王靈芝，蘭善燦

(閩南師范大學(xué)物理與信息工程學(xué)院，福建漳州 363000)

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基于Android的無線打印系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

王靈芝，蘭善燦

(閩南師范大學(xué)物理與信息工程學(xué)院，福建漳州 363000)

本文以Android為平臺構(gòu)建無線智能打印系統(tǒng)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)包含基于Cortex-A9為控制核心的服務(wù)器和APP兩部分。移動終端通過WiFi將需要打印的文檔發(fā)送至服務(wù)器端，該服務(wù)器通過USB與打印機(jī)連接，從而實(shí)現(xiàn)無線智能打印。通過移植Ghostscript及Hpijs工具實(shí)現(xiàn)了對惠普Deskjet1050打印機(jī)的驅(qū)動。

Android；Cortex-A9；WiFi；USB；打印機(jī)

傳統(tǒng)的打印機(jī)需借助PC機(jī)及相應(yīng)軟件進(jìn)行驅(qū)動打印。隨著Android系統(tǒng)及WiFi熱點(diǎn)的普及，借助移動終端通過無線局域網(wǎng)的方式，擺脫傳統(tǒng)PC直接打印成為新的行業(yè)需求[1]。

本文設(shè)計(jì)了基于嵌入式技術(shù)的無線打印終端系統(tǒng)，包含基于Cortex-A9為核心的服務(wù)器和APP兩部分。打印機(jī)通過USB與服務(wù)器相連，實(shí)現(xiàn)對打印機(jī)的控制及數(shù)據(jù)傳送；手機(jī)、平板等基于Andorid系統(tǒng)的智能移動終端通過WiFi接入局域網(wǎng)，將需要打印的文檔發(fā)送至服務(wù)器。系統(tǒng)終端通過文本格式轉(zhuǎn)換工具將接收到的文件轉(zhuǎn)換成打印機(jī)識別的語言發(fā)送給打印機(jī)。該設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)為局域網(wǎng)上的所有用戶提供了方便快捷的共享打印方式，有效地提高了打印效率。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案

打印機(jī)系統(tǒng)終端的設(shè)計(jì)以三星Exyson4412為核心控制平臺。該處理器為基于Cortex-A9的四核處理器，主頻可達(dá)1.4GHz。系統(tǒng)配備1GB雙通道DDR3，4GB固態(tài)硬盤EMMC存儲空間，可支持Linux 3.5或Android4.2的內(nèi)核版本。采用S5M8767電源管理芯片為系統(tǒng)提供多種工作電壓。采用DM9621以太網(wǎng)控制芯片連接無線路由器接入局域網(wǎng)；使用芯片GM8285C實(shí)現(xiàn)RGB信號到LVDS信號的轉(zhuǎn)換；采用USB3503控制芯片與USB打印機(jī)相連；打印系統(tǒng)終端將接收的文件經(jīng)上層應(yīng)用執(zhí)行格式轉(zhuǎn)換后發(fā)送打印命令至USB打印機(jī)執(zhí)行打印。打印系統(tǒng)終端設(shè)計(jì)整體框圖如圖1所示。

2 基于Android嵌入式系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境的搭建

Android嵌入式系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境的搭建與標(biāo)準(zhǔn)的Linux開發(fā)環(huán)境相類似[2]，包括交叉編譯環(huán)境、Linux 3.0.15內(nèi)核的配置移植、Android 4.0.3系統(tǒng)的編譯移植以及Android文件系統(tǒng)的移植[3]。步驟如下：第一，使用交叉編譯工具鏈arm-linux-4.4.1作為交叉編譯工具；第二，對u-boot-2010.03版本的源碼進(jìn)行編譯移植；第三，配置Linux 3.0.15內(nèi)核，添加對USB打印機(jī)的支持；第四，對Android 4.0.3系統(tǒng)進(jìn)行編譯移植生成system.img、ramdisk.img、userdata.img的鏡像文件；第五，對上述四個步驟編譯生成的uboot、Linux內(nèi)核鏡像zImage及Android 4.0.3的鏡像文件ramdisk、system文件，完成系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境搭建[4]；第六，Android系統(tǒng)中使用的是自帶的精簡Toolbox工具，功能比較簡單，在Android底層開發(fā)的時候非常不便，需在Android下添加BusyBox對工具命令的支持。采用在Toolbox的基礎(chǔ)上新增BusyBox腳本內(nèi)容的解決方案，可通過安裝BusyBox Pro工具箱自動完成腳本的添加[5]。

圖1 打印機(jī)系統(tǒng)終端設(shè)計(jì)框圖

3 Linux下打印機(jī)工作的實(shí)現(xiàn)

目前，業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)的兩種打印機(jī)語言分別是Adobe公司的PostScript(PS)語言和惠普公司的PCL語言。在Linux中，PS語言主要用于打印的接口，打印文件時，應(yīng)用程序會把相應(yīng)的文件轉(zhuǎn)化成PS格式文件。系統(tǒng)終端打印機(jī)設(shè)備選型為惠普Deskjet1050噴墨打印機(jī)，該款打印機(jī)支持惠普打印機(jī)標(biāo)準(zhǔn)頁面描述語言PCL3。但是惠普打印機(jī)并不能夠直接識別PS文件，因此需使用文件過濾器進(jìn)行轉(zhuǎn)換[6]。

Ghostscript是一套建基于Adobe、PostScript及可移植文檔格式(PDF)的頁面描述語言等編譯成的免費(fèi)軟件，可用于文件格式轉(zhuǎn)換器，將打印系統(tǒng)終端需要打印的PDF及PS格式的文件轉(zhuǎn)換成打印機(jī)能夠支持的位圖文件。

惠普噴墨打印機(jī)驅(qū)動程序項(xiàng)目(Hpijs)是基于GNU自由軟件開發(fā)的打印機(jī)驅(qū)動程序，可以將RGB等位圖格式的文件內(nèi)容轉(zhuǎn)換成惠普打印機(jī)識別的PCL語言。在本設(shè)計(jì)中采用Ghostscript+Hpijs方案最終實(shí)現(xiàn)對打印機(jī)語言的轉(zhuǎn)換，打印機(jī)驅(qū)動層次架構(gòu)如圖2所示。

圖2 基于ARM的打印機(jī)驅(qū)動層次架構(gòu)圖

3.1 Ghostscript 9.04的編譯移植

設(shè)計(jì)方案中采用的是Ghostscript 9.04版本的編譯腳本，該版本對文件的處理功能完善，編譯出的腳本內(nèi)存相對于高版本要小，其腳本編譯后自帶字庫，為腳本工具的移植節(jié)省了內(nèi)存空間。由于Android的文件系統(tǒng)沒有相應(yīng)的層次結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)，因此在移植的過程中需創(chuàng)建/tmp及/usr目錄，以下是gs腳本交叉編譯過程：

(1)下載Ghostscript 9.04源碼，并解壓：

#wget http://iweb.dl.sourceforge.net/project/ghostscript

/GPL%20Ghostscript/9.04/ghostscript-9.04.tar.gz

(2)分別復(fù)制更名保存為PC版本和ARM版本：

#cp ghostscript-9.04 ghostscript-9.04-arm -r && mv ghostscript-9.04 ghostscript-9.04-pc

(3)編譯PC版本：

#cd ghostscript-9.04-pc &&./configure && make XCFLAGS=-DHAVE_SYS_TIME_H=1

修改Makefile.in文件中代碼將STDLIBS=@PTHREAD_LIBS@ -lm

修改為STDLIBS=@PTHREAD_LIBS@ -static -lm，

#cd ../ ghostscript-9.04-arm && sed -i’387s/STDLIBS=@PTHREAD_LIBS@ -lm/STDLIBS=@PTHREAD_LIBS@ -static -lm/’ ./Makefile.in

(4)編譯Android版本：

手動建立tmp目錄：選用/data/misc/printer/tmp/目錄作為/tmp目錄，更改ghostscript-9.04-arm版本下/base/gp_unifs.c中的tmp/目錄。

調(diào)整/usr文件夾：在配置ghostscript時添加：--prefix=/system/，命令如下：

#./configure--host=arm-linux--prefix=/system/usr/--disable-fontconfig--disable-gtk--disable-cups

(5)復(fù)制PC版本工具：

復(fù)制/obj/aux/文件夾中g(shù)enarch、genconf、echogs、mkromfs工具到ARM版本的/obj/aux/文件夾下。

#mkdir -p obj/aux/

#cp ../ghostscript-9.04-pc/obj/aux/genarch ../ghostscript-9.04-pc/obj/aux/genconf ../ghostscript-9.04-pc/obj/aux/echogs ../ghostscript-9.04-pc/obj/aux/mkromfs ./obj/aux/

(6)交叉編譯基于ARM的gs腳本：

#make XCFLAGS=-DHAVE_SYS_TIME_H=1

#DESTDIR=${PWD}/_install

#make install DESTDIR=${DESTDIR}

#rm -rf ${DESTDIR}/system/usr/share/ghostscript/9.04/doc

#rm -rf ${DESTDIR}/system/usr/share/ghostscript/9.04/examples

#cd ${DESTDIR}/system/usr/bin && rm -f !(gs) && cd-

#cd ${DESTDIR}/ && tar cvzf gs904.tar.gz system/

(7)將壓縮生成的gs904.tar.gz文件Push到Android系統(tǒng)根目錄下解壓，自動安裝完成gs腳本文件的移植。

3.2 Hpijs的編譯移植

移植方案采用Hpijs-2.1.4的源碼編譯。以下是Hpijs交叉編譯過程。

(1)下載Hpijs-2.1.4源碼并解壓；

(2)配置Hpijs，配置命令如下：

#./configure--host=arm-linux--target=arm-linux--build=i686-linux CC=arm-linux-gcc CXX=arm-linux-g++LD=arm-linux-ld RANLIB=arm-linux-ranlib AR=arm-linux-ar CXXFLAGS="-static-g-O2"--prefix=/system/LDFLAGS=-L../jpeg-8b/.libs

(3)編譯并安裝：

#DESTDIR=${PWD}/_install

#make && make install DESTDIR=$DESTDIR

#tar cvzf hpijs.tar.gz system/

(4)編譯并安裝：

將生成的hpijs.tar.gz壓縮文件Push到Android系統(tǒng)根目錄下，解壓自動安裝到目標(biāo)板上，完成hpijs的編譯移植。

3.3 測試打印功能

(1)Android中創(chuàng)建設(shè)備節(jié)點(diǎn)：

在系統(tǒng)插入打印機(jī)后會在ueventd中自動創(chuàng)建設(shè)備節(jié)點(diǎn)/dev/usb/usb1-3.3(usb1-3.3設(shè)備名由device path指定)。為了獲取訪問該設(shè)備的權(quán)限，需修改/system/core/rootdir下的ueventd.rc文件指定權(quán)限，添加：/dev/usb/usb1-3.3 0666 system system.

使用gs腳本工具和hpijs軟件將/data目錄下的test.pdf文件轉(zhuǎn)換生成test.PCL3GUI格式的打印語言。

(2)將pdf格式文件通push到目標(biāo)板的/data目錄下，進(jìn)入/data目錄，在當(dāng)前目錄下執(zhí)行文件格式轉(zhuǎn)換命令：

#gs-sDEVICE=ijs-sIjsServer=hpijs-dIjsUseOutputFD-sDeviceManufacturer="HEWLETT-PACKARD"-sDeviceModel="deskjet 5550"-r300x300-dNOPAUSE-dSAFER-sstdout=%stderr-sOutputFile=%stdout/data/test.pdf-c quit>/data/test.PCL3GUI

(3)將上述轉(zhuǎn)換的test.PCL3GUI格式的文件通過命令：

#cat/data/test.PCL3GUI>/dev/usb/usb1-3.3將打印文件發(fā)送至設(shè)備節(jié)點(diǎn)，打印機(jī)設(shè)備接收到命令執(zhí)行打印。

test.pdf

tiger.ps

tombstones

user

wifi

/data/test.pdf-c quit > /data/test.PCL3GUI

GPL Ghostscript 9.04 (2011-08-05)

Copyright (c) 2011 Artifex Software,Inc.All rights reserved.

This software comes with NO WARRANTY:see the file PUBLIC for detail.

Processing pages 1 through 1.

Page 1

Substituting font Times-Roman for TimesNewRomanPSMT.

Loading NimbusRomNo9L-Regu font from rom Resource/Font/nimbusRomNo9L-Regu... 2739620 1435700 185

8156 557464 3 done.

resource-cache

system

test.PCL3GUI

test.pdf

tiger.ps

tombstones

圖3 文件格式轉(zhuǎn)換過程

4 基于Android應(yīng)用開發(fā)設(shè)計(jì)

應(yīng)用程序是基于Android開發(fā)的，包括服務(wù)器端及客戶端程序。主要實(shí)現(xiàn)客戶端到服務(wù)器端的文件傳輸，其次服務(wù)器端將接收到的文件進(jìn)行文件格式轉(zhuǎn)換后再將文件發(fā)送給打印機(jī)打印?？蛻舳伺c服務(wù)器端基于TCP協(xié)議通過Socket通信[7-9]。

客戶端APP自動搜索路徑“/storage/emulated/0/”下包含的打印文件，輸入服務(wù)器端IP后就可傳輸文件。服務(wù)器端APP主要實(shí)現(xiàn)接入網(wǎng)絡(luò)、轉(zhuǎn)換文件格式及執(zhí)行打印。系統(tǒng)可支持的文件類型有.pdf、.txt、.xls、.doc、.ppt等。UI界面如圖4和圖5所示。

在Android應(yīng)用層通過調(diào)用ProcessBuilder函數(shù)執(zhí)行腳本命令，實(shí)現(xiàn)打印操作。具體實(shí)現(xiàn)核心代碼如下：

private final String shell11 = "gs -sDEVICE=ijs -sIjsServer=hpijs -dIjsUseOutputFD -sDeviceManufacturer="HP"-sDeviceModel="deskjet 5550" -r300x300 -dNOPAUSE -dSAFER -sstdout=%stderr -sOutputFile=- - < "; //執(zhí)行文件轉(zhuǎn)換的命令

private final String shell12 = "/test.ps > /dev/usb/usb1-3.3";//發(fā)送執(zhí)行打印的命令

private final String shell13 = "/test.pdf > /dev/usb/usb1-3.3"

......

public void startInternet(){

ProcessBuilder pb = new ProcessBuilder("/system/bin/sh");

out.println(netShell1);//執(zhí)行操作命令

out.println(netShell2);

out.println(netShell3);

out.println("exit");

......

}

圖4 客戶端界面設(shè)計(jì)

圖5 服務(wù)器端界面設(shè)計(jì)

5 結(jié)語

本文詳細(xì)介紹了以Android為平臺構(gòu)建的無線智能打印系統(tǒng)，對Cortex-A9為控制核心的服務(wù)器的硬件組成與軟件設(shè)計(jì)進(jìn)行闡述。對惠普Deskjet1050打印機(jī)驅(qū)動的移植做了詳細(xì)的說明。最終實(shí)現(xiàn)了手機(jī)、平板等Android智能設(shè)備終端通過WiFi進(jìn)行無線智能打印的功能。

[1]陳劍,陳華政.基于Android平臺的無線打印模塊設(shè)計(jì)[J].單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用,2013(8):67-69.

[2]韋東山.嵌入式Linux應(yīng)用開發(fā)完全手冊[M].北京:人民郵電出版社,2008:29-30.

[3]王超.基于Cortex_A8的Android系統(tǒng)分析與移植[D].太原:太原理工大學(xué),2014.

[4]趙峙岳.基于WiFi無線網(wǎng)絡(luò)的嵌入式打印終端的設(shè)計(jì)[D].廣州:華南理工大學(xué),2011.

[5]王衛(wèi)華.為機(jī)器人配把瑞士軍刀 解說安卓4.0安裝BusyBox[J].電腦迷,2012(13):54.

[6]李軍.基于ARM的嵌入式網(wǎng)絡(luò)打印適配器的研制[D].上海:上海交通大學(xué),2007.

[7]陳文,郭一正.深入理解Android網(wǎng)絡(luò)編程[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2013:39-45.

[8]苗振興,馬幼鳴,周鳴爭.基于Android平臺的WiFi文件傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].長江大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2013(7):17-20.

[9]蔣敏,單家芳,孔軍.基于Socket的多平臺通信研究[J].計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用,2005(36):135-141.

USB Printer System Terminal Design Based on Android

WANG Ling-zhi,LAN Shan-can

(Department of Physics and Electronic Information Engineering, Minnan Normal University, Zhangzhou Fujian 363000,China)

Based on Android platform, a wireless smart printing system is developed. The system consists of a Cortex-A9-based on server and an application software (APP). Through WiFi, the mobile terminal sends the documents to the server, which connects with a printer via a USB interface. Then the wireless smart print is realized. By transplanting the Ghostscript and Hpijs tools,HP Deskjet 1050 printer can be drived successfully.

Android; Cortex-A9; WiFi; USB; printer

2016-05-06

福建省中青年教師教育科研項(xiàng)目“基于對數(shù)微分法的多電容同步測量系統(tǒng)研究”(JA15319)；閩南師范大學(xué)教改項(xiàng)目“基于物聯(lián)網(wǎng)的嵌入式系統(tǒng)課程群建設(shè)”(JG2015)。

王靈芝(1981- )，女，講師，碩士，從事物聯(lián)網(wǎng)、嵌入式系統(tǒng)研究。

TP334

A

2095-7602(2016)12-0039-05