摘  要：提出一種在嵌入式系統(tǒng)中實現(xiàn)短消息實時處理的方法，用ATmegal28單片機(jī)控制GSM模塊，通過設(shè)置發(fā)送端和接收端的參數(shù)配置，使短消息不經(jīng)過SIM卡而直接發(fā)送至單片機(jī)。短消息格式為PDU方式，增加了通用性。利用ATmegal28快速處理能力，結(jié)合狀態(tài)機(jī)的程序設(shè)計方法，在接收程序中解析出必要的信息，從而實現(xiàn)短消息的快速處理。
關(guān)鍵詞：ATmegal28 短消息 實時處理

引 言
    GSM數(shù)字蜂窩移動通信技術(shù)已得到成熟而廣泛的應(yīng)用，目前已建成的覆蓋全國的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(wù)。短消息服務(wù)是GSM網(wǎng)絡(luò)的一項重要業(yè)務(wù)，在遠(yuǎn)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(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。

    移動設(shè)備ME主要負(fù)責(zé)與GSM網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行無線通信，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AT指令與ME進(jìn)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(yīng)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”，使短信傳送到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(zhǔn)確地接收，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(jìn)行一些軟件設(shè)置，使短消息不通過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)中實時處理短消息的實現(xiàn)方法，當(dāng)移動設(shè)備GSM模塊接收到短消息時，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 硬件接口實現(xiàn)
    一般，GSM無線通信控制終端采用標(biāo)準(zhǔn)的GSM模塊進(jìn)行二次開發(fā)，目前市場上很多，如TC35、FALCOM、WISM03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(shè)計中，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AT-megal28。ATmegal28內(nèi)集成有4 KB的RAM，4 KB的EEPROM，128 KB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(jié)構(gòu)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(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(jìn)行系統(tǒng)設(shè)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classO～3四個類，也可以不指定類別(no class)，由移動設(shè)備按默認(rèn)設(shè)置進(jìn)行處理，存儲到內(nèi)存或者SIM卡中。在TPDU的TP-DCS字節(jié)中，當(dāng)bit7～bit4為00xl、1111時，bit1～bit0指示消息所屬類。

    00——ctass O，可直接顯示。
    01——class 1，默認(rèn)儲存在ME內(nèi)存中。
    02——class 2，儲存在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(shè)定當(dāng)有某類短消息到達(dá)時，如何處理它——只儲存在指定的內(nèi)存(易失的／非易失的)中；先儲存后通知TE；直接轉(zhuǎn)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。
    O——先將通知緩存起來，再按照<mt>的值進(jìn)行發(fā)送。
    l——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(shè)置短消息存儲和通知TE的內(nèi)容。
    O——接收的短消息儲存到默認(rèn)的內(nèi)存位置(包括class 3)，不通知TE。
    1——接收的短消息儲存到默認(rèn)的內(nèi)存位置，并且向TE發(fā)出通知(包括class3)。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(zhuǎn)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(zhuǎn)發(fā)到TE，同<mt>=2；對于其他class，同<mt>=l。
③bm、ds、bfr的含義，請參考相關(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

    但是這樣還有一個問題，對于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(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class1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(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=O ／／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(nèi)發(fā)送反饋消息至模塊；若超時，<mode>和<mt>的值會強(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=O時，省去了這些麻煩。

3 PDU模式下的中英文短信接收實現(xiàn)
    系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置好以后，當(dāng)接收到新的短信時，GSM模塊直接轉(zhuǎn)發(fā)至TE的格式如下所示：
+CMT：，230891683108200105F0040BAl31193887421：F5000850802251739120044F60597D

    “+CMT：”為短消息指示標(biāo)識，由AT+CNMI的值確定?！?3”指明該短信息PDU數(shù)據(jù)包長度為23字節(jié)。第2行為十六進(jìn)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ASCIl編碼為41H，“O”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(jìn)制數(shù)就變成2個字節(jié)的ASCIl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(jìn)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(yīng)特別注意，否則，接收和處理數(shù)據(jù)就會不完整。單片機(jī)接收到P D U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個數(shù)合并為1個字節(jié)。

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

    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LISART中斷方式接收短信，充分利用了AVR系列單片機(jī)指令執(zhí)行速度快的特點，并在接收過程中運用狀態(tài)機(jī)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(shè)置接收完成標(biāo)志為1。在主程序中，檢測到接收完成標(biāo)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(zhǔn)備下一條短信的接收。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(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個字符可壓縮成7個。如果發(fā)送中文字符，則采用USC2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(bǔ)O，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(jī)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ATmegal28有4 KB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。PDU串的用戶信息長度TP-UDL，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(jìn)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(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?；舅枷胧牵簩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，屏蔽最高位，即得到一目標(biāo)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(nèi)常用的 GB-2312編碼。巍峨了能夠在GB-2312漢字庫的液晶上顯示，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-2312兩個中文編碼表，通過查找實現(xiàn)相互轉(zhuǎn)換。具體過程這里不再敘述。

結(jié)  語

    上述介紹的在嵌入式系統(tǒng)中，實時接受處理短消息的設(shè)計方案，已在車載GSM-GPS系統(tǒng)上應(yīng)用。經(jīng)過長時間的操作使用，系統(tǒng)工作穩(wěn)定，擁護(hù)反映良好。