2018年02月05日 | 一种新型的基于Android平台的无线打印模块设计

    在ARM芯片AT91RM9200上构建了无线打印模块的硬件平台，在Android操作系统上完成了软件平台的搭建，通过调用Linux内核的CUPS，实现移动终端在Android系统上直接打印文件的功能。

    Android作为基于Linux开放性内核的开源智能手机操作系统，为智能手机、平板等移动、嵌入式设备应用提供了便捷的系统级支持，但Android系统目前并不支持常用的USB打印功能，打印机厂家暂时也没有专门为Android设备提供打印机驱动程序。本文设计了一种新型的基于Android平台的无线打印模块，采用移植Linux下相关开源驱动的方式，通过调用Linux内核的CUPS(Common UNIX Printing System)，实现And roid系统上的USB打印功能，为Android系统打开了一条实现USB打印驱动从上层应用到内核配置的通路。

1 系统总体设计方案
    本系统设计的嵌入式打印模块是通过WiFi无线网络接收客户机发送来的文件，在液晶屏上显示打印队列和打印文件信息，再通过USB接口把需要打印的文件发送到USB打印机上实现打印。总体设计框图如图1所示，文件打印数据流程图如图2所示。

    

2 系统硬件设计
    嵌入式打印模块的硬件主要包括：核心处理器、WiFi无线模块、USB打印功能模块、液晶显示模块等。核心处理器采用的是Atmel公司的AT91RM9200处理器。
    为了实现打印模块与USB打印机的通信，选用Philips公司的ISP1161A1芯片作为USB主机控制器。ISP1161A1的主机控制器部分符合USB1.1规范，支持全速(12Mbi／s)和低速(1．5 Mbi／s)的数据传输。ISP1161A1提供两个下行端口，可与USB打印机进行连接。WiFi无线模块采用的是G—SKY无线发射模块，其发射芯片是ReaLTEk公司的RTL8187芯片。液晶采用320×240的LFUBK909XA彩色(256色)点阵图形液晶模块，液晶控制器芯片为S1D13503。该液晶屏上带有触摸屏，采用触摸屏控制器FM7843进行A／D转换，转换结果输出到AT91RM9200处理器。系统总体硬件框图如图3所示。

    
    存储器系统提供2 MB的NOR FLASH和16 MB的NAND FLASH来存放BootLoader启动程序和应用程序。WiFi无线模块接收无线网络传输的文件，再送到USB芯片的下行口连接的USB打印机实现打印。

3 软件平台设计
    软件基于Android平台，经过精简移植与交叉编译完成软件平台的搭建，平台架构如图4所示。

    
    软件平台基于Android实现，人机操作界面采用Java语言编写，Java语言通过JNI访问打印框架链接库，再由打印链接库完成与后台打印服务程序的通信。整体实现遵循Linux系统下的CUPS标准，针对不同型号的打印机提供相应的CUPS打印驱动程序即可完成文件的打印。

4 CUPS打印机驱动程序设计
    CUPS作为通用打印系统，默认已支持多种类型的文档的打印，Linux下的打印流程如图5所示。

     本打印模块针对Android平台提供打印机驱动程序，既支持PS(PostScript)语言的打印机，也可以通过Imageto Raster和RastertotHP(或RastertoEpson)过滤器将需要打印的内容转换为HP公司的PCL(Print Control Language)、Epson公司的ESC／P等。Backend过滤器选用USB，以配合所选打印机的接口。打印实现流程图如图6所示。

    
    Backend过滤器USB打印接口是通过AT91RM9200，按照USB主机规范控制其自带的主机接口实现的，主要包括I／O缓存的初始化、USB主机芯片的初始化以及USB打印机的设备枚举及初始化等。USB打印机设备的驱动程序结构框图如图7所示，流程图如图8所示。

    
    首先对I／O缓存以及AT91RM9200的USB主机部分进行初始化。其中，关于USB主机部分的初始化包括了对外设时钟的设置，初始化host stack，将所有的TD、ED和HCCA全部归零，USB主机软复位，设置AIC中断等。
    然后通过对早先定义的全局变量HOST_Rhsclntr的监控，判断是否有中断发生，从而来判断是否有USB接口打印机的接入，以决定是否进行下一步的枚举操作。一旦检测到，主机则要等待400ms，使插入操作完成并使设备电源稳定工作。然后进行对USB打印机的枚举过程。
    再通过对函数USBHostPrinterGetStatus()的调用，查询当前的USB打印机的工作状态——是否离线，是否缺纸，是否发生错误。并根据得到Print_Status中的8位数值来判断打印机的工作状态，如果处于正常的等待打印的状态，则进入到正常打印状态。由于采用的HP公司支持USB口和PCL5打印命令的打印机，通过对相关PCL打印命令的调用，完成对打印机的复位、设置纸张大小、页面格式和字体大小等操作。紧接着则可以通过端点的调用进行数据的传输，进行打印工作。最后通过调用函数USBHostPrinterReset()再次对打印机进行软复位，等待下一次的打印请求。

5 实验结果
    实验采用HTC智能手机发送文本文件到打印模块，打印模块通过USB接口与HP激光打印机连接，打印模块将文件传输到打印机，最后由打印机打印输出。图9为打印模块打印设置界面，图10为打印操作页面。

    

    结语
    本文采用高性能ARM处理器AT91RM9200以及Android操作系统，采用移植Linux下相关开源驱动的方式，通过调用Linux内核的CUPS，实现Android系统上的USB打印功能，解决了智能移动终端没备(如智能手机或平板电脑等)不支持直接打印功能的问题，给移动用户带来了文件打印的便利。