基于開源軟件的嵌入式網絡打印服務器

　　引 言

　　目前常用的打印機有兩種接口形式：USB口和Eth-ernet網口。由于價格相對較低，USB口的打印機更為普遍。USB口打印機不能獨立工作，必須依附于一臺主機。為了在一個局域網環境中共享使用一臺USB口打印機，需要為該打印機配備一臺服務器，然后通過共享設置實現打印機的網絡共享。這種方式有幾個方面的缺陷：需要占用一臺服務器資源；耗電；容易中毒導致無法正常打印；由于長時間不間斷運行，出現故障的概率高，導致無法打印；占用辦公空間。

　　隨著嵌入式處理器主頻的不斷提高，設計專門的嵌入式網絡打印服務器已經成為共識。HP等很少的幾家打印機公司在幾年以前就推出了這樣的嵌入式設備，但基本上都只針對本公司特定的幾種打印機，無法做到通用。很多文獻，如參考文獻[1]、[2]中提到的設計方案不夠具體。基于這些情況，設計并實現了一款基于Linux的嵌入式網絡打印服務器，硬件設計簡單，軟件完全開源，只要有Linux下的打印驅動，就可以支持。

　　1 總體方案設計

　　要把USB口打印機連人網絡，有兩種設計方案，一種是使用USB／以太網協議轉換器，另一種是設計一個帶有USB口和以太網網口(包含操作系統)的嵌入式設備。盡管協議轉換器軟硬件簡單，但不支持多用戶同時并發打印，也就無法實現共享打印的要求。

　　1．1 硬件設計

　　筆者是在中科院計算所自主研制基于龍芯1號核的“聚芯SoC”1000C上實驗的，主頻266 MHz。作為產品，只需要提供電源接口、USB口和以太網口。調試階段，增加串口和JTAG調試接口。考慮到多用戶并發打印的負載和實際測試效果，因為移植的開源軟件有很多依賴庫，所占空間較大，故選用的是1 GB容量的Flash。打印過程中，打印文件在內存中緩存，為了應對較大的打印文件和提高運行速度，建議選擇256 MB以上的SDRAM。嵌入式網絡打印服務器硬件結構框圖如圖1所示。

　　1．2 軟件設計

　　軟件設計是整個系統設計的重點，也是難點。在設計思想上，強調盡可能使用開源軟件，主要是為了縮短研發周期并能保證打印系統的可靠性和穩定性。操作系統選擇目前主流的Linux操作系統。Linux操作系統下的打印控制系統根據打印機的命令方式，分為文本打印機、Post-Script打印機和其他種類。文本打印機不需要驅動程序，就可以直接用cat命令驅動打印機，但只能打印英文，已很少使用。PostScript(簡稱PS)是一種繪圖能力很強的解釋性腳本語言，由Adobe公司制定。它因占用系統資源少，處理過程標準化與設備無關而被廣泛應用。直接支持PostScript的打印機通常都是比較高級的辦公打印機，對于這類打印機來說，PS語言是它們和計算機之間溝通的最簡便的方式，應用程序可以將生成的PS文檔直接發給打印機打印。但大多數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，這類打印機只能識別各廠家自己的指令集。

　　因此，必須采取一種機制，把PostScript格式轉換成打印機能夠識別的命令格式，而GhostScript程序就是用來完成這個工作的。Ghostscript將PostScript轉換成各種打印機能夠識別的格式。

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

　　為了讓不同的作業在打印的時候不產生沖突，就需要一個打印管理程序。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換為PostScript，如果需要，則調用相應的應用程序進行轉換；通過PPD文件來判斷Ghost-Script應使用何種驅動處理此PostScript文件；把Ghost-Script處理的結果輸出到打印設備上。

　　在打印管理程序和Ghostscript之間，通常還安裝一種統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用Ghostscript程序，從而把PostScript作業轉換成PPD文件描述的打印機自身能夠識別的格式。

　2 幾個關鍵問題

　　2．1 軟件的交叉編譯

　　由前面的分析可知，打印服務器需要的開源軟件支持，為了運行于嵌入式Linux環境，需要對它們一一進行交叉編譯。通常的編譯方法是在宿主機上進行，筆者在反復實驗后不得不放棄，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板上進行，雖然速度較慢，但可以及時發現缺少的包。此編譯過程大約需要一周的時間。

　　①CUPS的編譯與安裝：

　　2．2 CGI程序的編寫

　　嵌入式網絡設備通常都提供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()函數新增函數do_modify_ip，此函數的功能為讀取IP地址所在的配置文件，將IP地址、子網掩碼、默認網關等顯示在頁面文本框中，允許修改，提交修改時該函數將新的參數覆蓋原配置文件中舊的參數。為實現這一功能，主要用到了CUPS提供的文件操作函數cupsFileGets、cupsFi-leOpen、cupsFilePrintf，和有關CGI變量的讀寫函數cgiGetVariable、cgiSetVariable和界面的顯示函數cgiStartHTM如IP地址L(title)、cgiCopyTemplateLang("error_ip．tmpl")、cgiEndHTML()。有關文件的讀寫操作，可參照CUPS目錄下的testfile．c文件。

　　2．3 界面和提示語言漢化

　　CUPS支持多國語言版本，如果漢化，需要對界面標識、提示、按鈕等全面進行漢化，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照信息。更詳細的信息可參考CUPS運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配置與調試

　　編輯／etc／cups／cupsd．conf在Location選項中添加容許訪問的網段。為簡單起見，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'!)”錯誤。另外，要將防火墻中對631端口的訪問控制去掉，否則將提示打印服務器忙。在CUPS調試過程中，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，極大地方便了調試，也可借助網絡抓包程序輔助調試。在確認打印機能夠工作之前，暫不要通過網絡方式驅動打印機，可用命令行的方式添加、使能并測試打印機是否工作正常。由于沒有成熟的文檔，過程比較艱辛。

　　CUPS啟動后，可通過瀏覽器方式管理打印機。連接好打印機，進入web管理界面，找到“Add printer”。選擇正確的驅動程序，如果所連接打印機的驅動程序不存在，則必須手工添加驅動程序。添加完成后，可以打印測試頁看看打印機是否可以正常工作。

　　3 客戶端連接

　　3．1 Windows客戶端

　　在添加打印機時，選擇添加的打印機類型為“網絡打印機”，在URL中輸入http://printer_server_ip：631／printers／printer_name，其中printer_server_ip為CUPS打印服務器的IP地址，631為CUPS服務端口，printer_name為已添加的打印機的名稱。如果提示URL錯誤，請修正后再試，最后提供Windows下相應的打印機驅動即可。如果出現連接異常，建議關閉XP的防火墻服務(盡管理論上不受其影響)；也可以使用samba服務來共享打印機，這是最常規的做法，只需配置samba服務，將打印機共享。在客戶端通過IP搜索，一般能夠找到打印服務器。

　　3．2 Linux客戶端

　　對于已聯網并且安裝了CUPS的Linux客戶端來講，能夠自動檢測到網絡中采用CUPS管理的打印機。因此，只需要找到菜單(RedHat Enterprise Server)“系統→首選項→更多首選項→默認打印機”或(fedora)“桌面→首選項→更多首選項→默認打印機”，將彈出網絡上所有已存在的打印機，選擇其中的某一在線打印機作為默認打印機即可。如果Linux客戶端沒有安裝CUPS，則需要手工去添加打印機。

　　結 語

　　本文設計并實現的打印服務器完全使用開源軟件，擴展性強，只要能夠找到Linux下的驅動程序源碼，就能夠輕松加入到打印服務器的支持列表中。給出的http打印方式相比samba而言有三個方面的優勢，配置簡單，使用安全，可以跨網段打印。打印服務器調試過程中的主要技術問題都已包含在本文中，經實際反復測試，打印效果良好，完全實用。