基于STM32系列ARM Cortex-M3微控制器的微型热敏打印机固件开发

摘要

ARM Cortex-M3处理器是行业领先的32位处理器，它不仅拥有优秀的计算能力、快速的响应能力和卓越的稳定性，而且还满足实际环境中对低功耗、高性能的需求，已广泛应用在较高实时性的场景中。ST意法半导体公司的STM32系列ARM Cortex-M3微控制器是基于ARM Cortex-M3内核高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用微控制器，目前已广泛应用在诸如电机驱动、简单工控、汽车系统、小型打印机等嵌入式领域。
　　在美国、日本以及一些其他经济发达国家热敏打印技术起步早，其产品应用广泛，更新较快，而且热敏打印技术也不断提升。热敏打印技术在国外应用十分广泛，涉及社会的多个方面，包括各种POS销售终端、加油站、水电收费、宾馆旅游、邮政等。相对一些发达国家，我国的热敏打印技术研发并不算晚，但曾一度发展缓慢，近些年我国微型热敏打印机产品生产有了快速的发展，随着国内经济的迅速发展，各个领域在信息打印方面的需求不断增多，我国的热敏打印技术会日臻成熟，微型热敏打印机产品也将拥有广阔的市场前景。
　　实现微型热敏打印机的产品化，固件是不可或缺的一部分，本文的主要工作是在基于STM32系列ARM Cortex-M3微控制器的开发板上，实现一套完整的微型热敏打印机固件。论文首先结合项目背景和目前国内外的研究现状，介绍论文要解决的主要问题，从可行性、功能性、非功能性等角度进行需求分析。
　　开发的固件是烧写到开发板STM32 ARM Cortex-M3微控制器的一段程序，可称之为一个系统。遵循系统设计的实用性原则、稳定性原则、实时性原则、可扩展性原则，本固件系统设计为包括驱动层、系统层、应用层的三层次架构。
　　驱动层负责底层硬件设备的驱动实现。系统驱动层的设备驱动模块包括LED灯控制模块、步进电机控制模块、打印头控制模块等。驱动层对外提供统一的接口，以实现系统的设备无关性，即系统应用层觉察不到底层驱动设备的变更。
　　系统层实际上是一个简单的任务调度系统。为了保证系统的实时性，系统层采用抢占式的任务调度机制，即高优先级的任务可以随时抢占低优先级的任务。系统层为应用层提供任务调度接口，应用层创建任务（系统层提供）后，可以调用系统层的休眠任务、挂起任务、恢复任务等API函数接口实现任务间的切换，而不用关心任务切换的具体实现。
　　应用层调用驱动层和系统层提供的API接口，实现整个打印流程的控制，是固件的核心部分。应用层包括数据接收模块、指令解析模块、指令执行模块、异常处理模块四个模块。从数据接收，到指令解析，再到打印执行，整个打印流程的控制都由应用层负责，应用层性能直接影响着系统的稳定性。
　　本固件开发过程中还完成了指令集的设计和字库烧写子系统的实现。测试时，分别从功能、异常、性能三方面对固件进行测试，测试结果为本固件实现了指令集中的所有指令，运行时基本不存在异常，打印效率是高效的。
　　论文完成时，本固件已投入使用超过三个月，运行良好。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 项目背景

1．2 国内外研究现状

1．3 解决的主要问题

1．4 本文的主要工作

1．5 论文的组织结构

第2章 需求分析

2．1 可行性分析

2．1．1 技术可行性

2．1．2 经济可行性

2．2 功能性需求分析

2．3 非功能性需求分析

第3章 系统设计

3．1 系统设计原则

3．1．1 实用性原则

3．1．2 稳定性原则

3．1．3 实时性原则

3．1．4 可扩展性原则

3．2 架构设计

3．2．1 部署架构

3．2．2 系统架构

3．3 功能设计

3．3．1 驱动层功能设计

3．3．2 系统层功能设计

3．3．3 应用层功能设计

3．4 指令集设计

3．4．1 格式概述

3．4．2 指令详解

第4章 系统实现

4．1 开发环境

4．1．1 软件环境

4．1．2 硬件环境

4．2 驱动层实现

4．2．1 LED灯控制模块

4．2．2 拨码开关控制模块

4．2．3 传感器控制模块

4．2．4 定时器控制模块

4．2．5 按键控制模块

4．2．6 切刀控制模块

4．2．7 步进电机控制模块

4．2．8 打印头控制模块

4．2．9 串口控制模块

4．2．10 其它

4．3 系统层实现

4．3．1 内部实现

4．3．2 用户接口

4．4 应用层实现

4．4．1 数据接收模块

4．4．2 指令解析模块

4．4．3 指令执行模块

4．4．4 异常处理模块

4．5 字库烧写子系统实现

第5章 测试

5．1 功能测试

5．2 异常测试

5．3 性能测试

第6章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

附录

参考文献

致谢