- 嵌入式GSM短信息接口的軟硬件設(shè)計(jì)

　　4 基于GSM通信的軟件接口

　　市場(chǎng)上提供的可供二次開發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)的GSM模塊都支持GSM 07.05所定義的AT命令集的指令。因此，MCU通過UART串行接口直接向GSM模塊下發(fā)AT命令，就可以方便簡(jiǎn)潔地實(shí)現(xiàn)基于GSM的短信息SMS的收發(fā)、查尋和管理。表1列出了與SMS相關(guān)的一些常用的GSM AT指令。

　　根據(jù)GSM 07.05的定義，SMS短信息的發(fā)送和接收模式共有三種：Block模式、基于AT命令的Text模式和基于AT命令的PDU模式。使用Block模式需要模塊生產(chǎn)廠家提供驅(qū)動(dòng)支持；而用于中英文短信息傳送應(yīng)使用PDU模式，只傳送英文短信息（純文本格式）使用Text模式。Text模式的短信息發(fā)送和接收比較簡(jiǎn)單，如不需要傳送中文則最好采用Text模式發(fā)送和接收短信息。

　　采用Text模式發(fā)送接收短信息的步驟分為初始化GSM模塊、發(fā)送文本短信息和接收短信息。下面一段簡(jiǎn)單的程序給出一個(gè)示例：

　　PRINT “AT+CSCA=”;Chr（34）;“+8613800210500”;Chr（34） ‘設(shè)置短信息中心號(hào)碼

　　PRINT “AT+CMGF=1” ‘設(shè)置為Text模式

　　PRINT “AT+CMGS=”;Chr（34）;“13500123456”;Chr（34） ‘發(fā)送一條短信息

　　PRINT “This is a test SMS”;Chr（26）

　　PRINT “AT+CMGR=1” ‘讀取收到的一條‘短信息

　　該程序使用BASCOM-AVR高級(jí)語言編寫，其中PRINT語句的功能是通過URAT串行口發(fā)送字符串，Chr（34）代表ASCII字符（“），Chr（26） 代表ASCII字符（Ctrl-Z）。第一行語句設(shè)置短信息服務(wù)中心號(hào)碼，即通過串口發(fā)送以下字符串： AT+CSCA= “+8613800210500”，其中+8613800210500為上海地區(qū)中國(guó)移動(dòng)的短信息服務(wù)中心號(hào)碼。第二行語句設(shè)置短信息發(fā)送格式：AT+CMGF=1，其中1表示采用Text模式。第三和第四行語句發(fā)送一條短信息到控制中心，AT命令的格式為：AT+CMGS= “13500123456”This is a test SMS《^Z》，其中控制中心的號(hào)碼為13500123456，短信息內(nèi)容為“This is a test SMS”，確認(rèn)控制字符為Ctrl-Z。第五行語句為讀取一條收到的短信息內(nèi)容：AT+CMGR=1，其中1表示收到的（在SIM卡中）第一條短信息。該指令發(fā)出后，如果GSM模塊中有接收到的短信息，則從UART接口返回如下信息（具體AT命令格式請(qǐng)參考GSM 07.05）：

　　+CMGR： “REC UNREAD”，“+8613508485560”，，“02/10/16，15:37:28+32”

　　5 基于PDU模式的中文短信息接收

　　發(fā)送和接收中文或中/英文混合的短信息必須采用PDU模式。根據(jù)GSM 07.05的定義，只要控制器通過UART接口向GSM模塊下發(fā)AT命令，就可以直接讀取收到的PDU模式的短信息：

　　PRINT “AT+CMGF=0” ‘設(shè)置為PDU模式

　　PRINT “AT+CMGR=1”‘讀取接收的一條短信息

　　在PDU模式下，GSM通信模塊的回答格式為：

　　+CMGR： ，，

　　其中： stat表示該條短信息的狀態(tài)，通常為0（未讀過，新的短信息）或1（已讀過）；

　　Length為十進(jìn)制數(shù)，表示pdu數(shù)據(jù)長(zhǎng)度減去短信息服務(wù)中心地址長(zhǎng)度，單位為字節(jié)；

　　為回車換行；

　　pdu為PDU模式的數(shù)據(jù)包。

　　然后，要分析PDU數(shù)據(jù)包，根據(jù)PDU的數(shù)據(jù)格式將收到的中文信息和其它相關(guān)信息解析出來。

　　5.1 PDU數(shù)據(jù)包格式

　　PDU數(shù)據(jù)包由兩部分構(gòu)成，短信息服務(wù)中心地址（SMSC address）和TPDU，表2為PDU數(shù)據(jù)包的格式，其中一個(gè)數(shù)據(jù)單元為一個(gè)字節(jié)。

　　其中短信息服務(wù)中心號(hào)碼、發(fā)送源號(hào)碼、日期以及時(shí)間采用壓縮BCD碼表示，低位在前，高位在后。在本文的網(wǎng)絡(luò)補(bǔ)充版（http://www.dpj.com.cn）中給出了通過讀取短信息的AT命令（AT+CMGR=1）從GSM模塊讀到的一條PDU模式的短信息，并給出常見的數(shù)值與解釋。

　　5.2 PDU模式的純英文短信息解碼

　　PDU模式的純英文短信息編碼使用GSM字符集的7位編碼，此時(shí)TP-DCS的值為00。如短信息內(nèi)容為英文字符“Hi”，首先將各個(gè)字符轉(zhuǎn)換為7位的標(biāo)準(zhǔn)二進(jìn)制ASCII碼，然后要將后面字符的低位逐位調(diào)整到前面，補(bǔ)齊前面的差別。例如：“H”的二進(jìn)制ASCII碼為1001000，“i” 二進(jìn)制ASCII碼為1101001；顯然H的二進(jìn)制編碼不足八位，那么就將后面字符i的最后一位補(bǔ)足到H的前面，就成了11001000（C8），i剩下六位110100，前面再補(bǔ)兩個(gè)0，變成00110100（34），于是“Hi”就變成了兩個(gè)八進(jìn)制數(shù) C834。由于PDU模式的純英文短信息采用7位編碼，解碼不方便，因此對(duì)于只需發(fā)送和接收純英文字符和數(shù)字符號(hào)的應(yīng)用，最好采用Text模式發(fā)送和接收短信息。

　　5.3 中文短信息的解碼

　　由于中文字的編碼是采用2個(gè)字節(jié)的編碼，因此發(fā)送和接收中文或中英文混合的短信息只能采用PDU模式。但在GSM標(biāo)準(zhǔn)中，中文編碼采用UTF-8的編碼，不是目前國(guó)內(nèi)常用的GB-2312編碼，故還需要進(jìn)行中文編碼的轉(zhuǎn)換，才能與采用GB-2313漢字庫相配合顯示漢字字型。

　　由于UTF-8和GB-2312編碼之間不存在一一對(duì)應(yīng)的線性關(guān)系，因此只能采用查表的方式進(jìn)行轉(zhuǎn)換。下面給出一個(gè)由UTF-8到GB-2312編碼轉(zhuǎn)換的算法。

　　建立UTF-8和GB-2312兩個(gè)中文編碼表，表中數(shù)據(jù)項(xiàng)為2個(gè)字節(jié)長(zhǎng)度的十六進(jìn)制的數(shù)，代表一個(gè)中文編碼。兩個(gè)表的長(zhǎng)度分別為14 890字節(jié)（2×7445）。UTF-8編碼表按數(shù)據(jù)項(xiàng)值從小到大排序，而在GB-2312編碼表中，與UTF-8相同位置處為相同漢字的GB-2312碼字。

　　軟件解碼過程為：每次從PDU模式SMS數(shù)據(jù)包的TP-UD中取出兩個(gè)字節(jié)，采用二分法快速數(shù)據(jù)查找算法，在UTF-8編碼表中找到其所在位置，然后在GB-2312表的相同位置處讀取相對(duì)應(yīng)的GB-2312編碼。解碼流程如圖5所示。

　　二分法的最壞查找次數(shù)為lg2（n+1），UTF-8表的長(zhǎng)度n為7445，固最壞查找次數(shù)為13次，就是說一個(gè)中文編碼由UTF-8到GB-2312的轉(zhuǎn)換最多經(jīng)過13次比較查找就可完成。這比采用簡(jiǎn)單的順序查表要快的多，大大減少了查表所花費(fèi)的時(shí)間，非常適合在一般的嵌入式系統(tǒng)中使用。

　　盡管兩個(gè)漢字編碼表要占用近30 KB（如還需要GB-2312到UTF-8的轉(zhuǎn)換，則還要增加兩個(gè)表，共占60 KB），但由于采用了ATmega128單片機(jī)，其片內(nèi)有128KB的程序存儲(chǔ)器，因此可將程序與表格放在一起。去掉60 KB的表格，仍有近70 KB的容量用于系統(tǒng)程序，因此完全不用外部擴(kuò)充存儲(chǔ)器（漢字字庫除外），大大簡(jiǎn)化了硬件的結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)。

　　結(jié) 語

　　本文的設(shè)計(jì)方案已應(yīng)用在我們研發(fā)的產(chǎn)品“車船載GPS-GSM衛(wèi)星定位無線通信移動(dòng)終端”上，經(jīng)過多年的運(yùn)行和使用，證明系統(tǒng)工作穩(wěn)定可靠。2001年10月，在美國(guó)著名計(jì)算機(jī)應(yīng)用雜志《CIRCUIT CELLAR》舉辦的世界性電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽“Design Logic 2001 Contest”中，該產(chǎn)品獲得三等獎(jiǎng)。