基于uBASE-Ⅲ系統(tǒng)的短信通信程序開發(fā)

隨著嵌入式及通信技術(shù)的發(fā)展，移動(dòng)手持設(shè)備出現(xiàn)在很多應(yīng)用場合，比如天然氣公司開始采用智能化的方式來管理用戶的用氣情況，如何在服務(wù)端和表具終端間進(jìn)行通信，成為系統(tǒng)的主要考慮因素。本文對系統(tǒng)進(jìn)行需求分析后，以移動(dòng)手持設(shè)備進(jìn)行小規(guī)模通信為出發(fā)點(diǎn)，提出使用短信通信的方式來解決這一問題的方法。這種方式不僅使通信質(zhì)量能夠得到保證，而且價(jià)格合理，易于操作員來管理和維護(hù)，是一種行之有效的通信方式。

1研究背景及系統(tǒng)框架

短信通信示意圖如圖1所示。PC機(jī)表示服務(wù)器端運(yùn)行程序的平臺(tái)，是操作員對表具和手持設(shè)備操作的環(huán)境；表具表示天然氣表具，在里面配置了接收命令的固化程序；手持設(shè)備表示本論文研究的平臺(tái)，是短信通信程序運(yùn)行環(huán)境的主要部分。三者之間均可進(jìn)行通信，它們之間已經(jīng)有完整的命令幀格式，下面討論如何設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)這樣的通信子系統(tǒng)，而不研究具體的命令幀格式，假定是在統(tǒng)一的幀格式下完成的。

現(xiàn)場操作員需要設(shè)備有與表具進(jìn)行通信的功能，能夠測試表具的通信狀況。因此，需要解決的主要有以下幾個(gè)問題：圖1短信通信示意圖①選取合適的手持設(shè)備，能夠有運(yùn)行短信通信程序的基本硬件配置（需要配備GPRS模塊）。

②選取合適的嵌入式操作系統(tǒng)，保證程序的穩(wěn)定運(yùn)行。

③如何進(jìn)行有效的收發(fā)短信來完成通信功能，以測試表具的通信狀況。

④需要有對文件操作的支持，操作員是需要上傳和保存文件的。

嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)既要實(shí)現(xiàn)程序的功能性，也要選取特定的硬件平臺(tái)，嵌入式系統(tǒng)是為了完成某一項(xiàng)或有限項(xiàng)功能，系統(tǒng)功能可以根據(jù)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)要求進(jìn)行裁剪、調(diào)整［1］。并具體闡述了選取硬件設(shè)備與完成程序的功能。

2系統(tǒng)軟硬件環(huán)境

2.1硬件平臺(tái)

NLS－PT850是新大陸公司的一款基于嵌入式處理器的智能手持設(shè)備，它的基本硬件配置為ARM7處理器、32位RISC、74MHz頻率以及標(biāo)準(zhǔn)手機(jī)鍵盤和掃描儀；內(nèi)存為8MRAM、2MNORFlash和32MNandFlash（可擴(kuò)展至128M）。上面搭載uBASE－III嵌入式實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)。嵌入式硬件設(shè)備的考慮應(yīng)該完全滿足目標(biāo)系統(tǒng)的圖2手持設(shè)備硬件結(jié)構(gòu)框圖要求，在功能上很容易滿足，但是在性能上，尤其是在功耗上應(yīng)最適合系統(tǒng)，而不是越充分越好。

手持設(shè)備硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。

該手持設(shè)備配備了GPS模塊，具有SIM卡接口，存儲(chǔ)容量合適，程序下載方便，因此選取該設(shè)備來作為短信通信系統(tǒng)的硬件平臺(tái)。

2.2uBASE－III嵌入式操作系統(tǒng)

uBASE－III是一個(gè)嵌入式實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)，主要有多任務(wù)內(nèi)核模塊、內(nèi)存管理模塊、文件系統(tǒng)、設(shè)備管理模塊、應(yīng)用程序管理模塊等［2］。uBASE－III之所以在很多嵌入式設(shè)備上廣泛使用，有一個(gè)很重要的原因是它提供了一個(gè)C＋＋類庫“UFCL（ubaseFoundationClassLibrary）”。

另外，它還提供了大量的API，供程序員調(diào)用。這里選取該嵌入式操作系統(tǒng)的原因是它支持文件操作和短信通信。

文件系統(tǒng)用于文件操作，將程序中的相關(guān)數(shù)據(jù)以二進(jìn)制文件的形式存放在Flash存儲(chǔ)器中。uBASE－III采用了zfile2.0文件系統(tǒng)，zfile2.0是專為嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的Flash文件系統(tǒng)，常用的函數(shù)有：◆打開一個(gè)文件以便讀寫其內(nèi)容ZFILE＊zfopen（constchar＊filename，constchar＊pmode）；◆從當(dāng)前文件指針位置開始寫入size＊count個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)intzfwrite（constvoid＊buf，intsize，intcount，ZFILE＊stream）；◆從當(dāng)前文件指針位置讀入size＊count個(gè)字節(jié)intzfread（void＊buf，intsize，intcount，ZFILE＊stream）；◆關(guān)閉打開的文件intzfclose（ZFILE＊stream）；uBASE－III系統(tǒng)對文件的支持相比其他環(huán)境也有一些不足之處，在嵌入式設(shè)備上使用文件操作有很多的限制，比如uBase－III的文件系統(tǒng)僅有單層目錄結(jié)構(gòu)，即不能創(chuàng)建子目錄、文件系統(tǒng)API，不區(qū)分文本模式和二進(jìn)制模式的概念，都當(dāng)作是二進(jìn)制模式。

短信通信是這樣定義的：uBASE－III提供了一套短消息編程接口“SMS＿API”，它是通過向連接在主機(jī)串行端口上的GSMModem（或籠統(tǒng)地稱為“移動(dòng)設(shè)備（ME）”）發(fā)出AT命令來完成短消息的發(fā)送、接收，以及對移動(dòng)設(shè)備的其他相關(guān)操作的。該編程接口內(nèi)部使用PDU（Protocol DescriptionUnit）格式與ME交換短消息的內(nèi)容，也就是說，在AT命令的接口層來看，短消息是使用PDU報(bào)文來表示的，PDU報(bào)文是由許多字段組成的，不同的字段描述了短消息的不同屬性。該編程接口使用SSmInfo結(jié)構(gòu)體來描述PDU的各個(gè)字段，用戶通過設(shè)定SSmInfo的不同成員來指定所要發(fā)送短消息的各種“屬性”，同樣，用戶也是通過SSmInfo的各個(gè)成員來獲取編程接口所讀取到的短消息的詳細(xì)信息的［3］。SMS＿API提供了如下幾大類操作：◆GSMOpen（）：打開GSM設(shè)備；◆InitSms（）：根據(jù)相應(yīng)參數(shù)初始化設(shè)備；◆SendOrWriteSm＿1Sm（）：發(fā)送短信，支持中文和英文。

這些接口函數(shù)是在該系統(tǒng)上編寫應(yīng)用程序的基礎(chǔ)，尤其是該系統(tǒng)中，GSM短信模塊和文件相關(guān)操作是主要內(nèi)容。

3系統(tǒng)軟件開發(fā)

3.1短信通信程序開發(fā)示例

圖3為短信通信系統(tǒng)主程序流程，系統(tǒng)在登錄后就處于收發(fā)短信的狀態(tài)中。

可以將主程序中的短信分為兩部分，前臺(tái)為操作員提供短信編輯命令，發(fā)送短信主要函數(shù)如下：intSendSms（char＊strPhoneAddr，unsignedchar＊pMessage，int msgBytes）｛SSmInfosmi＝｛0｝，＊pSmi＝＆smi；strcpy（（char＊）smi.Addr＿M(jìn)S，（char＊）strPhoneAddr）；inti，errcode；for（i＝0；i＜5；i＋＋）｛//這里需要端口號、發(fā)送方式、SSmInfo對象、短信內(nèi)容、//有效字節(jié)數(shù)和編碼方式errcode＝SendOrWriteSm＿1Sm（g＿ComPort，CMD＿CMGS，pSmi，（Uint8＊）pMessage，msgBytes，BITS＿DCS＿DEF＿ALPHABET）；if（errcode＝＝0）｛return0；｝return1；｝圖3短信通信系統(tǒng)主程序流程后臺(tái)用于接收短信，進(jìn)行處理后通常會(huì)對文件繼續(xù)操作。這部分的難點(diǎn)在于如何設(shè)置短信通知格式，如何在后臺(tái)運(yùn)行處理短信和寫回文件部分程序，并且要對前臺(tái)的用戶作出提示。因此這里用到了uBASE－III提供的多線程技術(shù)，讓處理短信的主要函數(shù)工作在后臺(tái)線程，有短信到來自動(dòng)會(huì)處理“＿thread＿checkUnreadSm（）”函數(shù)，列出“未讀短信”，轉(zhuǎn)到處理部分。這樣就避免了在主程序中對“未讀短信”的輪詢，避免了處理器處于一種資源浪費(fèi)且效率并不高的模式。函數(shù)代碼如下：staticint＿thread＿checkUnreadSm（void＊param）｛RE＿CODEerrcode＝0；errcode＝ListSm（g＿ComPort，MSGSTAT＿RECUNREAD，s＿SmNotify，NULL，NULL，NULL）；returnerrcode；｝其中“ListSm（）”函數(shù)是短信模塊提供的API，供程序員直接調(diào)用，可以列出各種格式的短信，具體方式和其他函數(shù)可以參考相關(guān)文檔。

3.2文件操作示例

在操作員對表具進(jìn)行測試的時(shí)候，需要先上傳“操作員數(shù)據(jù)”（用于存放操作員的用戶名和密碼）、“移動(dòng)設(shè)備參數(shù)”，同時(shí)在程序運(yùn)行過程中還會(huì)產(chǎn)生“通信命令幀核銷數(shù)據(jù)”等文件，如何合理組織這些文件的結(jié)構(gòu)和訪問方式是本系統(tǒng)中又一重點(diǎn)內(nèi)容，因?yàn)檫@些文件中的某些項(xiàng)是互相有關(guān)聯(lián)的，并不完全獨(dú)立。因此最核心的問題就是如何定義文件的結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)確定了，程序的操作方式也就確定了。

拿“通信命令幀核銷數(shù)據(jù)”舉例，它里面包括了流水號、設(shè)備號、操作碼、幀順序號、核銷狀態(tài)和命令幀，后面的操作要依賴于其中的所有項(xiàng)，因此采用了定義結(jié)構(gòu)體的方式，將上面的基本項(xiàng)封裝起來，以結(jié)構(gòu)體為基本單位去實(shí)現(xiàn)文件的操作。文件采用TXT格式，便于創(chuàng)建和導(dǎo)出。文件操作代碼如下：intDeleteFrameVerifyInfo（intindex）｛UEnterMutex（g＿mtxFrameVerifyOP，TIMEOUT＿INFINITE）；……//相關(guān)處理函數(shù)ULeaveMutex（g＿mtxFrameVerifyOP）；return0；｝其中有一點(diǎn)要注意，多線程持有同一文件句柄進(jìn)行讀寫操作是允許的，文件系統(tǒng)內(nèi)部代碼會(huì)將不同線程的讀寫操作串行化。因此，在對文件進(jìn)行讀寫操作時(shí)，要注意互斥問題。

結(jié)語

嵌入式操作系統(tǒng)在如今很多工業(yè)領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用，它的優(yōu)勢往往在于內(nèi)核可裁剪，體積小，應(yīng)用在嵌入式設(shè)備上功耗低。本文就從移動(dòng)手持設(shè)備通信引申，以uBASE－III系統(tǒng)和NLS－PT850設(shè)備為實(shí)例，著重從短信通信方式和文件操作兩個(gè)方面來講解短信通信的嵌入式軟件開發(fā)的流程和方法。該示例程序在目標(biāo)設(shè)備上可穩(wěn)定運(yùn)行，通信狀況良好，可以作為移動(dòng)手持設(shè)備短信通信的一個(gè)解決方案。