一種新型的基于Android平臺的無線打印模塊設(shè)計

在ARM芯片AT91RM9200上構(gòu)建了無線打印模塊的硬件平臺，在Android操作系統(tǒng)上完成了軟件平臺的搭建，通過調(diào)用Linux內(nèi)核的CUPS，實現(xiàn)移動終端在Android系統(tǒng)上直接打印文件的功能。

Android作為基于Linux開放性內(nèi)核的開源智能手機(jī)操作系統(tǒng)，為智能手機(jī)、平板等移動、嵌入式設(shè)備應(yīng)用提供了便捷的系統(tǒng)級支持，但Android系統(tǒng)目前并不支持常用的USB打印功能，打印機(jī)廠家暫時也沒有專門為Android設(shè)備提供打印機(jī)驅(qū)動程序。本文設(shè)計了一種新型的基于Android平臺的無線打印模塊，采用移植Linux下相關(guān)開源驅(qū)動的方式，通過調(diào)用Linux內(nèi)核的CUPS(Common UNIX Printing System)，實現(xiàn)And roid系統(tǒng)上的USB打印功能，為Android系統(tǒng)打開了一條實現(xiàn)USB打印驅(qū)動從上層應(yīng)用到內(nèi)核配置的通路。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計方案
本系統(tǒng)設(shè)計的嵌入式打印模塊是通過WiFi無線網(wǎng)絡(luò)接收客戶機(jī)發(fā)送來的文件，在液晶屏上顯示打印隊列和打印文件信息，再通過USB接口把需要打印的文件發(fā)送到USB打印機(jī)上實現(xiàn)打印。總體設(shè)計框圖如圖1所示，文件打印數(shù)據(jù)流程圖如圖2所示。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計
嵌入式打印模塊的硬件主要包括：核心處理器、WiFi無線模塊、USB打印功能模塊、液晶顯示模塊等。核心處理器采用的是Atmel公司的AT91RM9200處理器。
為了實現(xiàn)打印模塊與USB打印機(jī)的通信，選用Philips公司的ISP1161A1芯片作為USB主機(jī)控制器。ISP1161A1的主機(jī)控制器部分符合USB1.1規(guī)范，支持全速(12Mbi／s)和低速(1．5 Mbi／s)的數(shù)據(jù)傳輸。ISP1161A1提供兩個下行端口，可與USB打印機(jī)進(jìn)行連接。WiFi無線模塊采用的是G—SKY無線發(fā)射模塊，其發(fā)射芯片是ReaLTEk公司的RTL8187芯片。液晶采用320×240的LFUBK909XA彩色(256色)點陣圖形液晶模塊，液晶控制器芯片為S1D13503。該液晶屏上帶有觸摸屏，采用觸摸屏控制器FM7843進(jìn)行A／D轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換結(jié)果輸出到AT91RM9200處理器。系統(tǒng)總體硬件框圖如圖3所示。

存儲器系統(tǒng)提供2 MB的NOR FLASH和16 MB的NAND FLASH來存放BootLoader啟動程序和應(yīng)用程序。WiFi無線模塊接收無線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)奈募?，再送到USB芯片的下行口連接的USB打印機(jī)實現(xiàn)打印。

3 軟件平臺設(shè)計
軟件基于Android平臺，經(jīng)過精簡移植與交叉編譯完成軟件平臺的搭建，平臺架構(gòu)如圖4所示。

軟件平臺基于Android實現(xiàn)，人機(jī)操作界面采用Java語言編寫，Java語言通過JNI訪問打印框架鏈接庫，再由打印鏈接庫完成與后臺打印服務(wù)程序的通信。整體實現(xiàn)遵循Linux系統(tǒng)下的CUPS標(biāo)準(zhǔn)，針對不同型號的打印機(jī)提供相應(yīng)的CUPS打印驅(qū)動程序即可完成文件的打印。

4 CUPS打印機(jī)驅(qū)動程序設(shè)計
CUPS作為通用打印系統(tǒng)，默認(rèn)已支持多種類型的文檔的打印，Linux下的打印流程如圖5所示。

本打印模塊針對Android平臺提供打印機(jī)驅(qū)動程序，既支持PS(PostScript)語言的打印機(jī)，也可以通過Imageto Raster和RastertotHP(或RastertoEpson)過濾器將需要打印的內(nèi)容轉(zhuǎn)換為HP公司的PCL(Print Control Language)、Epson公司的ESC／P等。Backend過濾器選用USB，以配合所選打印機(jī)的接口。打印實現(xiàn)流程圖如圖6所示。

Backend過濾器USB打印接口是通過AT91RM9200，按照USB主機(jī)規(guī)范控制其自帶的主機(jī)接口實現(xiàn)的，主要包括I／O緩存的初始化、USB主機(jī)芯片的初始化以及USB打印機(jī)的設(shè)備枚舉及初始化等。USB打印機(jī)設(shè)備的驅(qū)動程序結(jié)構(gòu)框圖如圖7所示，流程圖如圖8所示。

首先對I／O緩存以及AT91RM9200的USB主機(jī)部分進(jìn)行初始化。其中，關(guān)于USB主機(jī)部分的初始化包括了對外設(shè)時鐘的設(shè)置，初始化host stack，將所有的TD、ED和HCCA全部歸零，USB主機(jī)軟復(fù)位，設(shè)置AIC中斷等。
然后通過對早先定義的全局變量HOST_Rhsclntr的監(jiān)控，判斷是否有中斷發(fā)生，從而來判斷是否有USB接口打印機(jī)的接入，以決定是否進(jìn)行下一步的枚舉操作。一旦檢測到，主機(jī)則要等待400ms，使插入操作完成并使設(shè)備電源穩(wěn)定工作。然后進(jìn)行對USB打印機(jī)的枚舉過程。
再通過對函數(shù)USBHostPrinterGetStatus()的調(diào)用，查詢當(dāng)前的USB打印機(jī)的工作狀態(tài)——是否離線，是否缺紙，是否發(fā)生錯誤。并根據(jù)得到Print_Status中的8位數(shù)值來判斷打印機(jī)的工作狀態(tài)，如果處于正常的等待打印的狀態(tài)，則進(jìn)入到正常打印狀態(tài)。由于采用的HP公司支持USB口和PCL5打印命令的打印機(jī)，通過對相關(guān)PCL打印命令的調(diào)用，完成對打印機(jī)的復(fù)位、設(shè)置紙張大小、頁面格式和字體大小等操作。緊接著則可以通過端點的調(diào)用進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸，進(jìn)行打印工作。最后通過調(diào)用函數(shù)USBHostPrinterReset()再次對打印機(jī)進(jìn)行軟復(fù)位，等待下一次的打印請求。

5 實驗結(jié)果
實驗采用HTC智能手機(jī)發(fā)送文本文件到打印模塊，打印模塊通過USB接口與HP激光打印機(jī)連接，打印模塊將文件傳輸?shù)酱蛴C(jī)，最后由打印機(jī)打印輸出。圖9為打印模塊打印設(shè)置界面，圖10為打印操作頁面。

結(jié)語
本文采用高性能ARM處理器AT91RM9200以及Android操作系統(tǒng)，采用移植Linux下相關(guān)開源驅(qū)動的方式，通過調(diào)用Linux內(nèi)核的CUPS，實現(xiàn)Android系統(tǒng)上的USB打印功能，解決了智能移動終端沒備(如智能手機(jī)或平板電腦等)不支持直接打印功能的問題，給移動用戶帶來了文件打印的便利。