一種基于嵌入式系統(tǒng)的增值服務(wù)技術(shù)的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)

然后，SP按照CMPP協(xié)議從ISMG接收到關(guān)于此短信息的所有必要信息（如MS的手機(jī)號碼，MS點(diǎn)播的服務(wù)代碼等等）后把該條短信息的相關(guān)數(shù)據(jù)傳給SP內(nèi)嵌的接入模塊，然后接入模塊通過TCP/IP發(fā)送到增值服務(wù)系統(tǒng)網(wǎng)關(guān)，由網(wǎng)關(guān)解析這些信息并重新編碼，再發(fā)送到PSTN（Public Switched Telephone Network公共開關(guān)電話網(wǎng)絡(luò)），最后由嵌入式系統(tǒng)從PSTN接收到該條短信息的所有信息，并顯示在它的LCD上。至此完成了由MS到嵌入式系統(tǒng)的短信息通信，而由嵌入式系統(tǒng)到MS的短信息通信過程也是類似的^[4]。

下面，將針對系統(tǒng)各部分的每個功能模塊逐一地進(jìn)行介紹，并詳細(xì)地敘述它們?nèi)绾?a class="contentlabel" href="http://www.ex-cimer.com/news/listbylabel/label/實(shí)現(xiàn)">實(shí)現(xiàn)的。

3． 嵌入式系統(tǒng)部分

3.1 嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn)和開發(fā)背景

許多嵌入式系統(tǒng)都有串口和LCD，這樣就能夠通過編程與外界通信并顯示信息，但由于嵌入式系統(tǒng)的存儲器容量比較小，在上面開發(fā)程序必須要注意節(jié)約存儲器的使用。此次所用的嵌入式系統(tǒng)是由臺灣研發(fā)的網(wǎng)絡(luò)信息電話，使用的是8051系列的芯片，擁有兩個串口，其中一個與內(nèi)置的Modem相連，可以與外界通信，此外還有一個128*64的LCD可以用來顯示接收到的短信息，一個鍵盤用來輸入要發(fā)送的短信息內(nèi)容。整個嵌入式系統(tǒng)部分的開發(fā)是建立在底層的串口，LCD以及鍵盤的API都已經(jīng)由這家臺灣公司提供了的基礎(chǔ)上。

3.2 Modem的AT指令簡介

AT指令為所有調(diào)制解調(diào)器制造商所使用的一個調(diào)制解調(diào)器命令語言。只要用連接線把串口和Modem連接起來，使得可以通過串口向Modem進(jìn)行輸入，就可以讓Modem與Modem之間通過使用AT指令經(jīng)PSTN進(jìn)行通信的。這是由于Modem有兩種工作模式：指令模式與數(shù)據(jù)傳輸模式。

3.3 Modem通訊模塊

表1 Modem通訊模塊的自定義幀

Modem通訊模塊是嵌入式系統(tǒng)部分的主體，它負(fù)責(zé)與外界（其它的Modem）進(jìn)行通訊。由于Modem之間的傳輸是連續(xù)的字節(jié)流，因此必須要定義一些建立在數(shù)據(jù)鏈路層上的幀，才能夠把實(shí)際要傳輸?shù)拿總€數(shù)據(jù)包從連續(xù)的字節(jié)流中區(qū)分出來。如表1所示，DLE STX和DLE ETX都是自定義的常量，數(shù)值是十六進(jìn)制數(shù)的10 02和10 03，分別代表著一個幀的開始與結(jié)束。如果一個幀的內(nèi)容中有這兩個常量，那么可以在發(fā)送此幀時插入一個DLE，如10 02插入DLE后變?yōu)?0 10 02，接收此幀時，遇到連續(xù)的10 10就檢查是否緊跟著02，如果是就刪除中間的10，這樣就既可以接收到正確的數(shù)據(jù)，又避免了從字節(jié)流中不能正確地截取幀。類型字段有兩種可能值：一種是DATA，即數(shù)據(jù)幀，代表此幀傳輸?shù)氖菙?shù)據(jù)；一種是ACK，即確認(rèn)幀，代表此幀是對已收到某一數(shù)據(jù)幀的確認(rèn)。幀序號是標(biāo)志該幀的唯一標(biāo)志，發(fā)送過程中不斷遞增，達(dá)到最大值后可以循環(huán)使用。由于手機(jī)短信息的英文長度可以長達(dá)160個字節(jié)（中文為140個字節(jié)），所以內(nèi)容字段規(guī)定為160個字節(jié)。對于數(shù)據(jù)幀，內(nèi)容字段存放短信息的內(nèi)容；對于確認(rèn)幀，內(nèi)容字段存放它所指明的已收到數(shù)據(jù)幀的幀序號。

當(dāng)Modem通訊模塊接收到從MS發(fā)來的短信息時，只是簡單地發(fā)送確認(rèn)幀。當(dāng)Modem通訊模塊發(fā)送短信息到MS時，它把一個數(shù)據(jù)幀發(fā)送到目的端Modem，然后等待對此數(shù)據(jù)幀的確認(rèn)幀的返回，如果超過一定的時間還沒有收到返回，Modem通訊模塊將會重發(fā)此數(shù)據(jù)幀，重發(fā)超過一定的次數(shù)就放棄發(fā)送此數(shù)據(jù)幀。如果在等待確認(rèn)幀的返回時，有新的數(shù)據(jù)幀需要發(fā)送，那么將會允許發(fā)送一定數(shù)量的數(shù)據(jù)幀，超過這個數(shù)量以后就不再發(fā)送，直到有對之前發(fā)送幀的確認(rèn)幀返回。

4． 增值服務(wù)系統(tǒng)網(wǎng)關(guān)部分

4.1 功能簡述

圖2 增值服務(wù)系統(tǒng)網(wǎng)關(guān)

增值服務(wù)網(wǎng)關(guān)的主要作用是在PSTN和Internet（數(shù)據(jù)通過TCP/IP傳送）之間進(jìn)行數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)。因此定義了兩種類：Frame與ShortMessage。在內(nèi)部，Modem通訊模塊與協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊之間傳送的對象是Frame，TCP/IP通訊模塊與協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊之間傳送的對象是ShortMessage，F(xiàn)rame與ShortMessage之間通過協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊來互相轉(zhuǎn)換。所以網(wǎng)關(guān)的功能就是解析從PSTN收到的包含短信息內(nèi)容的Frame后重新編碼為ShortMessage再發(fā)送到TCP/IP，或者解析從TCP/IP收到的包含短信息內(nèi)容的ShortMessage后重新編碼為Frame再發(fā)送到PSTN。網(wǎng)關(guān)中所有模塊的活動都通過調(diào)用日志模塊提供的接口來進(jìn)行日志的記錄。由于協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊的實(shí)現(xiàn)比較簡單，而網(wǎng)關(guān)的Modem 通訊模塊跟嵌入式系統(tǒng)的Modem通訊模塊的設(shè)計思想是相似的，不同的只是網(wǎng)關(guān)的Modem 通訊模塊調(diào)用的是Sun提供的Java的串口API，屏蔽了很多底層的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)，在開發(fā)中更加容易使用。因此下面只對TCP/IP通訊模塊和日志模塊進(jìn)行說明。

4.2 TCP/IP通訊模塊

本模塊中數(shù)據(jù)包的確認(rèn)/重發(fā)機(jī)制與Modem通訊模塊的策略類似。為了提高工作效率，可以在該模塊內(nèi)建立兩個隊列緩沖區(qū)：發(fā)送隊列和接收隊列，用來存放暫時還沒有被發(fā)送出去或剛剛接收到的ShortMessage類對象。

發(fā)送時有兩種策略：長連接和短連接^[5]。長連接即在與遠(yuǎn)程主機(jī)第一次建立連接后，就一直保持連接，這樣有數(shù)據(jù)要發(fā)送時可以隨時發(fā)送；短連接即有數(shù)據(jù)發(fā)送時才建立連接，發(fā)送完畢后馬上斷開連接，直到下次有數(shù)據(jù)來到再重新建立連接。長連接的不足之處在于當(dāng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障時，之前建立的連接會被破壞導(dǎo)致無法發(fā)送數(shù)據(jù)，還有就是長期占用網(wǎng)絡(luò)資源。短連接的最大缺點(diǎn)是當(dāng)要發(fā)送的數(shù)據(jù)量較多時，建立連接過于頻繁，在建立連接上的開銷太大，但是每次使用新的連接對比起長連接來說較為可靠。本文所提到增值服務(wù)系統(tǒng)中的所有TCP/IP通訊模塊的發(fā)送均采用短連接的策略。

接收時的策略是生成一個主線程不斷監(jiān)聽端口上的數(shù)據(jù)，如果有新的數(shù)據(jù)來到，則產(chǎn)生一個新的子線程來處理此次數(shù)據(jù)，處理完后該子線程自動終止，而主線程則繼續(xù)監(jiān)聽。具體實(shí)現(xiàn)框架如下：

while(true)//主線程run方法體內(nèi)

{

Socket sock = serverSocket.accept();//監(jiān)聽數(shù)據(jù)

Thread childThread = new Thread(sock);

childThread.start();//啟動子線程處理此次數(shù)據(jù)

}

4.3 日志模塊

日志對于任何一個系統(tǒng)來說都是非常重要的，通過日志文件，我們可以查看系統(tǒng)中每一個細(xì)小的活動，而且往往可以通過日志來達(dá)到調(diào)試查錯的目的。通常需要輸出到日志的信息有三種：1）正?；顒拥男畔?，比如通訊模塊接收到一個數(shù)據(jù)包，協(xié)議的一次轉(zhuǎn)換等等；2）發(fā)生錯誤的信息，比如由于網(wǎng)絡(luò)故障，接收的數(shù)據(jù)包格式不正確而解析失敗等等；3）調(diào)試的信息：系統(tǒng)處于開發(fā)階段時，開發(fā)人員用來定位錯誤的信息，這種信息在開發(fā)完成后則不應(yīng)再輸出到日志中，但是仍然應(yīng)該在程序中保留相關(guān)的語句，因?yàn)橄到y(tǒng)很有可能在未來被發(fā)現(xiàn)有問題，而不得不改進(jìn)程序和再次調(diào)試。

可以建立一個類LogManager來實(shí)現(xiàn)日志模塊的功能。該類需要提供三個靜態(tài)方法的接口，它們分別對應(yīng)著上述需要輸出到日志的信息的三種情況，分別是：1）LogManager.log(String info)對應(yīng)正常活動的輸出；2）LogManager.error(String info)對應(yīng)發(fā)生錯誤時的輸出；3）LogManager.debug(String info)對應(yīng)調(diào)試的輸出。三種接口輸出到日志文件時應(yīng)該帶有各自的標(biāo)記和輸出的時間，具體輸出效果如下：

[ LOG ][2003-08-11 11:41:56]正?；顒拥妮敵?/P>

[ERROR][2003-08-11 11:41:56]錯誤信息的輸出。

[DEBUG][2003-08-11 11:41:56]調(diào)試信息的輸出。

此外可以使用XML文件來管理日志模塊以及整個增值服務(wù)系統(tǒng)的配置，比如控制調(diào)試信息是否被輸出只需在XML配置文件中增加一個數(shù)據(jù)項(xiàng)，并在LogManager.debug(String info)方法的開頭讀取此數(shù)據(jù)項(xiàng)的值并進(jìn)行判斷，如果不需要輸出調(diào)試信息則直接退出該方法。

5． SP接入模塊部分

5.1 功能簡述

由于申請成為中國移動的SP需要一筆為數(shù)不少的資金，所以在資金不充裕的情況下，在現(xiàn)有的SP的增值服務(wù)系統(tǒng)上嵌入一個接入模塊來提供增值服務(wù)是建立一個增值服務(wù)系統(tǒng)的理想的廉價的解決方案。

接入模塊與宿主SP共同完成短信息收發(fā)的整個過程是這樣的：1）當(dāng)TCP/IP通訊模塊接收到一個ShortMessage對象后，它就轉(zhuǎn)發(fā)給數(shù)據(jù)庫存取訪問模塊，數(shù)據(jù)庫存取訪問模塊再把該對象轉(zhuǎn)為一條記錄并插入到SQL Server數(shù)據(jù)庫中，然后由宿主SP讀取該條記錄，并與ISMG交互把短信息發(fā)給MS；2）當(dāng)ISMG把一條來自MS的短信息發(fā)給宿主SP后，宿主SP就把該條短信息轉(zhuǎn)為一條記錄插入到數(shù)據(jù)庫中，再由數(shù)據(jù)庫存取訪問模塊讀取出來，并轉(zhuǎn)為一個ShortMessage對象，傳給TCP/IP通訊模塊發(fā)送到增值服務(wù)系統(tǒng)網(wǎng)關(guān)。

圖3 SP接入模塊部分

SP接入模塊的存在使得我們可以不需要理會SP與ISMG之間的任何交互，使得復(fù)雜的CMPP協(xié)議對我們不可見。從而大大降低了開發(fā)的難度，并把該模塊內(nèi)的短信息的收發(fā)變?yōu)楹唵蔚膶?shù)據(jù)庫的訪問的過程^[6]。

圖3中TCP/IP通訊模塊，日志模塊與增值服務(wù)系統(tǒng)網(wǎng)關(guān)的同名模塊的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)類似，故不再重復(fù)說明。

5.2 數(shù)據(jù)庫存取訪問模塊

此模塊的功能就是使用JDBC來訪問SQL Server 2000數(shù)據(jù)庫，從而完成短信息的收發(fā)。JDBC有多種驅(qū)動，一般來說使用數(shù)據(jù)庫廠家提供的專用驅(qū)動效率更高，這里使用的是通用的sun.jdbc.odbc.JdbcOdbcDriver^[7]。主要的操作是對兩個表進(jìn)行訪問：存放已接收的短信息的表ReceiveSMS和存放要發(fā)送的短信息的表SendSMS。這兩個表包括了源號碼，目的號碼，信息內(nèi)容，接收或發(fā)送的時間等等重要的字段，其中表ReceiveSMS還有一個字段IsRead表示該條記錄是否已經(jīng)被讀取過，0表示沒有被讀取，1表示已被讀取過。該模塊的具體運(yùn)作流程過下：1）接收短信息時讀取表ReceiveSMS中IsRead字段為0的記錄，然后把此次所有被讀取的記錄的IsRead字段置為1，表示該記錄已被讀過，并把讀出的記錄的各個字段取出，做為新構(gòu)造的ShortMessage對象的屬性值，最后把它傳給TCP/IP通訊模塊；2）發(fā)送短信息時首先從TCP/IP通訊模塊接收到一個ShortMessage類對象，并用ShortMessage對象的屬性值作為新構(gòu)造的紀(jì)錄的字段值，最后往SendSMS表中插入該條新紀(jì)錄。

6． 總結(jié)

本文通過對各個功能模塊設(shè)計中的難點(diǎn)與重點(diǎn)進(jìn)行了論述，是一種實(shí)用而有前景的增值服務(wù)應(yīng)用。

本文作者創(chuàng)新點(diǎn)：提出了一種基于嵌入式系統(tǒng)的增值服務(wù)技術(shù)的應(yīng)用的解決方案，把手機(jī)增值服務(wù)應(yīng)用到嵌入式系統(tǒng)中，使得手機(jī)能夠與嵌入式系統(tǒng)進(jìn)行短信息的交互，這樣的一種增值服務(wù)技術(shù)的發(fā)展前景將會是非常有前途的。在開發(fā)中，嵌入式系統(tǒng)的程序部分使用的開發(fā)環(huán)境是Keil C，并且已經(jīng)成功地移植到Linux平臺上。

參考文獻(xiàn)

[1] 徐愛鈞，彭秀華.單片機(jī)高級語言C51 Windows環(huán)境編程與應(yīng)用[M] .北京：電子工業(yè)出版社，2001，11-13.

[2] 胡大可，李培弘，方路平.嵌入式開發(fā)專家――基于單片機(jī)8051的嵌入式開發(fā)指南[M] . 北京：電子工業(yè)出版社，2003.25-26.

[3] 賴麒文.8051單片機(jī)嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用[M]. 北京：科學(xué)出版社，2002.55-56.

[4] 徐迎曉.Java語法及網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用設(shè)計[M]，北京：清華大學(xué)出版社，2002.30-32.

[5] [美]多納休.美國計算機(jī)“寶典”叢書――Java數(shù)據(jù)庫編程寶典[M].北京：電子工業(yè)出版社，2003.88-89.

[6] [美]Timothy Budd.面向?qū)ο驤AVA編程思想（修訂版）[M].北京：清華大學(xué)出版社，2002.10-11.

[7] 冉春玉,翟向梅,谷川，面向多ISMG網(wǎng)關(guān)協(xié)議的SMS管理平臺的研究與設(shè)計[J]. 微計算機(jī)信息，2006 Vol.22 No.27:P.143-145