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EFT POS终端系统中MODEM模块的解决方案 中南大学、湖南计算机股份有限公司黄深喜 中南大学樊晓平 长沙电力学院杨安平 摘要介绍电子金融卡交易终端（EFT POS）系统中MODEM模块的一种实现方案。该方案解决了EFT POS终端中MODEM必须具备的快速握手、通信稳定、良好的传输损伤承受能力以及支持HDLC同步协议等重要问题。 关键词电子金融卡交易终端（EFT POS）嵌入式MODEM数据泵（data pump）数据访问装置（DAA）HDLC 总体概述 现代社会里，信用卡应用已经非常普及。与现金相比，它具有携带方便、安全易用、便于结算等优点。随着信用卡的发行量急剧增大，信用卡的关键服务设备电子金融卡交易终端（EFT POS）\[1\]需求量大增。由于技术难度等问题，大部分EFT POS由国外进口，国内只有几家有实力的厂商研制了此类产品。 MODEM\[2\]模块是EFT POS的重要组成部分之一，也是设计难点之一。MODEM模块设计好坏直接影响着EFT POS的设计能否成功。 EFT POS的MODEM模块与通用MODEM有很大差异，它专用于信用卡金融数据的传输，不需要语音和传真功能。信用卡金融数据通信的数据量很小，因此通信速率不超过2400bps;但要求每次刷卡通信响应很快，因此MODEM应有快速握手能力。另外，为保证信用卡金融数据传输的稳定、安全和可靠，要求MODEM具备良好的传输损伤承受能力，采用HDLC同步协议通信。 根据EFT POS应用的特殊要求，我们在设计MODEM模块时精心选型，最后确认采用Zilog公司的MODEM数据泵Z02922\[3\]作为该模块的核心部分，并利用80C188 \[4\]CPU控制该数据泵，实现符合上述特殊要求的MODEM。该模块的功能框图如图1所示。 图1MODEM模块的功能框图一、 硬件设计 MODEM模块的硬件设计主要包括：Z02922与主控CPU（80C188）的接口电路以及Z02922与电话线之间的数据访问装置（DAA）\[5\]电路。 1. Z02922的关键特性 · 集成了数据泵（data pump）和模拟前端（AFE）; · 支持V.22bis，V.22，V.21，V.23，Bell 212A，Bell 103数据模式\[2，3\]; · 采用FSK、DPSK或QAM编码; · V.29快速连接握手（小于50ms）; · 内含集成合成电路; · 自动握手功能; · 所有速率均支持HDLC同步协议。 2. 引脚说明 Z02922数据泵采用PLCC封装，其引脚排列如图2所示，引脚功能如表1所列。 3. 与CPU的接口电路 Z02922在EFT POS终端中直接采用主CPU（80C188）控制，因此Z02922的串行模式禁用，使用并行模式与80C188接口。仔细分析二者的时序关系，可知Z02922能直接挂在80C188的总线上。与CPU的接口电路如图3所示。 4. DAA电路 MODEM数据泵是通过数据访问装置（DAA）电路与公用电话网（PSTN）接口的。DAA电路中有一个隔离变压器，它完成电平转换和阻抗匹配功能。采用阻容电路将Z02922的TXO+/TXO-和RXI+/RXI-信号转换合成为TRXA1和TRXA2后接入变压器的次级，实现4线收发与2线收发之间的转换功能。 隔离变压器的初级经继电器控制后接入PSTN图3EFT POS MODEM模块的原理示意图图2Z02922引脚图表1Z02922引脚功能 引脚〖〗符号〖〗功能说明1〖〗RESET〖〗复位信号线2〖〗GND〖〗数字地3〖〗TEST1〖〗测试引脚，正常操作应接GND4〖〗EYECLK〖〗眼图形时钟5〖〗EYEOUT〖〗眼图形输出6〖〗EYESTB〖〗串行眼图形使能7〖〗AVDD〖〗模拟部分的电源(+5V)8〖〗TXO+〖〗发送差分模拟输出端+9〖〗TXO-〖〗发送差分模拟输出端-10〖〗AGND〖〗模拟地11〖〗Vref〖〗参考电压12〖〗AGND〖〗模拟地13~14〖〗CF1~CF2〖〗电容连接端，CF1与CF2之间连接82pF的电容15〖〗RXI-〖〗接收差分模拟输入端-16〖〗RXI+〖〗接收差分模拟输入端+17〖〗AVDD〖〗模拟部分的电源(+5V)18〖〗HCS〖〗片选引脚〖〗符号〖〗功能说明19~21〖〗HA0~HA2〖〗地址线22〖〗HIRQ〖〗中断输出端23〖〗HWR〖〗写控制端24〖〗VDD〖〗数字电源（+5V）25〖〗HRD〖〗读控制端26〖〗GND〖〗数字地27~34〖〗HD0~HD7〖〗数据输入输出35〖〗RLSD〖〗振铃检测端36〖〗RXD〖〗串口输入37〖〗TCLK〖〗串口发送时钟38〖〗TXD〖〗串口输出39〖〗OH〖〗摘机继电器控制端40〖〗RTS〖〗串口请求发送信号41〖〗TEST2/RCLK〖〗测试端2/串口接收时钟42〖〗XTAL〖〗晶振输出端43〖〗EXTAL〖〗晶振输入端44〖〗VDD〖〗数字电源（+5V）网。由于驱动继电器的电流较大，故不能直接采用逻辑电路的控制信号来驱动。控制信号需要用三极管2N3906放大后才能驱动继电器。 为了检测振铃信号，在变压器初级采用光电耦合管4N35。4N35将振铃信号隔离并转换成TTL电平，供CPU（80C188）检测。 Z02922是针对金融交易处理设计的MODEM数据泵。在我们设计DAA电路时遵循了通信行业标准YD/T 938-1997《销售点终端（POS）入网技术要求和检测方法》\[5\]和其它有关标准的要求。设计好的MODEM模块具有良好的传输损伤承受能力，可保证通信的稳定性和可靠性。 二、 软件设计及其关键点 MODEM模块的软件设计包括：发送音频与音频检测、呼叫进程监控、音频与脉冲拨号、MODEM握手控制与数据模式设定、HDLC协议处理和V.29快速连接握手控制以及AT命令解释器7个模块。其中，对于信用卡金融数据交易来说，HDLC协议处理、V.29快速连接握手控制是至关重要的。 1. 软件接口 Z02922提供7个寄存器，如表2所列，和512字（数据为16位）RAM作为与CPU的软件接口。80C188通过这个软件接口来控制MODEM配置、获取MODEM状态、接收通信数据以及装载要发送的数据。 表2Z02922寄存器 序号〖〗寄存器功能〖〗地址〖〗bit7〖〗bit6〖〗bit7〖〗bit6〖〗bit7〖〗bit6〖〗bit7〖〗bit6〖〗访问方式1〖〗RAM访问低〖〗000〖〗RAMDL（数据泵RAM数据，低八位数据）〖〗读写2〖〗RAM访问高〖〗001〖〗RAMDH（数据泵RAM数据，高八位数据）〖〗读写3〖〗RAM访问地址〖〗010〖〗RAMAL（数据泵RAM数据，地址）〖〗只写4〖〗并行数据〖〗011〖〗DATAP（数据泵并行数据）〖〗读写5〖〗RAM控制及状态〖〗100〖〗TXIE〖〗RXIE〖〗RAMIE〖〗TPDM〖〗RTSP〖〗RAMRW〖〗RAMRQ〖〗RAMAH〖〗读写6〖〗MODEM状态〖〗101〖〗TXI〖〗RXI〖〗RAMI〖〗DPBUSY〖〗〖〗RTRND〖〗CDET〖〗RES〖〗只读7〖〗HDLC〖〗111〖〗0〖〗0〖〗0〖〗0〖〗0〖〗TEND〖〗RXERR〖〗EOF〖〗读写2. 关键之一：HDLC协议处理 Z02922内嵌HDLC协议固件，可在所有通信速率下操作。HDLC协议固件能执行将数据打包成HDLC帧格式或将HDLC帧格式数据拆包的功能，包括：自动开关标志发生器、插入0或删除0、标志和废弃检测以及CRC校验和的计算和检测。HDLC协议处理过程如下。 发送过程： （1） 当Reg5.TXI=1时，写Byte1到DATAP，重复这一步直至所有数据发送传输完毕。如果Reg4.TXIE=1,则数据泵在准备传输下一字节时，即Reg5.TXI=1时，产生中断。 （2） 当最后一字节ByteN发送完毕，等待数据泵将Reg7.TEND设置为1。这表明数据泵已经结束当前帧。现在数据泵计算并传输当前帧的CRC校验和及传输结束标志，直到数据泵设置Reg4.TXI=1（以指明数据泵在准备接收另外一个字节）之后至少8位时间，才会设置Reg7.TEND=1。为了传输其它帧，则重复(1)~(2)步。 （3） 当数据泵开始发送帧结束标志时，设置Reg7.TEND=0。本帧在数据泵设置Reg7.REND=0之后8位时间，本帧传输结束。 接收过程： （1） 准备接收新帧。 （2） 当Reg5.RXI=1时，数据泵已经接收一字节。先读Reg7，然后读DATAP。如果Reg4.RXIE=1，则当设置Reg.RXI=1时，数据泵产生中断。 （3） 此步根据REG7的值进行： ① 如果RXERROR=0且EOF=0，则步骤(2)读出的DATAP值为HDLC帧字节。重复第（2）步接收完余下的帧字节。 ② 如果RXERROR=0且EOF=1，则带正确校验和的HDLC帧已经接收。如果Byte1…ByteN+3已经读完，并且DATAP中的字节N+3正在读，则前两个字节——字节N+1、字节N+2是帧校验和字节，并且余下的Byte1…ByteN为帧数据字节。继续第①步接收下一帧。如果RXERROR=1，则废弃接收到的帧字节，并重复第①步以接收下一帧。 ③ 如果DATAP的值为0FFH，则收到了HDLC废弃序列;如果DATAP为07EH，则收到了带错误校验和的HDLC帧。 3. 关键之二：V.29快速握手 在V.29快速握手模式下，速率为9600bps，为半双工同步通信，握手时间小于50ms，这种特性对信用卡金融数据通信来说非常有用。V.29快速握手的过程如下。 发送过程： （1） 电话线连接建立后，在每个MODEM首次传输之前，设置Dpctrl.TXSTRN=0，进行长训练系列;对于后续训练，则设置Dpctrl.TXSTRN=1进行短训练序列。 （2） 设置Confi.MODE=020H（9600bps,V29）或021H（7200bps，V29）。 （3） 设置Reg4.RTSP=1，使数据泵开始发送。 （4） 如有需要，在Config.MODE发送返回保护音的同时，设置Config.ECHOPRTEN和Config.ECHOPRTLEN。 （5） 检测Reg5.CDET，当Reg5.CDET=1时，CPU开始传输数据;如果要求在并行模式下产生传输中断信号，则设置Reg5.TXIE=1。 （6） 如有需要，设置Reg4.RTSP=0以结束发送。等待Reg5.DPBUSY=0，指明开始接收或挂机之前数据泵完成发送。 接收过程： （1） 在电话网线连接已经建立之后，每个MODEM开始接收之前，设置Dpctrl. RXSTRN=0。 （2） 设置Confi.MODE=020H（9600bps,V29）或021H（7200bps，V29）。 （3） Reg4.RTSP=0，使数据泵开始接收。 （4） 检测Reg5.CDET，当Reg5.CDET=1时，CPU开始传输数据;如果要求在并行模式下产生传输中断信号，则设置Reg5.TXIE=1。 （5） 接收数据至少50ms，然后设置Dpctrl.RXSTRN=1，以便使数据泵进行数据接收的后续短训练系列。 （6） 当数据泵检测到载波信号消失时，则设置Reg5.CDET=0。在接收终止前持续等待Reg5.CDET=1至少50ms，一旦接收结束，CPU就可以将数据泵设置为发送模式或挂机。 结束语 EFT POS终端是一种技术含量很高的产品，MODEM模块是EFT POS的关键部件之一，MODEM模块的好坏直接关系到该产品的成败。本文提出的解决方案能很好地满足EFT POS的特殊要求，作为一种合理的方案可供国内同行借鉴。MES 参考文献 1中国建设银行龙卡EFT POS系统技术规范.1995.9 2电话网上的数据通信 V系列建议.CCITT蓝皮书，1990，Ⅷ（Ⅰ） 3Z02922 TRANSCTION PROCESSING MODEM DATA SHEET.Zilog Inc. 480C186XL/80C188XL Microprocessor User’s Manual. INTEL Co. 5中华人民共和国通信行业标准 YD/T938-1997.销售点终端（POS）入网技术要求和检测方法

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来源:单片机与嵌入式系统应用 作者:中南大学 湖南计算机股份有限公司 黄深喜
中南大学 樊晓平
长沙电力学院 杨安平 时间:2006/2/12 0:00:00