CN109582633B - 一种pos机中双cpu的通讯方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种POS机中双CPU的通讯方法，涉及POS机通讯技术领域。所述双CPU包括采用串行通信的通用CPU与安全CPU，通用CPU与安全CPU上均设置有事件引脚和状态引脚，并通过事件引脚和状态引脚建立物理连接通道，既保证了低的成本，而且，在所有的串行通信方式中，硬件上可以任意选择一种串行通信方式，而软件上只需比较少的改动。方便了软件的模块化设计，项目变更通信需求时，可以极大的减少开发周期与软件的维护成本。

Description

一种POS机中双CPU的通讯方法

技术领域

本发明涉及POS机通讯技术领域，尤其涉及一种POS机中双CPU的通讯方法。

背景技术

随着移动互联网技术的飞速发展，Android手机与平板等智能移动终端的火爆，移动支付出现了爆发式增长，作为移动支付附加产业——智能POS行业也不例外。

目前，智能POS普遍采用了Android平台。因为Android平台架构，最初是为移动应用设计，并非直接针对安全，所以原生的Android平台层层都会有安全的问题，不能直接应用于智能POS上，需要经过安全的改造。

为了使原生的Android平台满足智能POS的安全要求，一种比较普遍的原生的Android平台方案是：增加一颗安全CPU，用于保证重要数据的高度安全，如：密钥等。因为两颗CPU是独立运行的，所以两者必须相互通信，才能完成特定的工作。这就引入了两颗CPU的通讯问题。两颗CPU的通信总线为并行总线或串行总线。并行总线，需要使用的IO引脚较多，而CPU的IO引脚通常都是紧缺的。因此一般不会使用并行总线方式。常见的串行总线为：I2C、SPI、串口和USB。因此两颗CPU的串行通讯方式的硬件连接一般为几种连接方式，参见图3-9所示。其中，图4与图6增加了事件引脚，是因为I2C与SPI是主从模式，从机不能主动向主机发送数据，所以从机数据准备好了或有事件要通知主机，需要主机发送读取的指令时，才能向主机发送数据或事件消息。增加了事件引脚后，从机数据准备好或产生了事件，将事件引脚拉低后，主机便产生了中断，此时主机读取从机的数据或事件消息，减轻主机定时发送查询指令的负担。图7是无流控的串口连接方式，图8是有流程控的串口连接方式。

采用以上任意一种串行通信方式，都可以解决两颗CPU之间的通讯问题。

但是，在实际使用过程中，CPU会挂比较多的外设，有时会被迫使用另一种串行通信方式。比如，之前的CPU使用串口通信方式，但换了个串口不多的CPU之后，不能再使用串口通信方式，但可以使用SPI通信方式。这时，软件需要进行比较大的改动，才能支持SPI通信方式，从而增加了项目的开发周期与软件的维护成本。

发明内容

本发明的目的在于提供一种POS机中双CPU的通讯方法，从而解决现有技术中存在的前述问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种POS机中双CPU的通讯方法，所述双CPU包括采用串行通信的通用CPU与安全CPU，通用CPU与安全CPU上均设置有事件引脚和状态引脚，并通过事件引脚和状态引脚建立物理连接通道，

所述事件引脚用于当安全CPU产生了事件或数据准备好了时，及时向通用CPU发送中断，通知通用CPU处理；当使用串口或USB通信方式时，安全CPU主动向通用CPU发送数据，通用CPU事件引脚的中断处理函数专门处理安全CPU的事件，串口与USB的中断处理函数专门处理数据的通信；当使用I2C或SPI串口通信方式时，安全CPU不能主动向通用CPU发送数据，通用CPU事件引脚的中断处理函数处理安全CPU的事件；

所述状态引脚用于通用CPU事件引脚的中断处理函数获取安全CPU的忙碌或空闲的状态，如果安全CPU处于忙碌的状态，则通用CPU事件引脚的中断处理函数延后处理安全CPU的事件。

优选地，通用CPU向安全CPU收发命令包的方法为：通用CPU向安全CPU发送数据前，申请访问安全CPU的互斥锁，即上锁，完成接收安全CPU的数据后，释放访问安全CPU的互斥锁；当某个进程申请访问安全CPU的互斥锁时，若已上锁，则进程挂起，即进程停止执行，进入休眠状态，直到访问安全CPU的互斥锁被释放时，挂起的进程才会被唤醒，即进程开始执行，进入工作状态。

优选地，通用CPU向安全CPU收发命令包的方法，包括如下步骤：

A1，申请访问安全CPU的互斥锁；

A2，查询状态引脚，判断安全CPU是否处于空闲状态，如果是，则执行A4；否则，执行A3；

A3，判断是否等待空闲状态超时，如果是，则执行A13，否则，执行A2；

A4，发送次数置为约定值；

A5，判断发送次数是否为0，如果是，则执行A13；否则，执行A6；

A6，调用串行发送接口，向安全CPU发送数据包，其中，串行发送接口为I2C、SPI、串口与USB口中的任何一种；

A7，查询状态引脚，判断安全CPU是否处于忙碌状态，如果是，表明安全CPU已正确接收通用CPU的数据包，并正在执行命令，则执行A10，否则，执行A8；

A8，判断等待忙碌状态是否超时，如果是，表明安全CPU未能正确接收通用CPU的数据包，通用CPU重发数据包，提升通信的成功率，则执行A9，否则，表示安全CPU可能正在接收数据包，通用CPU需要等待，执行A7；

A9，发送次数减一，并执行A5；

A10，查询状态引脚，判断安全CPU是否处于空闲状态，如果是，表示安全CPU处理数据包结束，并向通用CPU发送了处理结果的数据包，则执行A12；否则，通用CPU需要等待安全CPU处理完成，执行A11；

A11，判断等待空闲状态是否超时，如果是，表明安全CPU宕机了，无法向通用CPU返回处理结果，则执行A13，否则，通用CPU需要等待安全CPU处理结果，执行A10；

A12，调用串行接收接口，接收安全CPU的数据，并执行A14；串行接收接口为I2C、SPI、串口与USB口中的任何一种；

A13，复位安全CPU；

A14，释放安全CPU的互斥锁；

A15，返回。

优选地，A13中，所述复位安全CPU通过复位引脚实现，具体的，通用CPU将复位引脚置低后，安全CPU复位；通用CPU将复位引脚置高后，安全CPU执行程序，处理通用CPU通过串行接口发送的数据包，并返回处理后的结果。

本发明的有益效果是：本发明提供的POS机中双CPU的通讯方法，所述双CPU包括采用串行通信的通用CPU与安全CPU，通用CPU与安全CPU上均设置有事件引脚和状态引脚，并通过事件引脚和状态引脚建立物理连接通道，既保证了低的成本，而且，在所有的串行通信方式中，硬件上可以任意选择一种串行通信方式，而软件上只需比较少的改动。方便了软件的模块化设计，项目变更通信需求时，可以极大的减少开发周期与软件的维护成本。

附图说明

图1是本发明提供的POS机中双CPU的通讯连接结构示意图；

图2是本发明提供的POS机中双CPU的收发数据包的流程示意图；

图3-9是现有技术中常用的通用CPU和安全CPU之间的串行通讯方式示意图；

图10-11是本发明具体实施例中采用的通用CPU的接线示意图；

图12是本发明具体实施例中采用的安全CPU的接线示意图；

图13是本发明具体实施例中采用的串行通用接口层的结构体；

图14是本发明具体实施例中使用串口函数来实现的串行通用接口层；

图15是本发明具体实施例中通用CPU与安全CPU正常通信时，串行通用接口层数据。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，本发明实施例提供了一种POS机中双CPU的通讯方法，所述双CPU包括采用串行通信的通用CPU与安全CPU，通用CPU与安全CPU上均设置有事件引脚和状态引脚，并通过事件引脚和状态引脚建立物理连接通道，

所述事件引脚用于当安全CPU产生了事件或数据准备好了时，及时向通用CPU发送中断，通知通用CPU处理；当使用串口或USB通信方式时，安全CPU主动向通用CPU发送数据，通用CPU事件引脚的中断处理函数专门处理安全CPU的事件，串口与USB的中断处理函数专门处理数据的通信；当使用I2C或SPI串口通信方式时，安全CPU不能主动向通用CPU发送数据，通用CPU事件引脚的中断处理函数处理安全CPU的事件；

所述状态引脚用于通用CPU事件引脚的中断处理函数获取安全CPU的忙碌或空闲的状态，如果安全CPU处于忙碌的状态，则通用CPU事件引脚的中断处理函数延后处理安全CPU的事件。

本发明中，采用通用CPU与安全CPU物理连接通道，考虑了生产成本、通讯速度与代码的实现的难易程度。从成本上看，相比通常使用的几种串行通行方式，只增加了2个IO引脚(事件引脚与状态引脚)，没有增加其它元器件，通用CPU与安全CPU的物理连接通道需要的成本很低。

其中，增加的事件引脚，用于安全CPU产生了事件或数据准备好了，及时向通用CPU发送中断，通知通用CPU处理。使用串口或USB通信方式时，安全CPU可以主动向通用CPU发送数据，貌似这根引脚是多余的，但从软件设计来看，通用CPU事件引脚的中断处理函数(也是一个进程，不过优先级比普通进程要高)，专门处理安全CPU的事件，串口与USB的中断处理函数专门处理数据的通信。分工明确，功能单一，方便软件的设计与维护。当选用I2C或SPI串口通信方式时，安全CPU不能主动向通用CPU发送数据，如果没有事件引脚，那么通用CPU要不断向安全CPU发送查询命令，查看安全CPU是否产生了事件或数据准备好了，事件处理可能会不及时，同时增加了两颗CPU的负担。因此使用I2C或SPI通信方式时，有必要使用事件引脚。从软件设计看，串口、USB、I2S与SPI通行方式，都使用事件引脚的中断处理函数，来处理安全CPU的事件，因此硬件任意切换通行方式，用于处理安全CPU的事件的处理函数可以不更改，只要更改通信的初始化，发送与接收函数便可。

增加状态引脚。因为通用CPU事件引脚的中断处理函数会打断正在执行的程度，如果安全CPU处于忙状态，无法处理串行通信口的数据，刚好中断处理函数执行了，那此中断处理函数必然无法获取安全CPU的事件或数据，且认为安全CPU异常了，这种处理是不友好的。有了状态引脚，通用CPU事件引脚的中断处理函数可以得知安全CPU处于忙状态，于是延后处理安全CPU的事件。通用型的CPU是多进程的环境，存在多个进程同时访问安全CPU的情况，实际是不允许同时访问的。有了状态引脚，可以解决多个进程同时防问安全CPU的问题。这里可以设定：状态引脚为高电平，安全CPU处于空闲状态，状态引脚为低电平，安全CPU处于忙状态。

所以，采用本发明提供的方法，硬件可以选择任意的串行通信方式，而且在更换串行通信方式时，可以使得软件改动少，实现的复杂度低，保证了通信速度和安全性，减少了项目的开发周期以及软件的维护成本。

在通信过程中，通用CPU只要将复位引脚置低后，安全CPU便复位。通用CPU只要将复位引脚置高后，安全CPU便可以执行程序，处理通用CPU通过串行接口发送的数据包，并返回处理后的结果。

具体的，通用CPU向安全CPU收发命令包的方法为：通用CPU向安全CPU发送数据前，申请访问安全CPU的互斥锁，即上锁，完成接收安全CPU的数据后，释放访问安全CPU的互斥锁；当某个进程申请访问安全CPU的互斥锁时，若已上锁，则进程挂起，即进程停止执行，进入休眠状态，直到访问安全CPU的互斥锁被释放时，挂起的进程才会被唤醒，即进程开始执行，进入工作状态。

通用CPU事件引脚的中断处理函数是一个进程，可以访问会引起休眠的锁。一个命令包必须是原子操作(即是向安全CPU发送与接收数据是成对的操作，否则容易混乱，容易出问题)，因此，本发明实施例中使用了一个互斥锁。

向安全CPU发数据前，申请访问安全CPU的锁，即上锁，接收完成安全CPU的数据后，则释放访问安全CPU的锁。当某个进程申请访问安全CPU的锁时，系统发现该锁已被上锁，系统则会挂起该进程(进程停止执行了，处于休眠状态)，直到访问安全CPU的锁被释放时，系统才会唤醒之前挂起的进程。这就保证了向安全CPU发送与接收数据是成对的，不会被拆开。

如图2所示，通用CPU向安全CPU收发命令包的方法，包括如下步骤：

A1，申请访问安全CPU的互斥锁；

A2，查询状态引脚，判断安全CPU是否处于空闲状态，如果是，则执行A4；否则，执行A3；

A3，判断是否等待空闲状态超时，如果是，则执行A13，否则，执行A2；

A4，发送次数置为约定值；

A5，判断发送次数是否为0，如果是，则执行A13；否则，执行A6；

A6，调用串行发送接口，向安全CPU发送数据包，其中，串行发送接口为I2C、SPI、串口与USB口中的任何一种；

A7，查询状态引脚，判断安全CPU是否处于忙碌状态，如果是，表明安全CPU已正确接收通用CPU的数据包，并正在执行命令，则执行A10，否则，执行A8；

A8，判断等待忙碌状态是否超时，如果是，表明安全CPU未能正确接收通用CPU的数据包，通用CPU重发数据包，提升通信的成功率，则执行A9，否则，表示安全CPU可能正在接收数据包，通用CPU需要等待，执行A7；

A9，发送次数减一，并执行A5；

A10，查询状态引脚，判断安全CPU是否处于空闲状态，如果是，表示安全CPU处理数据包结束，并向通用CPU发送了处理结果的数据包，则执行A12；否则，通用CPU需要等待安全CPU处理完成，执行A11；

A11，判断等待空闲状态是否超时，如果是，表明安全CPU宕机了，无法向通用CPU返回处理结果，则执行A13，否则，通用CPU需要等待安全CPU处理结果，执行A10；

A12，调用串行接收接口，接收安全CPU的数据，并执行A14；串行接收接口为I2C、SPI、串口与USB口中的任何一种；

A13，复位安全CPU；

A14，释放安全CPU的互斥锁；

A15，返回。

其中，A13中，所述复位安全CPU通过复位引脚实现，具体的，通用CPU将复位引脚置低后，安全CPU复位；通用CPU将复位引脚置高后，安全CPU执行程序，处理通用CPU通过串行接口发送的数据包，并返回处理后的结果。

具体实施例

该具体实施例中，以串口连接为例说明采用本发明提供的方法进行POS机中双CPU的通讯。

如图10-11，通用CPU的接线如下：因为通用CPU只有PB口引脚能产生中断，PB口的引脚也可以做普通的IO引脚来使用。所以将SE_INT1与SE_INT2接到了通用CPU的PB口上。SE_INT1是事件引脚，SE_INT2是状态引脚(虽然是接到了通用CPU的引脚上，但是没有使用中断功能，是普通的IO引脚)。与安全CPU通信的串口使用的是UART1。

安全CPU的接线如图12所示：与通用CPU通信的串口使用的是UART0，而SE_INT1是事件引脚，SE_INT2是状态引脚(原理图中使用统一的标签SE_INT2)。事件引脚是低电平有效，状态引脚低电平表示忙碌，所以两个引脚都有加了上拉电阻。

串行通讯接口要实现的接口，见图13-14的frame_ops_t结构体。这里实现的串行接口的函数的结构体为cmd2sp_uart_ops，在初始化时，将此结构注册到数据收发处理层。需要更换为spi通讯时，只需要同样实现cmd2sp_spi_ops，注册后，便可完成通信口的切换。

图15为串口通信时，数据收发处理层的信息。frame_tx line:570开头的行，是通用CPU向安全发送一包数据，frame_rx开头的行，是安全cpu向通用cpu返回的执行结果。具体数据包的格式，则不在这里描述了。

通过采用本发明公开的上述技术方案，得到了如下有益的效果：本发明提供的POS机中双CPU的通讯方法，所述双CPU包括采用串行通信的通用CPU与安全CPU，通用CPU与安全CPU上均设置有事件引脚和状态引脚，并通过事件引脚和状态引脚建立物理连接通道，既保证了低的成本，而且，在所有的串行通信方式中，硬件上可以任意选择一种串行通信方式，而软件上只需比较少的改动。方便了软件的模块化设计，项目变更通信需求时，可以极大的减少开发周期与软件的维护成本。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种POS机中双CPU的通讯方法，所述双CPU包括采用串行通信的通用CPU与安全CPU，其特征在于，

通用CPU与安全CPU上均设置有事件引脚和状态引脚，并通过事件引脚和状态引脚建立物理连接通道，

所述事件引脚用于当安全CPU产生了事件或数据准备好了时，及时向通用CPU发送中断，通知通用CPU处理；当使用串口或USB通信方式时，安全CPU主动向通用CPU发送数据，通用CPU事件引脚的中断处理函数专门处理安全CPU的事件，串口与USB的中断处理函数专门处理数据的通信；当使用I2C或SPI串口通信方式时，安全CPU不能主动向通用CPU发送数据，通用CPU事件引脚的中断处理函数处理安全CPU的事件；

所述状态引脚用于通用CPU事件引脚的中断处理函数获取安全CPU的忙碌或空闲的状态，如果安全CPU处于忙碌的状态，则通用CPU事件引脚的中断处理函数延后处理安全CPU的事件；

通用CPU向安全CPU收发命令包的方法为：通用CPU向安全CPU发送数据前，申请访问安全CPU的互斥锁，即上锁，完成接收安全CPU的数据后，释放访问安全CPU的互斥锁；当某个进程申请访问安全CPU的互斥锁时，若已上锁，则进程挂起，即进程停止执行，进入休眠状态，直到访问安全CPU的互斥锁被释放时，挂起的进程才会被唤醒，即进程开始执行，进入工作状态；

通用CPU向安全CPU收发命令包的方法，包括如下步骤：

A1，申请访问安全CPU的互斥锁；

A2，查询状态引脚，判断安全CPU是否处于空闲状态，如果是，则执行A4；否则，执行A3；

A3，判断是否等待空闲状态超时，如果是，则执行A13，否则，执行A2；

A4，发送次数置为约定值；

A5，判断发送次数是否为0，如果是，则执行A13；否则，执行A6；

A6，调用串行发送接口，向安全CPU发送数据包，其中，串行发送接口为I2C、SPI、串口与USB口中的任何一种；

A7，查询状态引脚，判断安全CPU是否处于忙碌状态，如果是，表明安全CPU已正确接收通用CPU的数据包，并正在执行命令，则执行A10，否则，执行A8；

A8，判断等待忙碌状态是否超时，如果是，表明安全CPU未能正确接收通用CPU的数据包，通用CPU重发数据包，提升通信的成功率，则执行A9，否则，表示安全CPU可能正在接收数据包，通用CPU需要等待，执行A7；

A9，发送次数减一，并执行A5；

A10，查询状态引脚，判断安全CPU是否处于空闲状态，如果是，表示安全CPU处理数据包结束，并向通用CPU发送了处理结果的数据包，则执行A12；否则，通用CPU需要等待安全CPU处理完成，执行A11；

A11，判断等待空闲状态是否超时，如果是，表明安全CPU宕机了，无法向通用CPU返回处理结果，则执行A13，否则，通用CPU需要等待安全CPU处理结果，执行A10；

A12，调用串行接收接口，接收安全CPU的数据，并执行A14；串行接收接口为I2C、SPI、串口与USB口中的任何一种；

A13，复位安全CPU；

A14，释放安全CPU的互斥锁；

A15，返回。

2.根据权利要求1所述的POS机中双CPU的通讯方法，其特征在于，A13中，所述复位安全CPU通过复位引脚实现，具体的，通用CPU将复位引脚置低后，安全CPU复位；通用CPU将复位引脚置高后，安全CPU执行程序，处理通用CPU通过串行接口发送的数据包，并返回处理后的结果。

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