断所述主控CPU0通知其所述第一数据区中的数据已被读取。

Images