1. 引言

稅收是國家財(cái)政的重要組成部分，但是在稅收領(lǐng)域依法納稅意識淡薄，偷稅逃稅現(xiàn)象依然比較嚴(yán)重，尤其是對財(cái)務(wù)核算不健全的*，稅務(wù)機(jī)關(guān)難以實(shí)施有效監(jiān)控。這種現(xiàn)狀不但嚴(yán)重?cái)_亂正常的經(jīng)濟(jì)秩序，而且導(dǎo)致國家稅收大量流失。為了進(jìn)一步加強(qiáng)稅源監(jiān)控，堵塞稅收漏洞，減少稅收流失，國家先后出臺了稅控收款機(jī)標(biāo)準(zhǔn)GB18240.1~GB18240.6 等六個(gè)部分，建立了以電子收款機(jī)+稅控器+稅控IC 卡+稅控收款機(jī)管理系統(tǒng)的基本工作模式，明確了以票控稅的基本原則。要求每當(dāng)電子收款機(jī)上完成一筆銷售時(shí)，收集其銷售明細(xì)數(shù)據(jù)，將其交由稅控器記錄統(tǒng)計(jì)，并將稅控器依據(jù)銷售明細(xì)數(shù)據(jù)生成的稅控碼添加到銷售小票上，以此來表示此筆銷售已被稅務(wù)機(jī)關(guān)記錄。本文所討論的便是一種從電子收款機(jī)采集稅源數(shù)據(jù)即銷售明細(xì)數(shù)據(jù)的解決方案。

因?yàn)殡娮邮湛顧C(jī)使用的操作系統(tǒng)有很多種，對于不同操作系統(tǒng)采集稅源數(shù)據(jù)的方案都有所不同。本文具體討論Linux 操作系統(tǒng)下使用并口打印機(jī)的電子收款機(jī)的稅源數(shù)據(jù)采集方案，使用串口打印機(jī)的情形亦可參照。Windows 操作系統(tǒng)下的采集方案請查閱參考文獻(xiàn)。

2 方案設(shè)計(jì)

Linux 系統(tǒng)將打印機(jī)設(shè)備視為文件，通過對該文件的寫操作來實(shí)現(xiàn)打印功能。通常情況下，對文件系統(tǒng)的監(jiān)控是通過系統(tǒng)調(diào)用劫持來實(shí)現(xiàn)的。但是1) Linux 2.6 版本之后的內(nèi)核，系統(tǒng)調(diào)用表的地址已經(jīng)不能導(dǎo)出，系統(tǒng)調(diào)用劫持的實(shí)現(xiàn)難度加大;2) 劫持 sys_write 系統(tǒng)調(diào)用后，所有的文件寫入操作都會被劫持，對系統(tǒng)的性能有較大影響;3) 修改后的打印數(shù)據(jù)必須存入銷售軟件進(jìn)程的用戶內(nèi)存空間，才能調(diào)用文件驅(qū)動模塊write 函數(shù)將其打印出來。而侵入銷售軟件進(jìn)程將大大降低系統(tǒng)的獨(dú)立性和可靠性。

基于以上考慮，選擇了通過修改內(nèi)核打印驅(qū)動模塊來實(shí)現(xiàn)對電子收款機(jī)上銷售小票打印數(shù)據(jù)的截獲。

然而設(shè)備驅(qū)動運(yùn)行于內(nèi)核態(tài)，具有很大的局限性，如不能在終端上打印、不能做大延時(shí)的操作、不能使用C 的庫函數(shù)等等，難以滿足稅源數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的功能需要。所以需要一個(gè)用戶態(tài)的守護(hù)進(jìn)程常駐內(nèi)存，對內(nèi)核態(tài)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。

這樣整個(gè)稅源數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可以分為如下兩個(gè)部分：

1)內(nèi)核空間

在 Linux 并口打印驅(qū)動模塊中增加一個(gè)攔截函數(shù)，替換原有的lp_write 函數(shù)，負(fù)責(zé)將打印數(shù)據(jù)發(fā)送給用戶態(tài)的守護(hù)進(jìn)程，并在收到守護(hù)進(jìn)程返回的新的打印數(shù)據(jù)之后，將其打印出來。

2)用戶空間

實(shí)現(xiàn)一個(gè)常駐內(nèi)存的用戶態(tài)守護(hù)進(jìn)程，負(fù)責(zé)接收內(nèi)核截取到的打印數(shù)據(jù)，并在進(jìn)行處理后回送給內(nèi)核。

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圖 1 Linux 電子收款機(jī)稅源數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)框架圖

3 關(guān)鍵實(shí)現(xiàn)技術(shù)

實(shí)現(xiàn)上述設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在于解決“內(nèi)核態(tài)與用戶態(tài)的進(jìn)程間通信”、“攔截并口打印驅(qū)動的write 操作”、“打印進(jìn)程的阻塞及喚醒”三個(gè)問題。

3.1 內(nèi)核態(tài)與用戶態(tài)的進(jìn)程間通信

本方案這種分為內(nèi)核空間和用戶空間兩部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，首先需要解決的就是內(nèi)核態(tài)與用戶態(tài)的進(jìn)程間通信(interprocess communicatiON, IPC)。而在各種IPC 方法中，最適合此處設(shè)計(jì)需要的就是netlink socket 技術(shù)。

Netlink socket 最早出現(xiàn)于Linux 2.2 版的內(nèi)核中，并在2. 4 版以后的版本中作為主要的內(nèi)核與用戶空間的通信方式而被廣泛使用。相對于系統(tǒng)調(diào)用、ioctl 以及proc 文件系統(tǒng)等IPC方法而言，它具有簡單易用、異步通信(適合大數(shù)據(jù)傳輸)、無編譯依賴(可模塊實(shí)現(xiàn))、支持多播、支持內(nèi)核發(fā)起會話等優(yōu)點(diǎn)。其中“異步通信、無編譯依賴、支持內(nèi)核發(fā)起會話”

這三點(diǎn)正是本系統(tǒng)需要的關(guān)鍵特性，也是選用該技術(shù)的最主要原因。

Netlink socket 的通信依據(jù)是一個(gè)對應(yīng)于進(jìn)程的標(biāo)識，一般定為該進(jìn)程的ID。當(dāng)通信的一端處于中斷過程時(shí)，該標(biāo)識為0。當(dāng)使用netlink socket 進(jìn)行通信，通信的雙方都是用戶態(tài)進(jìn)程，則使用方法類似于消息隊(duì)列。但通信雙方有一端是中斷過程，使用方法則不同。Netlinksocket 的最大特點(diǎn)是對中斷過程的支持，它在內(nèi)核空間接收用戶空間數(shù)據(jù)時(shí)不再需要用戶自行啟動一個(gè)內(nèi)核線程，而是通過另一個(gè)軟中斷調(diào)用用戶事先指定的接收函數(shù)，這樣就可以保證數(shù)據(jù)接收的實(shí)時(shí)性。