基于STM32的SMS短消息收發(fā)系統(tǒng)[圖]

摘要：短消息服務作為GSM網(wǎng)絡提供的一種基本服務，已成為諸多領域遠程控制的一種通信手段。討論一類通用的SMS短消息收發(fā)系統(tǒng)的實現(xiàn)方法，主要內容包含短消息調度和SMS短消息處理控制機制。特別對STM32微處理器下短消息收發(fā)調度的實現(xiàn)過程與短消息處理狀態(tài)機進行了詳細討論。通過對超時時間的控制和不同條件的切換，使得對短消息的收發(fā)處理動作在一個時間段內顯示出并發(fā)特性。

關鍵詞：狀態(tài)機；STM32；SMS；短消息收發(fā)

短消息服務(Short Message Senice)作為GSM網(wǎng)絡提供給用戶的一種基本的數(shù)字業(yè)務，已成為諸多領域遠程監(jiān)控的一種通信手段。在很多應用場合中都通過PC機直接控制短消息收發(fā)模塊完成系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集或遠程信息傳輸，但對于偏遠地區(qū)、架設通信線路比較困難的地方，需要一種方便攜帶的設備控制短消息收發(fā)模塊。系統(tǒng)通過在STM32上完成對短消息模塊的控制，提出了一種嵌入式短消息收發(fā)系統(tǒng)的實現(xiàn)方法。

本文討論一類通用的SMS短消息收發(fā)系統(tǒng)的實現(xiàn)方法，包含短消息調度和SMS短消息處理控制器的實現(xiàn)機制，特別對STM32嵌入式微處理器下短消息收發(fā)調度的實現(xiàn)過程和短消息處理狀態(tài)機進行了詳細討論。在嵌入式系統(tǒng)中，時間和并行性(concurrency)是必不可少的。通過對超時時間的控制和不同條件的切換，使得對短消息的收發(fā)處理在較小時間段內顯示出并發(fā)特性。能夠處理多條短消息同時控制的情況，具有良好的通用性。

1 系統(tǒng)的功能與結構

SMS是GSM系統(tǒng)提供給廣大移動用戶的一種雙向通信、具有一定的交互能力、占用GSM網(wǎng)絡的信令信道的數(shù)字業(yè)務。SMS提供了在GSM移動站臺(MS)與一個短消息實體(SME)之間通過服務中心(SC)傳送短消息的方法。SC提供了在MS與SME之間消息傳送的相互聯(lián)系和轉播的功能。SMS采用存儲轉發(fā)模式，短消息被發(fā)送出去之后，不是直接地發(fā)送給接收方，而是先存儲在短消息服務中心，然后再由服務中心將其轉發(fā)給接收方。如果接收方當時關機或不在服務區(qū)內，服務中心會自動保存該短消息，捧隊并嘗試再次發(fā)送給接收方。由于短消息使用了服務中心的這種存儲和轉發(fā)機制，因此SMS具有較高的可靠性。這也意味著GSM模塊收發(fā)SMS的響應速度受運營商服務中心的限制。因此，要提高響應速度，需要一個持續(xù)在線的終端一直運行。

系統(tǒng)在兩個短消息實體間增加本地SMSC(短消息服務中心)，通過SMSC完成短消息的解析并執(zhí)行相應的動作、控制、無線通信功能。確保GSM終端模塊持續(xù)運行，以提高響應速度。

系統(tǒng)由TC35i GSM模塊和運行在STM32微處理器上的短消息處理控制機兩部分組成。TC35i負責短消息的收發(fā)。短消息處理控制機用來向GSM模塊發(fā)送或讀取TC35i收到的短消息，并執(zhí)行相應的動作和控制。二者之間通過RS232串口實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。用戶可以利用手機通過GSM網(wǎng)絡和系統(tǒng)進行交互完成控制功能。

2 STM32片上資源的分配和使用

STM32是意法半導體基于Cortex—M3的32位嵌入式處理器，Cortex—M3核性價比高，價格低，可以與8位51核單片機競爭。

處理器和GSM模塊之間通過RS232串口實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，TC35i集成了標準的RS232接口，通過MAX232芯片做電平轉換，與處理器USART接口進行通信。因此處理器需要提供兩個串行通信接口，其中一個串口用于和GSM模塊進行通信，另一個串口用于和上位機軟件交換數(shù)據(jù)或調試。在處理器選型時需要考慮這個問題，而STM32全系列微處理器均能滿足這個要求。系統(tǒng)選用的處理器型號為F103RBT6，該產(chǎn)品系列帶有128k片內FLASH，20kRAM，無需外擴存儲器即可以滿足系統(tǒng)對于多條控制短消息同時處理耗費內存空間的需要。STM32F103RB帶有3個USART接口，可以滿足系統(tǒng)對串口資源的需求。芯片帶有4個獨立定時器，1個RTC實時時鐘，系統(tǒng)只用到其中2路：1路用于產(chǎn)生較準確的系統(tǒng)延時，用于一般延時定時和狀態(tài)切換超時判斷。一路用于通過定時輪詢方式讀取短消息。GSM模塊短消息收發(fā)和運行狀態(tài)的監(jiān)測通過USART的中斷處理程序實現(xiàn)。

3 SMS短消息控制狀態(tài)機的實現(xiàn)

由于系統(tǒng)旨在完成一類通用的SMS短消息控制機實現(xiàn)方法，因此在系統(tǒng)實現(xiàn)時從邏輯上將SMS提供方和使用方剝離，將發(fā)送子系統(tǒng)和接收子系統(tǒng)分離。這通過兩個全局隊列實現(xiàn)，發(fā)送隊列和接收隊列。

定義一個結構體類型：
　　

作為短消息的基本數(shù)據(jù)單元。

并定義SMS_PDU類型的隊列，分別作為發(fā)送隊列和接收隊列，即，SMS_PDU類型的結構體數(shù)組。如下：

SMS_PDU m_QuerySend[MAX_SMS_SEND]；

SMS_PDU m_QueryRecv[MAX_SMS_RECV]；

以上定義均為全局隊列。對全局變量的操作會涉及到并發(fā)和多線程訪問技術，本系統(tǒng)考慮到實時性采用前后臺系統(tǒng)實現(xiàn)方式，通過STM32多路定時和中斷功能來完成多線程的模擬，主程序調用一個無限循環(huán)的控制器處理函數(shù)，在控制器循環(huán)中調用相應的驅動函數(shù)完成相應的功能。同時中斷系統(tǒng)作為前臺，遇到外部觸發(fā)條件則立即構造短消息并加入到輸出隊列中。

對發(fā)送隊列緩沖區(qū)的操作分為人隊操作和出隊操作，入隊操作是由外部采集模塊產(chǎn)生的中斷事件，在該中斷的處理例程中構造好具有發(fā)送具體內容PDU編碼、目標手機號等資訊的結構體，并將構造好的結構體存放到發(fā)送隊列中，此時一旦主程序中的短消息控制器在進行收發(fā)處理完畢后處于idle狀態(tài)，將立即切換到開始發(fā)送狀態(tài)，完成對發(fā)送隊列中歷史積累SMS的發(fā)送處理，在發(fā)送前首先進行出隊操作。

對接收隊列緩沖區(qū)的操作也分為輸入和輸出部分。系統(tǒng)設定條件為一旦狀態(tài)機處于idle狀態(tài)達到5 ms時間(意味著發(fā)送隊列中待發(fā)短消息已全部處理完畢)則狀態(tài)切換到開始接收狀態(tài)，即通過AT指令從模塊讀取短消息協(xié)議數(shù)據(jù)單元，解析為SMS-PDU格式并將其放入接收隊列。輸出部分主要通過定時器設置10 ms輪詢，一旦有解析好的短消息到來，則馬上控制被控設備產(chǎn)生相應動作。

系統(tǒng)實現(xiàn)中，通過main函數(shù)調用短消息控制器循環(huán)運作狀態(tài)遷移轉換處理程序來實時完成與GSM模塊的交互，通過TIM2中斷處理例程完成對接收隊列中已到達短消息的調度(dispatch)處理，該處理程序會根據(jù)接收到的短消息內容的不同來實現(xiàn)具體的控制功能。發(fā)送SMS時，也采用類似的中斷方式和隊列形式來完成多線程的模擬。為了防止對接收指令的誤響應和減小與模塊交互讀取時間，每次接收短消息后都將GSM模塊上已收短消息刪除。

系統(tǒng)采用狀態(tài)機來實現(xiàn)不同狀態(tài)處理的切換，過程中短消息數(shù)據(jù)收發(fā)的狀態(tài)遷移圖如圖1所示。

4 STM32處理控制機與GSM模塊的交互

STM32通過AT指令完成與GSM模塊交互。與GSM模塊交互讀取短消息有多種方式，如AT+CMGR；AT+CMGL等。由于多個用戶可以同時操作，考慮到可能到來的多條短消息，系統(tǒng)中使用CMGL AT指令完成STM32對GSM模塊的通信操作，以便利一次讀取，提高系統(tǒng)的響應速度。

CMGL指令在SMS PDU mode下的格式如下：

SMS規(guī)范中定義了message_status的5種不同狀態(tài)下的操作：

0表示已接收到的未讀短信，

1表示已接收到的已讀短信，

2表示已存儲的未發(fā)送短信，

3表示已存儲的已發(fā)送短信，

4表示列出全部SMS短信。

如果GSM模塊成功從存儲區(qū)讀到短消息，將會返回到形如：

格式的反饋信息。其中+CMGL后第一個1所在字段作為索引index，指示短消息在短消息存儲區(qū)中的位置。注意這個位置小并不表明該短消息是先到達的控制短消息。第二個1所在的字段指示短消息的狀態(tài)，同上述message_status的狀態(tài)，但只有0～4的取值范圍。24所在字段指示僅隨其后的的TPDU編碼的有效部分長度，以10進制表示。如果CMGL后面不加“=”號和任何數(shù)字，默認為“CMGL=0”的效果。系統(tǒng)中根據(jù)TPDU編碼的內容進行解析，并將解析結果保存到一個臨時SMS_PDU結構體類型的數(shù)據(jù)單元中。然后交由短消息處理狀態(tài)機保存到隊列中進行處理。

5 結束語

由于GSM模塊收發(fā)SMS的響應速度受運營商服務的限制，短消息控制器的狀態(tài)設計中需要把發(fā)送AT指令給模塊和從GSM模塊收到響應字符串區(qū)分為兩種不同的狀態(tài)，以及區(qū)分其它預備和執(zhí)行狀態(tài)，并利用MPU定時器產(chǎn)生精準毫秒延時來判定響應是否超時。但這只能提高狀態(tài)切換精度，無法保證SMS服務響應的時間精度，即，系統(tǒng)必須等待GSM模塊返回響應信息，這意味著系統(tǒng)實時性的高低瓶頸仍然取決與運營商。