基于開源軟件的嵌入式網(wǎng)絡(luò)打印服務(wù)器

　　引 言

　　目前常用的打印機(jī)有兩種接口形式：USB口和Eth-ernet網(wǎng)口。由于價(jià)格相對(duì)較低，USB口的打印機(jī)更為普遍。USB口打印機(jī)不能獨(dú)立工作，必須依附于一臺(tái)主機(jī)。為了在一個(gè)局域網(wǎng)環(huán)境中共享使用一臺(tái)USB口打印機(jī)，需要為該打印機(jī)配備一臺(tái)服務(wù)器，然后通過共享設(shè)置實(shí)現(xiàn)打印機(jī)的網(wǎng)絡(luò)共享。這種方式有幾個(gè)方面的缺陷：需要占用一臺(tái)服務(wù)器資源；耗電；容易中毒導(dǎo)致無法正常打印；由于長(zhǎng)時(shí)間不間斷運(yùn)行，出現(xiàn)故障的概率高，導(dǎo)致無法打印；占用辦公空間。

　　隨著嵌入式處理器主頻的不斷提高，設(shè)計(jì)專門的嵌入式網(wǎng)絡(luò)打印服務(wù)器已經(jīng)成為共識(shí)。HP等很少的幾家打印機(jī)公司在幾年以前就推出了這樣的嵌入式設(shè)備，但基本上都只針對(duì)本公司特定的幾種打印機(jī)，無法做到通用。很多文獻(xiàn)，如參考文獻(xiàn)[1]、[2]中提到的設(shè)計(jì)方案不夠具體。基于這些情況，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一款基于Linux的嵌入式網(wǎng)絡(luò)打印服務(wù)器，硬件設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，軟件完全開源，只要有Linux下的打印驅(qū)動(dòng)，就可以支持。

　　1 總體方案設(shè)計(jì)

　　要把USB口打印機(jī)連人網(wǎng)絡(luò)，有兩種設(shè)計(jì)方案，一種是使用USB／以太網(wǎng)協(xié)議轉(zhuǎn)換器，另一種是設(shè)計(jì)一個(gè)帶有USB口和以太網(wǎng)網(wǎng)口(包含操作系統(tǒng))的嵌入式設(shè)備。盡管協(xié)議轉(zhuǎn)換器軟硬件簡(jiǎn)單，但不支持多用戶同時(shí)并發(fā)打印，也就無法實(shí)現(xiàn)共享打印的要求。

　　1．1 硬件設(shè)計(jì)

　　筆者是在中科院計(jì)算所自主研制基于龍芯1號(hào)核的“聚芯SoC”1000C上實(shí)驗(yàn)的，主頻266 MHz。作為產(chǎn)品，只需要提供電源接口、USB口和以太網(wǎng)口。調(diào)試階段，增加串口和JTAG調(diào)試接口。考慮到多用戶并發(fā)打印的負(fù)載和實(shí)際測(cè)試效果，因?yàn)橐浦驳拈_源軟件有很多依賴庫(kù)，所占空間較大，故選用的是1 GB容量的Flash。打印過程中，打印文件在內(nèi)存中緩存，為了應(yīng)對(duì)較大的打印文件和提高運(yùn)行速度，建議選擇256 MB以上的SDRAM。嵌入式網(wǎng)絡(luò)打印服務(wù)器硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

　　1．2 軟件設(shè)計(jì)

　　軟件設(shè)計(jì)是整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，也是難點(diǎn)。在設(shè)計(jì)思想上，強(qiáng)調(diào)盡可能使用開源軟件，主要是為了縮短研發(fā)周期并能保證打印系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。操作系統(tǒng)選擇目前主流的Linux操作系統(tǒng)。Linux操作系統(tǒng)下的打印控制系統(tǒng)根據(jù)打印機(jī)的命令方式，分為文本打印機(jī)、Post-Script打印機(jī)和其他種類。文本打印機(jī)不需要驅(qū)動(dòng)程序，就可以直接用cat命令驅(qū)動(dòng)打印機(jī)，但只能打印英文，已很少使用。PostScript(簡(jiǎn)稱PS)是一種繪圖能力很強(qiáng)的解釋性腳本語言，由Adobe公司制定。它因占用系統(tǒng)資源少，處理過程標(biāo)準(zhǔn)化與設(shè)備無關(guān)而被廣泛應(yīng)用。直接支持PostScript的打印機(jī)通常都是比較高級(jí)的辦公打印機(jī)，對(duì)于這類打印機(jī)來說，PS語言是它們和計(jì)算機(jī)之間溝通的最簡(jiǎn)便的方式，應(yīng)用程序可以將生成的PS文檔直接發(fā)給打印機(jī)打印。但大多數(shù)情況下使用的是各種比較低檔的，不能直接支持PostScript的打印機(jī)，這類打印機(jī)只能識(shí)別各廠家自己的指令集。

　　因此，必須采取一種機(jī)制，把PostScript格式轉(zhuǎn)換成打印機(jī)能夠識(shí)別的命令格式，而GhostScript程序就是用來完成這個(gè)工作的。Ghostscript將PostScript轉(zhuǎn)換成各種打印機(jī)能夠識(shí)別的格式。

　　打印機(jī)驅(qū)動(dòng)程序是應(yīng)用軟件與打印機(jī)之間交流的橋梁，它可以將轉(zhuǎn)化好的打印文件，按照各種打印機(jī)不同的格式發(fā)送給打印機(jī)，因此不同的打印機(jī)都有自己特有的打印驅(qū)動(dòng)程序。另外，隨驅(qū)動(dòng)程序一起發(fā)布的還有PPD文檔，PPD(PostScript Printer Description)是用來描述打印機(jī)功能的文件，里面包含了字體、打印頁面等的一些描述。在使用一款打印機(jī)之前，必須找到其相應(yīng)的PPD文件，并正確地安裝到打印管理器程序上。筆者所用打印機(jī)為HP 1020plus激光打印機(jī)，CUPS不附帶此驅(qū)動(dòng)，只能另行安裝。

　　為了讓不同的作業(yè)在打印的時(shí)候不產(chǎn)生沖突，就需要一個(gè)打印管理程序。這類管理程序很多，使用最為廣泛的莫過于CUPS。CUPS接收要打印的文件；通過文件的類型判斷是否需要將其轉(zhuǎn)換為PostScript，如果需要，則調(diào)用相應(yīng)的應(yīng)用程序進(jìn)行轉(zhuǎn)換；通過PPD文件來判斷Ghost-Script應(yīng)使用何種驅(qū)動(dòng)處理此PostScript文件；把Ghost-Script處理的結(jié)果輸出到打印設(shè)備上。

　　在打印管理程序和Ghostscript之間，通常還安裝一種統(tǒng)一的打印過濾器程序foomatic-rip。它是用perl編寫的腳本程序，打印管理程序通過它調(diào)用Ghostscript程序，從而把PostScript作業(yè)轉(zhuǎn)換成PPD文件描述的打印機(jī)自身能夠識(shí)別的格式。

　2 幾個(gè)關(guān)鍵問題

　　2．1 軟件的交叉編譯

　　由前面的分析可知，打印服務(wù)器需要的開源軟件支持，為了運(yùn)行于嵌入式Linux環(huán)境，需要對(duì)它們一一進(jìn)行交叉編譯。通常的編譯方法是在宿主機(jī)上進(jìn)行，筆者在反復(fù)實(shí)驗(yàn)后不得不放棄，原因在于這些開源軟件還依賴于很多的其他軟件包。建議編譯安裝直接在開發(fā)板上進(jìn)行，雖然速度較慢，但可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)缺少的包。此編譯過程大約需要一周的時(shí)間。

　　①CUPS的編譯與安裝：

　　2．2 CGI程序的編寫

　　嵌入式網(wǎng)絡(luò)設(shè)備通常都提供web管理方式，用以修改配置等。以修改IP地址為例，需要修改源碼目錄下的cgi—bin子目錄下的admin．c文件，參照do_am_printer()函數(shù)新增函數(shù)do_modify_ip，此函數(shù)的功能為讀取IP地址所在的配置文件，將IP地址、子網(wǎng)掩碼、默認(rèn)網(wǎng)關(guān)等顯示在頁面文本框中，允許修改，提交修改時(shí)該函數(shù)將新的參數(shù)覆蓋原配置文件中舊的參數(shù)。為實(shí)現(xiàn)這一功能，主要用到了CUPS提供的文件操作函數(shù)cupsFileGets、cupsFi-leOpen、cupsFilePrintf，和有關(guān)CGI變量的讀寫函數(shù)cgiGetVariable、cgiSetVariable和界面的顯示函數(shù)cgiStartHTM如IP地址L(title)、cgiCopyTemplateLang("error_ip．tmpl")、cgiEndHTML()。有關(guān)文件的讀寫操作，可參照CUPS目錄下的testfile．c文件。

　　2．3 界面和提示語言漢化

　　CUPS支持多國(guó)語言版本，如果漢化，需要對(duì)界面標(biāo)識(shí)、提示、按鈕等全面進(jìn)行漢化，工作量較大，需要修改doc／index．html，需要把templates語言版本挪到最外層，需要在loeale／cups_zh．po修改或增加新的中英文對(duì)照信息。更詳細(xì)的信息可參考CUPS運(yùn)行后通過瀏覽器訪問http：／／localhost：631／help下的Translating and Custom-izing CUPS文檔。

　　2．4 OUPS配置與調(diào)試

　　編輯／etc／cups／cupsd．conf在Location選項(xiàng)中添加容許訪問的網(wǎng)段。為簡(jiǎn)單起見，在Order allow，deny后直接輸入Allow all即可。

　　編輯／etc／cups／mime．convs，找到application／octet-stream application／vnd．cups-raw 0-行，將其注釋掉，否則pdf、doc等文件格式將不被支持，提示“Print file wasnot accepted(Unsupported format 'application／octet-stream'!)”錯(cuò)誤。另外，要將防火墻中對(duì)631端口的訪問控制去掉，否則將提示打印服務(wù)器忙。在CUPS調(diào)試過程中，如果將cupsd．conf中的loglev-el info改成。loglevel debug，可以在var／log／cups／error_log中看到更多的輸出信息，極大地方便了調(diào)試，也可借助網(wǎng)絡(luò)抓包程序輔助調(diào)試。在確認(rèn)打印機(jī)能夠工作之前，暫不要通過網(wǎng)絡(luò)方式驅(qū)動(dòng)打印機(jī)，可用命令行的方式添加、使能并測(cè)試打印機(jī)是否工作正常。由于沒有成熟的文檔，過程比較艱辛。

　　CUPS啟動(dòng)后，可通過瀏覽器方式管理打印機(jī)。連接好打印機(jī)，進(jìn)入web管理界面，找到“Add printer”。選擇正確的驅(qū)動(dòng)程序，如果所連接打印機(jī)的驅(qū)動(dòng)程序不存在，則必須手工添加驅(qū)動(dòng)程序。添加完成后，可以打印測(cè)試頁看看打印機(jī)是否可以正常工作。

　　3 客戶端連接

　　3．1 Windows客戶端

　　在添加打印機(jī)時(shí)，選擇添加的打印機(jī)類型為“網(wǎng)絡(luò)打印機(jī)”，在URL中輸入http://printer_server_ip：631／printers／printer_name，其中printer_server_ip為CUPS打印服務(wù)器的IP地址，631為CUPS服務(wù)端口，printer_name為已添加的打印機(jī)的名稱。如果提示URL錯(cuò)誤，請(qǐng)修正后再試，最后提供Windows下相應(yīng)的打印機(jī)驅(qū)動(dòng)即可。如果出現(xiàn)連接異常，建議關(guān)閉XP的防火墻服務(wù)(盡管理論上不受其影響)；也可以使用samba服務(wù)來共享打印機(jī)，這是最常規(guī)的做法，只需配置samba服務(wù)，將打印機(jī)共享。在客戶端通過IP搜索，一般能夠找到打印服務(wù)器。

　　3．2 Linux客戶端

　　對(duì)于已聯(lián)網(wǎng)并且安裝了CUPS的Linux客戶端來講，能夠自動(dòng)檢測(cè)到網(wǎng)絡(luò)中采用CUPS管理的打印機(jī)。因此，只需要找到菜單(RedHat Enterprise Server)“系統(tǒng)→首選項(xiàng)→更多首選項(xiàng)→默認(rèn)打印機(jī)”或(fedora)“桌面→首選項(xiàng)→更多首選項(xiàng)→默認(rèn)打印機(jī)”，將彈出網(wǎng)絡(luò)上所有已存在的打印機(jī)，選擇其中的某一在線打印機(jī)作為默認(rèn)打印機(jī)即可。如果Linux客戶端沒有安裝CUPS，則需要手工去添加打印機(jī)。

　　結(jié) 語

　　本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)的打印服務(wù)器完全使用開源軟件，擴(kuò)展性強(qiáng)，只要能夠找到Linux下的驅(qū)動(dòng)程序源碼，就能夠輕松加入到打印服務(wù)器的支持列表中。給出的http打印方式相比samba而言有三個(gè)方面的優(yōu)勢(shì)，配置簡(jiǎn)單，使用安全，可以跨網(wǎng)段打印。打印服務(wù)器調(diào)試過程中的主要技術(shù)問題都已包含在本文中，經(jīng)實(shí)際反復(fù)測(cè)試，打印效果良好，完全實(shí)用。