入式Linux下基于ARM9的USB打印机控制器的设计

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2024年6月11日发(作者：)

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嵌入式Ｌｉｎｕｘ下基于ＡＲＭ９的ＵＳＢ打印机控制器的设计

嵌入式Ｌｉｎｕｘ下基于ＡＲＭ９的ＵＳＢ打印机控制器的设计

Ｄｅｓｉｇｎ

ｏｆＵＳＢＰｒｉｎｔｅｒＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒＢａｓｅｄ

ｏｎ

ＡＲＭ９ＵｎｄｅｒＥｍｂｅｄｄｅｄＬｉｎｕｘ

黄艳

马旭东

（东南大学自动化学院，江苏南京２１００９６）

摘要

对Ｌｉｎｕｘ操作系统下的打印体系进行研究，分析并给出了嵌入式Ｌｉｎｕｘ下ＵＳＢ打印机控制器的软硬件设计。该打印机

控制器基于Ｓ３Ｃ２４４０微处理器，采用ＭｉｎｉＧＵＩ实现了友好的人机交互界面，能识．－１０多种ＵＳＢ打印机。完成中文文本文件

以及各种格式图形文件的编辑和打印工作。

关键词：嵌入式Ｌｉｎｕｘ，Ｓ３Ｃ２４４０，ＵＳＢ打印机，中文打印。ＭｉｎｉＧＵＩ

Ａｂｓｔｒａｃｔ

Ｔｈｅｈａｒｄｗａｒｅａｎｄｓｏｆｔｗａｒｅ

ｄｅｓｉｇｎ

ｏｆ

ＵＳＢ

ｐｒｉｎｔｅｒ

ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｕｎｄｅｒｅｍｂｅｄｄｅｄＬｉｎｕｘｉｓ

ａｎａｌｙｚｅｄ

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ｔｈｉｓ

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ｏｆＬＩＮＵＸＯＳ．Ｔｈｅ

ｐｒｉｎｔｅｒ

ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｂａｓｅｄ

ｂｙａｄａｐｔｉｎｇ

ＭｉｎｉＧＵＩ．Ｉｔａｌｓｏ

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ｏｎ

Ｓ３Ｃ２４４０

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ｒｅｃｏｇｎｉｚｅｍａｎｙ

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ｇｒａｐｈｉｃ

ｆｉｌｅｓ．

ｐｒｉｎｔｉｎｇ．ＭＩｎｉＧＵＩＫｅｙｗｏｒｄｓ：ｅｍｂｅｄｄｅｄ

Ｌｉｎｕｘ，￥３Ｃ２４４０，ＵＳＢ

ｐｒｉｎｔｅｒ．Ｃｈｉｎｅｓｅ

无论是在工业现场还是在人们日常生活中，常常需要把数

据、图像从一些仪器或者是家用电器上打印下来，而很少有设备

直接带有打印功能，需要先把要打印的文件拷贝到ＰＣ机上。通

过连接打印机的ＰＣ机将其打印出来。本文采用ＡＲＭ处理器设

计了嵌入式的打印机控制器，可以将打印功能集成在一些需要

打印的设备中，摆脱了ＰＣ的束缚。

１

２

ＵＳＢ打印机控制器的硬件设计

考虑到实用性和可扩展性，硬件的基本架构如图１所示。

Ｌｉｎｕｘ系统下打印功能的实现

在Ｌｉｎｕｘ中，ＰｏｓｔＳｃｒｉｐｔ是产生打印文档事实上的标准。需

要打印的文件首先通过应用程序生成ＰｏｓｔＳｃｒｉｐｔ文件，在通过

一系列过滤器后送给打印机打印。ＰｏｓｔＳｃｒｉｐｔ语言是由Ａｄｏｂｅ

公司开发的，它是一个成熟的、用于描述一个文档每一页面内容

的程序语言。它也是一种与设备无关的打印机语言，即在定义图

像时可以根本不考虑输出设备的特性（如打印机的分辨率、纸张

大小等），而且它对文本和图形实行同样的处理过程，这就给处

理字体带来了极大的灵活性。有一些打印机直接在内部集成了

ＰｏｓｔＳｃｒｉｐｔ语言解释器，可以直接将ＰｏｓｔＳｃｒｉｐｔ文件不经过任

何过滤器送给其打印。但是因为使用这种技术需要向Ａｄｏｂｅ公

司付费，相对来说比较昂贵。所以一般低廉的打印机是不能解释

ＰｏｓｔＳｃｒｉｐｔ文件的，需要经由一系列的过滤器将ＰｏｓｔＳｃｒｉｐｔ文

件翻译成该打印机能够识别的打印命令进行打印输出。

随着Ｌｉｎｕｘ的发展，其打印系统也在不断地进步，打印管理

程序已经由传统的基于假脱机程序的ＢＳＤＬＰＤ打印系统发展

图１

ＵＳＢ打印机的硬件架构

采用Ｓ３Ｃ２４４０微处理器，它是一款由三星公司推出的基于

ＡＲＭ９２０Ｔ的１６／３２位ＲＩＳＣ微处理器，主频可达４００ＭＨｚ。该

芯片性价比高，功耗低，含有丰富的片内外设，主要用于手持设

备和移动终端。

ＳＤＲＡＭ存储器和ＮＡＮＤ

Ｆｌａｓｈ都为６４Ｍ，可以有多余的

存储空间用来扩展打印机的功能。ＳＰＩ通信模块可以让打印机

控制器完成与其他设备的通信功能，实现多处理器协调工作的

功能。

ＵＳＢ集线器引出４个ＵＳＢ端口，不仅可以插ＵＳＢ打印

机，还可以插优盘、ＵＳＢ键盘等ＵＳＢ设备，方便用户的使用。

用户将要打印的文件存在ＳＤ卡或者优盘上，通过薄膜键

盘和触摸屏与打印机控制器交互，选择或者编辑要打印的文件，

设置打印属性。

成为更加智能的通用Ｕｎｉｘ打印系统（ＣＵＰＳ）。ＣＵＰＳ软件支持

多种打印机，功能很丰富，界面也非常友好，被越来越多的应用

程序支持。ＣＵＰＳ的工作原理如下：首先接收需要打印的文件，

调用应用程序将其转换为ＰｏｓｔＳｃｒｉｐｔ文件，通过ＰＰＤ文件来判

断Ｇｈｏｓｔｓｃｒｉｐｔ应使用何种打印机驱动处理此ＰｏｓｔＳｃｒｉｐｔ文件；

把Ｇｈｏｓｔｓｃｒｉｐｔ处理的结果输出到打印机上。其中ＰＰＤ文件主

要提供以下与打印机有关的特定信息：默认／最高分辨率。是否

支持半色调监控、用户设定的监控信息、页面大小定义、页面可

打印区域、默认字体（通常为Ｃｏｕｒｉｅｒ），是否支持双面打印等等。

每一种不同的打印机都分别对应有专门的ＰＰＤ文件。

因为本设计采用的是嵌入式Ｌｉｎｕｘ操作系统，所以不支持

Ｌｉｎｕｘ的打印机不能在本打印机控制器上使用。想知道Ｌｉｎｕｘ支

不支持某种打印机可以查看：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．１ｉｎｕｘｐｒｉｎｔｉｎｇ．ｏｒｇ／站

点，这里包含了的这里包含了大量关于在Ｌｉｎｕｘ上打印的信息。

点击网页右列的Ｐｒｉｎｔｅｒ

Ｌｉｓｔｉｎｇｓ。进入查询界面后输入打印机

厂商和型号后，即可进行查询。通常会得到四个查询结果：①

ｐｅｒｆｅｃｔｌｙ（完全支持Ｌｉｎｕｘ下打印）；②ｍｏｓｔｌｙ（大部分功能支持

Ｌｉｎｕｘ下打印）；⑧ｐａｒｔｉａｌｌｙ（只有一部分功能支持Ｌｉｎｕｘ下打

万方数据　

＜工业控制计算机）２００８年２１卷第５期

６７

印）；（鸯ｐａｐｅｒｗｅｉｇｈｔ（完全不支持Ｕｎｕｘ下打印）。最好选择前两

种支持类型的打印机。

３

件移植到板子上。在开发板下执行命令：

ｇｓ－ｓＤＥＶＩＣＥ＝ｉｊｓ－ｓｌｊｓＳｅｒｖｅｒ＝ｈｐｉｊｓ－ｄｌｊｓＵｓｅＯｕｔｐｕｔＦＤ—ｄＳＡＦＥＲ＼

一ｓＤｅｖｉｃｅＭａｎｕｆａｃｔｕｒｅｒ＝ＨＥＷＬＥ＇Ｉ－Ｆ－ＰＡＣＫＡＲＤ－ｓＯｕｔｐｕｔＦｉｌｅ＝。／ｄｅｖ／

ｕｓｂ／ＩｐＯ＂＼

－ｓＤｅｖｉｃｅＭｏｄｅｌ＝＂ｈｐＬａｓｅｒＪｅｔ

１０１０＂－ｒ３００

ｔｅｓｔ．ｐｓ

ＵＳＢ打印机控制器的软件设计

根据对于Ｌｉｎｕｘ打印系统的研究，将嵌入式系统下打印机

控制模块分成四个部分：底层ＵＳＢ打印机接Ｅｌ驱动程序；各种

打印机的专有驱动程序；打印文件过滤器；基于ＭｉｎｉＧＵＩ的打印

设置程序。打印管理的总领脚本将后面三个部分衔接起来。其结

构关系如图２所示。

型号为。ＨＰ

ＬａｓｅｒＪｅｔ

１０１０”的ＨＰ打印机就能成功打印出

ｔｅｓｔ．ｐｓ文件描述的打印页。在ｇｓ命令中加入一些参数，可以设

置打印机分辨率，调整打印机纸张大小，打印图像的位置以及在

页面上的视觉比例等等，这些功能很灵活地满足了用户的要求。

具体的命令参数可以参阅Ｇｏｓｔｓｃｒｉｐｔ的用户手册。

３．３打印文件过滤器

撼中ＭｉｎｉＧＵＩ的打印设置科序

总

领

脚

本

将打印文件转化为Ｉ略文件的过滤器

Ｇｏｓｔｓｃｒｉｐｔ能够处理的打印文件格式为ＰｏｓｔＳｃｒｉｐｔ，要充分

发挥打印机的能力，打印多种类型的文件格式，就必须有能将这

些格式文件转化为标准ＰｏｓｔＳｃｒｉｐｔ格式的打印文件过滤器。下

面根据打印文件的类型介绍打印文件过滤器的实现。

３．３．１图像文件的转换

用户窄间

备种打日Ｉ机的々有驱动程序

内核纪间

底瞄ＵｓＢ打印机接ｕ驱动＝Ｉ！｜！序

图２打印机控制器的软件架构

打印机控制器软件部分要实现的功能是：支持尽可能多的

打印机；支持打印机的即插即用；支持文本文件和各种格式图像

文件的打印；使打印系统本地化，支持中文文本的打印。下面根

据软件架构的不同部分来详细讨论其具体的实现。

３．１

图像的文件格式多达几百种，常用的也有几十种，例如

ＪＰＥＧ、ＢＭＰ、ＴＩＦＦ、ＧＩＦ等等。

Ｌｉｎｕｘ系统中有一些直接将这些图像格式转换成ＰＳ格式

的软件，如ｇｉｆ２ｐｓ、ｔｉ仟２ｐｓ、ｊｐｅ９２ｐｓ等等，可以将这些软件交叉

编译后移植到板子上，各种图像格式使用相应的程序进行转换。

但是这样会产生一个问题，它们最终生成的ＰＳ格式文件描述

的图像分辨率不统一，调整起来很不方便。在这里选择使用

Ｎｅｔｐｂｍ软件，它会自动调整图像的分辨率，并且包含了一百多

种图形格式的转换程序，可以实现这些图像文件格式的相互转

化，功能十分强大。Ｎｅｔｐｂｍ有直接支持ＡＲＭ板的安装包，不需

要交叉编译，直接在开发板下安装就能使用了。为了编写脚本的

方便起见，将ｐｎｍ格式作为过渡格式，先把各种不同的图像格

式转换为ｐｎｍ格式，再通过ｐｎｍｔｏｐｓ命令将ｐｎｍ格式转为

ＰＳ格式。

ＵＳＢ打印机接口驱动程序

使用ＵＳＢ接Ｅｌ的打印机，首先要在内核中增加对于ＵＳＢ

打印机驱动的支持。嵌入式Ｌｉｎｕｘ中，低版本的内核并不支持

ＵＳＢ设备，因此在做开发的时候Ｌｉｎｕｘ的内核版本要升级到

２．４．１０以上，这里采用的是２．６．１３版本的内核。在宿主机（ＰＣ）

上交叉编译嵌入式Ｌｉｎｕｘ内核，选择ＵＳＢ的相关支持选项时一

定要选中“ＵＳＢ

Ｐｒｉｎｔｅｒ

ｓｕｐｐｏｒｌ”，当开发板插上ＵＳＢ打印机

时，根目录下面出现了“／ｄｅｖ／ｕｓｂ／Ｉｐ０”这一目录，表示ＵＳＢ打

印机设备被成功识别了。

Ｌｉｎｕｘ内核空间的ＵＳＢ打印机接Ｅｌ驱动程序实现了ＵＳＢ

打印机底层的协议，负责与ＵＳＢ接口的通信，使得ＵＳＢ打印机

设备可以即插即用，用户空间的程序直接将打印机作为一个字

符设备文件来对它进行操作，实现打印功能。

３．２用户空间的打印机专有驱动程序的实现

对于不能直接识别ＰｏｓｔＳｃｒｉｐｔ语言的打印机来说。必须采

用各个打印机专有的驱动程序将ＰｏｓｔＳｃｒｉｐｔ格式的页面描述语

言转换成为这些打印机能够识别的打印命令。而Ｇｈｏｓｔｓｃｒｉｐｔ软

件就是用来实现这个功能的。它集成了很多类型打印机的免费

对于ｐｄｆ格式的文件，直接使用Ｇｈｏｓｔｓｃｒｉｐｔ的命令将其转

换为ＰＳ格式的文件，执行效率更高。

３．３．２中文文本文件的转换

中文打印一直是困扰中文Ｌｉｎｕｘ系统实现打印本地化的一

、个难题，Ｌｉｎｕｘ的打印机制在开始的时候根本没有考虑中文打

＼印，目前ＧｈｏｓｔＳｃｒｉｐｔ的正式发行版本中也不支持中文字体。本

设计采用的比较简单的方法解决这个问题，就是将中文文本文

件直接转换为内嵌中文点阵字体的ＰｏｓｔＳｃｒｉｐｔ文件，

Ｇｈｏｓｔｓｃｒｉｐｔ在处理的时候直接将汉字像图像一样打印出来，而

不需要调用中文字库。

的驱动，能够通过命令调用相应的打印机的驱动来解析

ＰｏｓｔＳｃｒｉｐｔ文件，将其转换为打印机能够识别的命令并把处理

的结果输出到打印设备上。此外Ｇｈｏｓｔｓｃｒｉｐｔ还具有多种类型的

文件格式转换和ＰＳ文件的显示功能。

本设计使用的是Ｇｈｏｓｔｓｃｒｉｐｔ８．５０版本，将它在宿主机上交

叉编译，生成可执行文件ｇｓ，将该文件以及Ｇｈｏｓｔｓｃｒｉｐｔ运行需

要的库和一些字体资源文件移植到开发板根目录下面，就可以

执行Ｇｈｏｓｔｓｃｒｉｐｔ的命令了。在命令行下使用“ｇｓ—ｈ’’这个命令

可以查看Ｇｈｏｓｔｓｃｒｉｐｔ支持的打印机列表。如果你的打印机设备

不被当前的Ｇｈｏｓｔｓｃｒｉｐｔ支持，如果有该打印机设备的驱动程

序，也可以自行添加到Ｇｈｏｓｔｓｃｒｉｐｔ的源程序文件中并修改

Ｍａｋｅｆｉｌｅ，重新编译生成可执行文件就会包含对该款打印机的驱

动支持，这样做可以任意增添ＵＳＢ打印机控制器支持的打印设

备，使打印机控制器支持尽可能多的打印机，突破了局限性。

如果是ＨＰ公司的打印机，通常还需要用到ｈｐｉｊｓ驱动程

序，它由Ｇｈｏｓｔｓｃｄｐｔ的ｌＪＳ接１：１调用，实现ＨＰ打印机的驱动

功能。将ｈｐｉｊｓ软件在宿主机上交叉编译后生成ｈｐｉｊｓ可执行文

在Ｌｉｎｕｘ发行版中，将中文文本转换为ＰＳ文件，经常使用

的软件是ｂ９５ｐｓ，但经过尝试发现该软件并不适合用在硬件资

源有限的ＡＲＭ开发板上，因为ｂ９５ｐｓ采用Ｐｙｔｈｏｎ语言开发，

除了移植软件本身，中文字库以外，还得移植近１０Ｍ的Ｐｙｔｈｏｎ。

蔡依道先生编写的基于汉字点阵字库（ＨＢＦ）的ｃｎｐｒｉｎｔ软件短

小精悍，能够将中文文本转换为内嵌中文点阵字体的ＰＳ文件，

也可以调整ＰＳ文件描述的打印页的字体大小，页边距，纸张大

小等等。将ｃｎｐｒｉｎｔ软件交叉编译后，和ＨＢＦ字库一起移植到开

发板下面，直接执行“ｃｎｐｒｉｎｔ—ＷＣｈｉｎｅｓｅＴｅｘｔ”命令就可以得到

ＣｈｉｎｅｓｅＴｅｘｔ的ＰＳ文件。

３．３．３打印文件过滤器的架构

将打印控制器的文件过滤器的架构总结如图３所示，

在Ｓｈｅｌｌ脚本中实现这一功能，根据用户要求打印的文件格式，

选择不同的转换软件进行转换得到ＰＳ文件。（下转第８４页）

万方数据　

本文标签： 打印机打印文件支持转换