嵌入式系統(tǒng)中短消息實時處理的實現(xiàn)

gsm數(shù)字蜂窩移動通信技術已得到成熟而廣泛的應用，目前以建成的覆蓋全國的gsm數(shù)字蜂窩移動通信網(wǎng)，是我國公眾移動通信網(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。短消息服務是gsm網(wǎng)絡的一項重要業(yè)務，在遠距離監(jiān)控、數(shù)據(jù)采集、gps定位、無線報警、繳費通知、車輛調度等領域有著廣泛的應用。

gsm模塊通常都提供uart串行接口，因此很容易和單片機在物理層上互聯(lián)。使用符合gsm07.05和gsm07.07標準的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。

移動設備me主要負責與gsm網(wǎng)絡進行無線通信，終端適配器ta負責me與外部終端設備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，或者是單片機系統(tǒng)，通過at指令與me進行信息交互?，F(xiàn)在市場上的gsm模塊，如tc35、falcom等，都把me和ta集成在一起，這樣整個通信就變成了te與gsm模塊之間的通信了。

一般地，gsm模塊在處理短消息時，采用一問一答的信息交互方式，這比較符合at指令集的精神。但在實際應用中，發(fā)現(xiàn)這種方法存在一定的缺點：模塊接收到短消息并存儲起來，用戶再用查詢方式，發(fā)送指令“at＋cmgl”或“at＋cmgr”，使短消息傳送到te，這中間會有一定的延時。另外，由于sim卡容量有限，要保證短消息及時準備地接收，還要經(jīng)常刪除sim卡中的短消息，這樣多次的讀寫操作，勢必會影響sim卡的壽命。因此，有必要進行一些軟件設置，使短消息不通過sim卡，而直接發(fā)送至終端設備。本文給出一種在嵌入式系統(tǒng)中實時處理短消息的實現(xiàn)方法，當移動設備gsm模塊接收到短消息時，直接將消息轉發(fā)到終端設備，提高系統(tǒng)的響應速度和處理效率。

1 硬件接口實現(xiàn)

一般，gsm無線通信控制終端采用標準的gsm模塊進行二次開發(fā)，目前市場上很多，如tc35、falcom、wismo3等。它們都具備gsm無線通信的全部功能，支持gsm07.05，gsm07.07所定義的at指令集。

在本設計中，采用的gsm通信模塊為falcomc2d，單片機使用的是atmel公司的高速8位處理器atmega128。atmega128內部集成有4kb的ram，4kb的eeprom，128kb的flash，以及2個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，節(jié)省了外圍器件，使得硬件結構簡化，提高系統(tǒng)可靠性。中文液晶屏用來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模式需要手機生產廠家提供驅動支持。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模式來處理短消息。

在進行系統(tǒng)設置前，先簡要說明一下短消息類（class）的概念：根據(jù)指定存儲的位置，短消息分為class0－3四個類，也可以不指定類別（no class），由移動設備按默認設置進行處理，存儲到內存或者sim卡中。在tpdu的tp－dcs字節(jié)中，當bit7－bit4為00x1、1111時，bit1－bit0指示消息所屬類。

00——class 0，可直接顯示。

01——class 1，默認儲存在me內存中。

02——class 2，儲存在sim卡中。

03——class 3，可直接傳輸?shù)浇K端設備te。

默認的短消息存在sim卡中，無類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，用于設定當有某類短消息到達時，如何處理它——只儲存在制定的內存（易失的/非易失的）中；先儲存后通知te；直接轉發(fā)到te，等等。

“at＋cnmi”指令語法為：

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，再按照＜mt＞的值進行發(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，直接通知te；否則先將通知緩存起來，待數(shù)據(jù)線空閑時再行發(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＞設置短消息存儲和通知te的內容。

0——接受的短消息存儲到默認的內存位置（包括class 3），不通知te。

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

＋cmti：”sm”，＜index＞

2——對于class 2短消息，儲存到sim卡，并且向te發(fā)出通知；對于其他class，直接將短消息轉發(fā)到te：

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

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

3——對于class 3短消息，直接轉發(fā)到te，同＜mt＞＝2；對于其他class，同＜mt＞＝1。

（3）bm、ds、bfr的含義，請參考相關標準文檔。一般不需要去關心它們，設置為0即可。

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

at＋cnmi＝2，2，0，0，0

但是這樣還有一個問題，class 2的短信，還是會存入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容兩種情況，增加了復雜性。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，即可設置發(fā)送的短信為no class。通常用手機發(fā)送的短信，也是無類別的。

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

在接收方設置：

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，te需在一定的時間內發(fā)送反饋消息至模塊；若超時，＜mode＞和＜mt＞的值會強制復位到0。那么，再有新的短信將不能被正確處理，需要用“at＋cnmi”指令重新設置參數(shù)才行。這增加了程序處理的復雜性。at＋csms＝0時，省去了這些麻煩。

3 pdu模式下的中英文通信接收實現(xiàn)

系統(tǒng)參數(shù)設置好以后，當接收到新的短信時，gsm模塊直接轉發(fā)至te的格式如下所示：

＋cmt：，23

0891683108200105f0040ba13119388742f5000850802251739120044f60597d

“＋cmt：”為短消息指示標識，由at＋cnmi的值確定?！?3”指明該短消息pdu數(shù)據(jù)包長度為23字節(jié)。第2行為十六進制數(shù)據(jù)，總長度為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、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)包的內容是以十六進制表示的數(shù)據(jù)，但并不是直接向單片機傳遞十六進制數(shù)據(jù)，而是把每一位十六進制數(shù)以ascii編碼來發(fā)送。例如：08h會以30h（“0”），38h（“8”）的形式發(fā)送。這樣，1個字節(jié)的十六進制數(shù)就變成2個字節(jié)的ascii碼。但是，pdu數(shù)據(jù)包中的數(shù)據(jù)字節(jié)長度部分仍然是原始十六進制字節(jié)的長度，而不是變成ascii碼的字節(jié)長度，這在編程時應特別注意，否則，接收和處理數(shù)據(jù)就會不完整。單片機接收到pdu數(shù)據(jù)包數(shù)據(jù)后，必須將其恢復成十六進制數(shù)據(jù)，其算法如下：

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

pdu數(shù)據(jù)包有著嚴格的定義，現(xiàn)簡單介紹如下：

pdu的這種格式，層次清楚，結構清晰，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系列單片機指令執(zhí)行速度塊的特點，并在接收過程中運用狀態(tài)機的思想，解析出短信中的發(fā)送源號碼、日期時間、數(shù)據(jù)編碼方案和用戶短信數(shù)據(jù)。接收到一個完整的pdu數(shù)據(jù)包后，中斷程序中設置接收完成標志為1。在主程序中，檢測到接收完成標志為1時，就根據(jù)數(shù)據(jù)編碼方案，對接收到的短信解碼并保存，并準備下一條段短信的接收。如果短信到來時ta與te的數(shù)據(jù)線忙，則短信會暫時保存在ta的緩存中，等數(shù)據(jù)線空閑時再轉發(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個字符可壓縮成7個。如果發(fā)送中文字符，則采用ucs2編碼方式，每個中文字符用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的用戶數(shù)據(jù)段最大容量是140字節(jié)，gsm模塊發(fā)送給單片機的是280個ascii編碼。除此之外，還要接收保存發(fā)送源號碼、日期和時間等信息。由于atmega128有4kb內部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。pdu串的用戶信息長度tpudl，在7－bit編碼時，指原始短消息的字符個數(shù)，而不是編碼后的字節(jié)數(shù)；在ucs2編碼時，指編碼后的十六進制字節(jié)數(shù)，因為1個字符用2個字節(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，但是對英文字符和數(shù)字的7－bit編碼/解碼比較復雜，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用戶數(shù)據(jù)解碼

7－bit數(shù)據(jù)解碼時，將源數(shù)據(jù)每7個字節(jié)分為一組，解碼成8個字符?；咀匀皇牵簩⒌趎個字節(jié)左移n位，再加上前一字節(jié)的剩余數(shù)據(jù)，即第（n－1）個字節(jié)右移（8－n）位的數(shù)值，屏幕最高位，即得到一目標字符數(shù)據(jù)，n＝0…6。第7個字節(jié)右移1位就得到解碼后的第8個字符數(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)，不是目前國內常用的gb－2312編碼，為了能夠在帶有gb－2312漢字庫的液晶上顯示，還需要進行中文編碼的轉換。

基本思想就是建立unicode和gb－2312兩個中文編碼表，通過查找實現(xiàn)相互轉換。具體過程這里不再敘述。請參考文獻[1]。

結語

上述介紹的在嵌入式系統(tǒng)中，實時接收處理短消息的設計方案，已在車載gsm－gps系統(tǒng)上應用。經(jīng)過長時間的操作使用，系統(tǒng)工作穩(wěn)定，用戶反映良好。