1.引言

全球移動(dòng)通訊系統(tǒng)Global System of Mobile communicaTION就是眾所周知的GSM，是當(dāng)前應(yīng)用最為廣泛的移動(dòng)電話標(biāo)準(zhǔn)。全球超過(guò)200個(gè)國(guó)家和地區(qū)超過(guò)10億人正在使用GSM電話。GSM標(biāo)準(zhǔn)的無(wú)處不在使得在移動(dòng)電話運(yùn)營(yíng)商之間簽署"漫游協(xié)定"后用戶的國(guó)際漫游變得很平常。GSM 較之它以前的標(biāo)準(zhǔn)最大的不同是他的信令和語(yǔ)音信道都是數(shù)字式的，因此GSM被看作是第二代（2G）移動(dòng)電話系統(tǒng)。這說(shuō)明數(shù)字通訊從很早就已經(jīng)構(gòu)建到系統(tǒng)中。GSM是一個(gè)當(dāng)前由3GPP開(kāi)發(fā)的開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)嵌入式系統(tǒng)是“控制、監(jiān)視或者輔助裝置、機(jī)器和設(shè)備運(yùn)行的裝置”。從中可以看出嵌入式系統(tǒng)是軟件和硬件的綜合體，還可以涵蓋機(jī)械等附屬裝置。目前國(guó)內(nèi)一個(gè)普遍被認(rèn)同的定義是：以應(yīng)用為中心、以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)、軟件硬件可裁剪、適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴(yán)格要求的專(zhuān)用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。

2.短信收發(fā)原理

SMS 是一種存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)。也就是說(shuō)，短消息并不是直接從發(fā)送人發(fā)送到接收人，而始終通過(guò) SMS 中心進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。如果接收人處于未連接狀態(tài)（可能電話已關(guān)閉），則消息將在接收人再次連接時(shí)發(fā)送。短信息應(yīng)用于內(nèi)部管理，業(yè)務(wù)系統(tǒng)和客戶服務(wù)系統(tǒng)： A公司在全國(guó)已有100多個(gè)業(yè)務(wù)劃分區(qū)域，日常工作中有大量諸如新商品信息、價(jià)格調(diào)整等業(yè)務(wù)資訊需要及時(shí)提供給所有區(qū)域經(jīng)理，在應(yīng)用短信息之前，主要通過(guò)電話或Email來(lái)完成這些事情，需要投入大量的人力來(lái)完成這些工作，并且還經(jīng)常由于各種因素的影響而出現(xiàn)延誤的現(xiàn)象，現(xiàn)在用短信息則可以快捷和輕松地完成這部分工作。涉及SMS管理的協(xié)議如圖1所示。


圖中SME為短信實(shí)體， SMSC為短信服務(wù)中心，SMCGWMS為SMS網(wǎng)關(guān)，HLR是歸屬位置寄存器，用于永久儲(chǔ)存管理用戶和服務(wù)記錄的數(shù)據(jù)庫(kù)，MSC為移動(dòng)交換中心，VLR為訪問(wèn)位置寄存器，含有用戶臨時(shí)信息的數(shù)據(jù)庫(kù)，交換中心服務(wù)訪問(wèn)用戶時(shí)需要這些信息。

短消息模塊的接入方式支持兩種模式：基于AT指令的teXT模式和基于AT指令的PDU模式，它指的是短信息數(shù)據(jù)的編碼格式，文本模式只支持7-bit編碼，只能發(fā)送純英文和數(shù)字信息，而PDU模式支持7-bit編碼、8-bit編碼和UCS-2編碼，其中后者可進(jìn)行Unicode編碼。

GSM模塊采用標(biāo)準(zhǔn)AT指令集通信，其中本系統(tǒng)用到的AT指令如表1所示。


表1 相關(guān)AT指令

3.GSM短信數(shù)據(jù)格式分析

3.1發(fā)送短信PDU字符串

由于短信模式選擇的是PDU格式，因此對(duì)PDU的編碼和轉(zhuǎn)碼就變得很重要。中文短信息的實(shí)現(xiàn)需要將GB2312的中文編碼轉(zhuǎn)換為代碼頁(yè)為CP936的Unicode編碼，PDU發(fā)送字符串?dāng)?shù)據(jù)格式中主要由短信中心地址、文件頭字節(jié)、信息類(lèi)型、目的地址、協(xié)議標(biāo)識(shí)、數(shù)據(jù)編碼方案、有效期、用戶數(shù)據(jù)長(zhǎng)度和用戶數(shù)據(jù)組成。代碼的含義如下所示：

08H：短信服務(wù)中心地址信息的長(zhǎng)度，共8個(gè)八位字節(jié)（包括91） ；

91H：短信服務(wù)中心地址格式，用國(guó)際格式號(hào)碼，在前面加‘+’ ；

68 31 08 20 01 05 F0H：短信服務(wù)中心地址，8613800210500，補(bǔ)‘F’湊成偶數(shù)個(gè)；

11H：基本參數(shù)，協(xié)議數(shù)據(jù)單元類(lèi)型，表示發(fā)送，TP-VP用相對(duì)格式；

00H ：信息參考，00H表示參考本身號(hào)碼 ；

0DH ：對(duì)方手機(jī)號(hào)數(shù)字個(gè)數(shù)，共13個(gè)十進(jìn)制數(shù) ；

91H ：對(duì)方手機(jī)號(hào)，用國(guó)際格式號(hào)碼，在前面加‘+’ ；

68 31 21 43 65 87 F9H：對(duì)方手機(jī)號(hào)（TP-DA），8613123456789，補(bǔ)‘F’湊成偶數(shù)個(gè)；

00H：協(xié)議標(biāo)識(shí)（TP-PID），是普通GSM類(lèi)型，點(diǎn)到點(diǎn)方式；

08H：用戶信息編碼方式（TP-DCS），主要用其1個(gè)字節(jié)的第2和第3位表示編碼方式，08H表示為UCS-2編碼，最多發(fā)140個(gè)字符；04H為8-bit編碼，最多發(fā)140個(gè)字符；00H為7-bit編碼，最多發(fā)160個(gè)字符；

00H：有效期（TP-VP），5分鐘；

04H：短信長(zhǎng)度（TP-UDL），實(shí)際長(zhǎng)度4個(gè)字節(jié)；

4F 60 59 7DH：用戶信息（TP-UD），“你好”的Unicode編碼 。

3.2 短信接收PDU字符串

接收方PDU字符串的含義和發(fā)送方不同，同樣以“你好”為例，接收方的PDU字符串為：08 91 68 31 08 20 01 05 F0 24 0D 91 68 31 67 24 47 63 F0 00 08 70 50 91 31 21 25 23 04 4F 60 59 7DH，其含義如下：

08 91 68 31 08 20 01 05 F0H：短信服務(wù)中心，分析同發(fā)送相同；

24H：協(xié)議數(shù)據(jù)單元類(lèi)型基本參數(shù)（TP-MTI/VFP） ，發(fā)送，TP-VP用相對(duì)格式；

0DH：對(duì)方手機(jī)號(hào)數(shù)字個(gè)數(shù)；

91H：對(duì)方手機(jī)號(hào)（TON/NPI），用國(guó)際格式號(hào)碼（在前面加‘+’）；

68 31 67 24 47 63 F0H ：對(duì)方手機(jī)號(hào)（TP-DA），8613764274360，補(bǔ)‘F’湊成偶數(shù)個(gè)；

00H：協(xié)議標(biāo)識(shí)（TP-PID） ，是普通GSM類(lèi)型，點(diǎn)到點(diǎn)方式；

08H：用戶信息編碼方式（TP-DCS） ，分析同發(fā)送方；

70 50 91 31 21 25H：短信息發(fā)送時(shí)間（SCTS），07年05月19日13時(shí)12分52秒；

23H：發(fā)送時(shí)間對(duì)應(yīng)的時(shí)區(qū)；

04H：短信長(zhǎng)度（TP-UDL），實(shí)際長(zhǎng)度4個(gè)字節(jié)；

4F 60 59 7DH：用戶信息（TP-UD） ，“你好”的Unicode編碼。

4.系統(tǒng)組成

4.1硬件組成

系統(tǒng)由嵌入式Linux系統(tǒng)和西門(mén)子MC35模塊通過(guò)串行接口三線制連接而構(gòu)成， MC35模塊通過(guò)串口1與嵌入式系統(tǒng)相連，嵌入式系統(tǒng)配置包括50MHz 主頻的MPC860 32位處理器，16M SDRAM內(nèi)存，2個(gè)RS232，操作系統(tǒng)采用嵌入式Linux for PowerPC。MC35模塊由GSM基帶處理器、電源專(zhuān)用集成電路、射頻電路和閃速存儲(chǔ)器等部分組成，負(fù)責(zé)處理GSM蜂窩設(shè)備中的音頻、數(shù)據(jù)信號(hào)，內(nèi)嵌的軟件部分執(zhí)行應(yīng)用接口和所有GSM協(xié)議棧的功能。GSM 是Global SySTem of Mobile communication（全球移動(dòng)通訊系統(tǒng)）的英文縮寫(xiě)，是當(dāng)前應(yīng)用最為廣泛的移動(dòng)電話標(biāo)準(zhǔn)。全球超過(guò)200個(gè)國(guó)家和地區(qū)超過(guò)10億人正在使用GSM電話。所有用戶可以在簽署了"漫游協(xié)定"移動(dòng)電話運(yùn)營(yíng)商之間自由漫游。 GSM 較之它以前的標(biāo)準(zhǔn)最大的不同是它的信令和語(yǔ)音信道都是數(shù)字式的，因此GSM被看作是 第二代 （2G）移動(dòng)電話系統(tǒng)。這說(shuō)明數(shù)字通訊從很早就已經(jīng)構(gòu)建到系統(tǒng)中。GSM是一個(gè)當(dāng)前由3GPP開(kāi)發(fā)的開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)。

4.2libcssl函數(shù)庫(kù)

為了實(shí)現(xiàn)短信收發(fā)，需要在嵌入式Linux下通過(guò)串口發(fā)送一系列的AT指令。串行通信是計(jì)算機(jī)與其它設(shè)備通信的常用方法，在本系統(tǒng)中采用一個(gè)基于Linux的串行通信函數(shù)庫(kù)libcssl，可實(shí)現(xiàn)串行接口的異步事件驅(qū)動(dòng)并發(fā)。采用該方法，用戶只要在服務(wù)器和數(shù)據(jù)源之間建立異步連接，編寫(xiě)數(shù)據(jù)處理函數(shù)，而對(duì)數(shù)據(jù)源事件的監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)讀取、多事件的處理等操作是由操作系統(tǒng)內(nèi)部完成的，因而，很大程度上簡(jiǎn)化了編程者的工作，同時(shí)保證了較高的資源利用率。

libcssl函數(shù)庫(kù)提供給用戶多種基于事件驅(qū)動(dòng)方式的串行接口函數(shù)。其主要的函數(shù)有4類(lèi)，分別進(jìn)行串口初始化、收發(fā)數(shù)據(jù)、錯(cuò)誤信息和結(jié)束串口操作。在使用某個(gè)串口之前，應(yīng)調(diào)用初始化函數(shù)，為其設(shè)定相應(yīng)的參數(shù)，使得收發(fā)雙方遵循相同的通信協(xié)議和數(shù)據(jù)格式，同時(shí)通過(guò)初始化操作，為串口數(shù)據(jù)源和采集服務(wù)器之間建立異步連接，分配采集句柄。當(dāng)數(shù)據(jù)源通過(guò)串口向嵌入式系統(tǒng)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，該數(shù)據(jù)會(huì)被送入數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，并通過(guò)該數(shù)據(jù)源的采集句柄訪問(wèn)該串口的事件回調(diào)函數(shù)，在該函數(shù)中完成數(shù)據(jù)的處理。相關(guān)的函數(shù)如表2所示。

表2 libcssl函數(shù)庫(kù)中的主要函數(shù)


4.3軟件設(shè)計(jì)

使用了異步事件驅(qū)動(dòng)函數(shù)庫(kù)，程序設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單而容易實(shí)現(xiàn)，程序主要由2部分組成，即主程序設(shè)計(jì)和回調(diào)函數(shù)程序設(shè)計(jì)，主程序只需做初始化和發(fā)送短信，其余功能都放在回調(diào)函數(shù)中完成。

在主程序中，各變量賦初值，調(diào)用cssl_open函數(shù)打開(kāi)串口，設(shè)定的參數(shù)為采用串口1，即嵌入式Linux的ttyS0設(shè)備，波特率9600bps，8位數(shù)據(jù)位，1位停止位，無(wú)奇偶校驗(yàn)，無(wú)數(shù)據(jù)流控制，定義串口接收數(shù)據(jù)緩沖區(qū)有數(shù)據(jù)輸入時(shí)，回調(diào)函數(shù)為callback函數(shù)，該函數(shù)對(duì)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理。通過(guò)發(fā)送AT+CMGF=0指令定義短信模式為PDU模式，并判斷是否有短信需要發(fā)送。

回調(diào)函數(shù)中首先讀取輸入緩沖區(qū)內(nèi)容，根據(jù)對(duì)標(biāo)志和緩沖區(qū)內(nèi)容的判斷，可以得知回調(diào)事件是由哪個(gè)事件引起，分別加以處理，由于每次向GSM模塊發(fā)送AT指令后，模塊會(huì)發(fā)送OK或ERROR等響應(yīng)表示操作成功或失敗，所以在回調(diào)函數(shù)中一個(gè)很重要的功能就是判斷AT指令是否發(fā)送成功，為了區(qū)分不同AT指令的響應(yīng)，程序中采用狀態(tài)標(biāo)志，表征系統(tǒng)發(fā)送AT指令的類(lèi)型。在收到新短信后，需要提取短信發(fā)送方電話號(hào)碼、短信發(fā)送時(shí)間和短信內(nèi)容等相關(guān)信息，并加以存儲(chǔ)，提取的依據(jù)就是短信接收PDU字符串的編碼格式。相關(guān)的流程圖如圖2和圖3所示。


圖2 主程序流程圖


5.結(jié)論

本文的創(chuàng)新之處在于提供了嵌入式Linux下GSM模塊的短信收發(fā)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，程序設(shè)計(jì)中利用串行接口驅(qū)動(dòng)函數(shù)庫(kù)libcssl，以串口I/O事件驅(qū)動(dòng)設(shè)備的數(shù)據(jù)采集。短信收發(fā)采用PDU模式，能夠處理中文、英文和中英文短信。異步事件驅(qū)動(dòng)的架構(gòu)可以提高系統(tǒng)并發(fā)處理性能，程序能夠執(zhí)行多個(gè)異步操作而不調(diào)用阻塞線程，降低系統(tǒng)開(kāi)銷(xiāo)。嵌入式系統(tǒng)加GSM模塊的系統(tǒng)組成體積小巧，非常適合于偏遠(yuǎn)地區(qū)或移動(dòng)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。