基于 USB 传输的针式打印机驱动程序开发

1
．引
言

针式打印机曾经在相当长的一段时间占据打印机市场的主导地位，但是近年来由于喷墨、激光等非击打式打印机的冲击，针式打印机的市场份额逐年下降。即便如此，由于针式打印机在票据打印领域的不可取代性，同时鉴于当前国内打印机市场一直被国外品牌充斥的现状，我们设计并开发了这款基于
USB
传输的针式打印机。一个完整的
USB
针式打印机系统包括打印机软件和打印机硬件两部分，其中打印机软件负责打印任务的创建，而打印机硬件负责打印任务的执行。如果仔细划分，打印机软件又分为运行于主机系统的应用程序、打印机驱动程序和端口驱动程序，以及运行于打印机的打印机固件程序、打印机命令解析程序和打印机控制程序，打印机命令解析程序和打印机控制程序接受打印机主控程序的调度。打印机硬件也可分为电路组成和执行机构两部分。

2
．
针式
打印机
系统
设计

一个打印任务的完成必须要经过任务创建和任务执行两个步骤。在
Windows
操作系统下，打印任务起始于应用程序，如图
1
。当用户使用应用程序的打印功能后，应用程序将用户的打印任务提交给打印机驱动程序，打印机驱动程序将该任务解析为一些字符数据，包括打印机控制命令数据和打印图形数据。这些数据通过端口驱动程序发送到打印机。当打印机接收到打印数据后，首先解析这些数据为打印机的实际执行指令，然后由控制程序操作执行机构将位图信息打印到媒介上。整个打印数据的传输都建立在主机与打印机正常通信的基础上，这项工作由打印机固件程序完成。

了解了打印机系统的工作流程和系统内各个组件的作用，我们来对系统各个组件进行设计。
(1) Windows
打印机驱动程序设计

开发打印机驱动程序通常有两种途径：一是开发一个完整的驱动程序，二是利用微软提供的通用打印机驱动程序
( Unidrv )
开发小型驱动程序
( Minidriver )
。开发一个完整的驱动程序工作量大且过程复杂，因此我们采用通用打印机驱动程序
+
小型驱动程序来开发打印机驱动程序。

(2)
打印机固件程序设计

在
USB
协议中，不同的设备类具有着不同描述符和设备请求，
USB
打印机作为一种特殊的
USB
设备也有其特殊性，必须严格按照协议规定进行设计。在本文中，我们使用集成

USB
通信口的
At91sam7s32
芯片完成打印机固件程序开发。
(3)
打印机主控程序设计

打印机主控程序由打印机解析程序模块和打印机控制程序模块组成。解析模块通常使用顺序解析法解析数据，但是这种方法结构死板，解析效率低，为此本文提出了一种基于表格的解析法；对打印机执行机构进行控制是整个打印机系统的核心。一般采用的方法是使用单片机作为系统控制器，但是控制打印机需要同时控制两个步进电机和
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个打印针头，对单片机处理速度要求较高，同时还要使用大量的单片机接口资源，

一般单片机都无法满足要求，为此我们提出了一种单片机
+CPLD
的打印机控制方法，有效的解决了这个问题。单片机使用上面提到的
At91sam7s32
，
CPLD
使用
Altera
生产的
EPM1270
芯片，该芯片具有
1270
个逻辑单元和
212
个用户引脚，满足打印机控制的速度要求和接口数量要求。

Windows
打印体系结构由打印假脱机系统（
SPOOL
）和一系列的打印机驱动程序（
DRIVER
）组成。
SPOOL
是
Windows
打印系统的核心，它有一个关键的作用就是对打印任务进行路由，将打印任务传递到正确的打印机驱动程序进行处理。打印驱动程序由打印图形动态链接库和打印接口动态链接库组成，打印图形动态链接库负责将打印任务解析为打印

3.1
小型驱动程序的开发

小型驱动程序是建立在通用驱动程序
( Unidrv )
基础之上的。通用驱动程序由打印图形动态链接库
UNIDRV.DLL
、打印接口动态链接库
UNIDRVUI.DLL
以及一些文本文件和二进制结构文件组成，这些文本文件和二进制文件文件构成了我们的小驱动程序。小型驱动程序的文本文件称为
GPD
（
General Printer Description)
文件，一个小型驱动程序可以由一个或多个
GPD
文件构成。小型驱动程序的二进制文件包括
GTT(Glyph Translation Table)
文件和
UFM
（
Unidrv Font Metric
）文件，
GTT
文件用来描述打印机所能支持的字体，
UFM
文件用来描述字体的尺寸大小。由于
GTT
文件和
UFM
文件不是小型驱动程序所必须的文件，所以这里只介绍
GPD
文件的设计方法。