嵌入式系統(tǒng)中短消息實(shí)時(shí)處理的實(shí)現(xiàn)

gsm數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信技術(shù)已得到成熟而廣泛的應(yīng)用，目前以建成的覆蓋全國(guó)的gsm數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)，是我國(guó)公眾移動(dòng)通信網(wǎng)的重要方式。它能提供話音、短消息、數(shù)據(jù)等多種業(yè)務(wù)。短消息服務(wù)是gsm網(wǎng)絡(luò)的一項(xiàng)重要業(yè)務(wù)，在遠(yuǎn)距離監(jiān)控、數(shù)據(jù)采集、gps定位、無(wú)線報(bào)警、繳費(fèi)通知、車(chē)輛調(diào)度等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。

gsm模塊通常都提供uart串行接口，因此很容易和單片機(jī)在物理層上互聯(lián)。使用符合gsm07.05和gsm07.07標(biāo)準(zhǔn)的at指令集，可以使gsm模塊方便地完成短消息接收/發(fā)送等各種操作。其通信框圖如圖1所示。

移動(dòng)設(shè)備me主要負(fù)責(zé)與gsm網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行無(wú)線通信，終端適配器ta負(fù)責(zé)me與外部終端設(shè)備te的信息交換，at指令就是在ta與te之間傳送的。te可以是pc，或者是單片機(jī)系統(tǒng)，通過(guò)at指令與me進(jìn)行信息交互?，F(xiàn)在市場(chǎng)上的gsm模塊，如tc35、falcom等，都把me和ta集成在一起，這樣整個(gè)通信就變成了te與gsm模塊之間的通信了。

一般地，gsm模塊在處理短消息時(shí)，采用一問(wèn)一答的信息交互方式，這比較符合at指令集的精神。但在實(shí)際應(yīng)用中，發(fā)現(xiàn)這種方法存在一定的缺點(diǎn)：模塊接收到短消息并存儲(chǔ)起來(lái)，用戶(hù)再用查詢(xún)方式，發(fā)送指令“at＋cmgl”或“at＋cmgr”，使短消息傳送到te，這中間會(huì)有一定的延時(shí)。另外，由于sim卡容量有限，要保證短消息及時(shí)準(zhǔn)備地接收，還要經(jīng)常刪除sim卡中的短消息，這樣多次的讀寫(xiě)操作，勢(shì)必會(huì)影響sim卡的壽命。因此，有必要進(jìn)行一些軟件設(shè)置，使短消息不通過(guò)sim卡，而直接發(fā)送至終端設(shè)備。本文給出一種在嵌入式系統(tǒng)中實(shí)時(shí)處理短消息的實(shí)現(xiàn)方法，當(dāng)移動(dòng)設(shè)備gsm模塊接收到短消息時(shí)，直接將消息轉(zhuǎn)發(fā)到終端設(shè)備，提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度和處理效率。

1 硬件接口實(shí)現(xiàn)

一般，gsm無(wú)線通信控制終端采用標(biāo)準(zhǔn)的gsm模塊進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，目前市場(chǎng)上很多，如tc35、falcom、wismo3等。它們都具備gsm無(wú)線通信的全部功能，支持gsm07.05，gsm07.07所定義的at指令集。

在本設(shè)計(jì)中，采用的gsm通信模塊為falcomc2d，單片機(jī)使用的是atmel公司的高速8位處理器atmega128。atmega128內(nèi)部集成有4kb的ram，4kb的eeprom，128kb的flash，以及2個(gè)uart串行接口等。其高速和大容量ram的特性，為處理短消息這樣的大數(shù)據(jù)包提供了便利；同時(shí)，節(jié)省了外圍器件，使得硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，提高系統(tǒng)可靠性。中文液晶屏用來(lái)顯示接收到的中英文短信。系統(tǒng)的硬件接口框圖如圖2所示。

2 系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置

短消息的發(fā)送和接收控制模式有三種：block模式、pdu模式和text模式。使用block模式需要手機(jī)生產(chǎn)廠家提供驅(qū)動(dòng)支持。目前，pdu模式已取代block模式，而text模式不支持中文。因此，為了系統(tǒng)的通用性，兼容中英文短消息的發(fā)送接收，本系統(tǒng)使用pdu模式來(lái)處理短消息。

在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)置前，先簡(jiǎn)要說(shuō)明一下短消息類(lèi)（class）的概念：根據(jù)指定存儲(chǔ)的位置，短消息分為class0－3四個(gè)類(lèi)，也可以不指定類(lèi)別（no class），由移動(dòng)設(shè)備按默認(rèn)設(shè)置進(jìn)行處理，存儲(chǔ)到內(nèi)存或者sim卡中。在tpdu的tp－dcs字節(jié)中，當(dāng)bit7－bit4為00x1、1111時(shí)，bit1－bit0指示消息所屬類(lèi)。

00——class 0，可直接顯示。

01——class 1，默認(rèn)儲(chǔ)存在me內(nèi)存中。

02——class 2，儲(chǔ)存在sim卡中。

03——class 3，可直接傳輸?shù)浇K端設(shè)備te。

默認(rèn)的短消息存在sim卡中，無(wú)類(lèi)別的短消息通常也存在sim卡中。

gsm modem一般都支持一條“at＋cnmi”指令，用于設(shè)定當(dāng)有某類(lèi)短消息到達(dá)時(shí)，如何處理它——只儲(chǔ)存在制定的內(nèi)存（易失的/非易失的）中；先儲(chǔ)存后通知te；直接轉(zhuǎn)發(fā)到te，等等。

“at＋cnmi”指令語(yǔ)法為：

at＋cnmi＝＜mode＞，＜mt＞，＜bm＞，＜ds＞，＜bfr＞

（1）＜mode＞控制通知te的方式。

0——先將通知緩存起來(lái)，再按照＜mt＞的值進(jìn)行發(fā)送。

1——在數(shù)據(jù)線空閑的情況下，通知te，否則，不通知te。

2——數(shù)據(jù)線空閑時(shí)，直接通知te；否則先將通知緩存起來(lái)，待數(shù)據(jù)線空閑時(shí)再行發(fā)送。

3——直接通知te。在數(shù)據(jù)線被占用的情況下，通知te的消息將混合在數(shù)據(jù)中一起傳輸。

（2）＜mt＞設(shè)置短消息存儲(chǔ)和通知te的內(nèi)容。

0——接受的短消息存儲(chǔ)到默認(rèn)的內(nèi)存位置（包括class 3），不通知te。

1——接收的短消息儲(chǔ)存到默認(rèn)的內(nèi)存位置，并且向te發(fā)出通知（包括class 3）。通知的形式為：

＋cmti：”sm”，＜index＞

2——對(duì)于class 2短消息，儲(chǔ)存到sim卡，并且向te發(fā)出通知；對(duì)于其他class，直接將短消息轉(zhuǎn)發(fā)到te：

＋cmt：[＜alpha＞]，＜length＞＜cr＞＜lf＞＜pdu＞（pdu模式）

或者＋cmt：＜o(jì)a＞，[＜alpha＞，]＜scts＞[，＜tooa＞，＜fo＞，＜pid＞，＜dcs＞，＜sca＞，＜tosca＞，＜length＞]＜cr＞＜lf＞＜data＞（text模式）

3——對(duì)于class 3短消息，直接轉(zhuǎn)發(fā)到te，同＜mt＞＝2；對(duì)于其他class，同＜mt＞＝1。

（3）bm、ds、bfr的含義，請(qǐng)參考相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)文檔。一般不需要去關(guān)心它們，設(shè)置為0即可。

綜合以上分析，若使短消息不經(jīng)過(guò)sim卡，直接發(fā)送至te，可以設(shè)置：

at＋cnmi＝2，2，0，0，0

但是這樣還有一個(gè)問(wèn)題，class 2的短信，還是會(huì)存入sim卡中，并發(fā)送＋cmti：”sm”，＜index＞。那么，接收程序需要處理短信通知和內(nèi)容兩種情況，增加了復(fù)雜性。如果發(fā)送方也由程序控制，可以只發(fā)no class和class 1的短信。這里選用no class的配置。pdu模式下，令tp－dcs的bit7－bit4為00x0，即可設(shè)置發(fā)送的短信為no class。通常用手機(jī)發(fā)送的短信，也是無(wú)類(lèi)別的。

通信時(shí)，發(fā)送接收雙方要統(tǒng)一短信格式。在發(fā)送方設(shè)置at＋cmgf＝0，確定短信發(fā)送格式為pdu方式。

在接收方設(shè)置：

at＋cmgf＝0 //短信接收格式為pdu方式

at＋csms＝0

如果at＋csms＝1，接收到短信時(shí)，te需在一定的時(shí)間內(nèi)發(fā)送反饋消息至模塊；若超時(shí)，＜mode＞和＜mt＞的值會(huì)強(qiáng)制復(fù)位到0。那么，再有新的短信將不能被正確處理，需要用“at＋cnmi”指令重新設(shè)置參數(shù)才行。這增加了程序處理的復(fù)雜性。at＋csms＝0時(shí)，省去了這些麻煩。

3 pdu模式下的中英文通信接收實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置好以后，當(dāng)接收到新的短信時(shí)，gsm模塊直接轉(zhuǎn)發(fā)至te的格式如下所示：

＋cmt：，23

0891683108200105f0040ba13119388742f5000850802251739120044f60597d

“＋cmt：”為短消息指示標(biāo)識(shí)，由at＋cnmi的值確定?！?3”指明該短消息pdu數(shù)據(jù)包長(zhǎng)度為23字節(jié)。第2行為十六進(jìn)制數(shù)據(jù)，總長(zhǎng)度為32字節(jié)，其中smsc地址占用9字節(jié)，其余23字節(jié)為tpdu數(shù)據(jù)。

需要指出的是，和at指令中的指令符號(hào)、數(shù)字一樣，pdu數(shù)據(jù)都是以ascii編碼的形式傳送的，比如“a”的ascii編碼為41h，“0”的ascii編碼為30h等。pdu數(shù)據(jù)包的內(nèi)容是以十六進(jìn)制表示的數(shù)據(jù)，但并不是直接向單片機(jī)傳遞十六進(jìn)制數(shù)據(jù)，而是把每一位十六進(jìn)制數(shù)以ascii編碼來(lái)發(fā)送。例如：08h會(huì)以30h（“0”），38h（“8”）的形式發(fā)送。這樣，1個(gè)字節(jié)的十六進(jìn)制數(shù)就變成2個(gè)字節(jié)的ascii碼。但是，pdu數(shù)據(jù)包中的數(shù)據(jù)字節(jié)長(zhǎng)度部分仍然是原始十六進(jìn)制字節(jié)的長(zhǎng)度，而不是變成ascii碼的字節(jié)長(zhǎng)度，這在編程時(shí)應(yīng)特別注意，否則，接收和處理數(shù)據(jù)就會(huì)不完整。單片機(jī)接收到pdu數(shù)據(jù)包數(shù)據(jù)后，必須將其恢復(fù)成十六進(jìn)制數(shù)據(jù)，其算法如下：

設(shè)a為接收的ascii碼，b為轉(zhuǎn)換后的十六進(jìn)制數(shù)。如果a＜39h，則b＝a－30h；如果a＞39h，則b＝a－30h－07h，最后把前后2個(gè)數(shù)合并為1個(gè)字節(jié)。

pdu數(shù)據(jù)包有著嚴(yán)格的定義，現(xiàn)簡(jiǎn)單介紹如下：

pdu的這種格式，層次清楚，結(jié)構(gòu)清晰，方便接收。在本系統(tǒng)中，采用usart中斷方式接收短信，充分利用了avr系列單片機(jī)指令執(zhí)行速度塊的特點(diǎn)，并在接收過(guò)程中運(yùn)用狀態(tài)機(jī)的思想，解析出短信中的發(fā)送源號(hào)碼、日期時(shí)間、數(shù)據(jù)編碼方案和用戶(hù)短信數(shù)據(jù)。接收到一個(gè)完整的pdu數(shù)據(jù)包后，中斷程序中設(shè)置接收完成標(biāo)志為1。在主程序中，檢測(cè)到接收完成標(biāo)志為1時(shí)，就根據(jù)數(shù)據(jù)編碼方案，對(duì)接收到的短信解碼并保存，并準(zhǔn)備下一條段短信的接收。如果短信到來(lái)時(shí)ta與te的數(shù)據(jù)線忙，則短信會(huì)暫時(shí)保存在ta的緩存中，等數(shù)據(jù)線空閑時(shí)再轉(zhuǎn)發(fā)至te。

在pdu模式中，發(fā)送普通的ascii字符用7－bit編碼方式，將一串7－bit字符編碼為8－bit數(shù)據(jù)，每8個(gè)字符可壓縮成7個(gè)。如果發(fā)送中文字符，則采用ucs2編碼方式，每個(gè)中文字符用16位的unicode字符表示；如果是中英文混合的短信，由于英文字符只占1字節(jié)，需要補(bǔ)0，成為16位的編碼。例如，“你好！”的unicode編碼為4f60597d0021，其中“！”的ascii碼為21h，編碼后為0021h。pdu的用戶(hù)數(shù)據(jù)段最大容量是140字節(jié)，gsm模塊發(fā)送給單片機(jī)的是280個(gè)ascii編碼。除此之外，還要接收保存發(fā)送源號(hào)碼、日期和時(shí)間等信息。由于atmega128有4kb內(nèi)部sram，為短信的接收和解碼提供了足夠的空間。這是它的一大優(yōu)勢(shì)。pdu串的用戶(hù)信息長(zhǎng)度tpudl，在7－bit編碼時(shí)，指原始短消息的字符個(gè)數(shù)，而不是編碼后的字節(jié)數(shù)；在ucs2編碼時(shí)，指編碼后的十六進(jìn)制字節(jié)數(shù)，因?yàn)?個(gè)字符用2個(gè)字節(jié)表示，所以經(jīng)ucs2編碼后，字節(jié)數(shù)等于原始短消息字符數(shù)的2倍。

pdu模式下可以發(fā)送中英文短信，但是對(duì)英文字符和數(shù)字的7－bit編碼/解碼比較復(fù)雜，如果只需要發(fā)送和接收純英文字符和數(shù)字字符，最好采用text方式。

3.1 7－bit用戶(hù)數(shù)據(jù)解碼

7－bit數(shù)據(jù)解碼時(shí)，將源數(shù)據(jù)每7個(gè)字節(jié)分為一組，解碼成8個(gè)字符。基本自然是：將第n個(gè)字節(jié)左移n位，再加上前一字節(jié)的剩余數(shù)據(jù)，即第（n－1）個(gè)字節(jié)右移（8－n）位的數(shù)值，屏幕最高位，即得到一目標(biāo)字符數(shù)據(jù)，n＝0…6。第7個(gè)字節(jié)右移1位就得到解碼后的第8個(gè)字符數(shù)據(jù)。

3.2 中文字符解碼

短消息的中文字符采用unicode 編碼，占用2字節(jié)，不是目前國(guó)內(nèi)常用的gb－2312編碼，為了能夠在帶有g(shù)b－2312漢字庫(kù)的液晶上顯示，還需要進(jìn)行中文編碼的轉(zhuǎn)換。

基本思想就是建立unicode和gb－2312兩個(gè)中文編碼表，通過(guò)查找實(shí)現(xiàn)相互轉(zhuǎn)換。具體過(guò)程這里不再敘述。請(qǐng)參考文獻(xiàn)[1]。

結(jié)語(yǔ)

上述介紹的在嵌入式系統(tǒng)中，實(shí)時(shí)接收處理短消息的設(shè)計(jì)方案，已在車(chē)載gsm－gps系統(tǒng)上應(yīng)用。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的操作使用，系統(tǒng)工作穩(wěn)定，用戶(hù)反映良好。