摘要：移動通信中的短消息業務以其方便、可靠和價廉得到了廣泛應用，本文在嵌入式Linux系統中，通過西門子MC35模塊，實現了短信收發系統，該系統采用PDU短信模式，能支持中文短信。程序設計采用異步事件驅動方式，提高了系統的運行效率。嵌入式系統體積小巧，Linux資源開放，因此該系統經過二次開發，可方便地用于各種移動數據采集系統中。

1. 引言

全球移動通信系統GSM是我國范圍最廣、通信能力最強的移動通信業務，而其中的短消息功能由于其使用方便、價格低廉、可靠性高而得到廣泛應用。嵌入式Linux也是目前得到廣泛應用的技術，功能強大和資源豐富是其最大的優勢。本文在嵌入式Linux系統中利用GSM模塊實現短信的收發，對不方便架設通信線的偏遠地區，提供了數據采集的新手段。同時嵌入式系統體積小巧，Linux操作系統資源開放，所以本系統經過二次開發，可方便地構成移動數據采集系統，用于遠程數據采集、監控。

2. 短信收發原理

短信服務業務SMS（Short Message Service）是GSM系統提供給用戶的一種數字業務。它與話音傳輸及傳真一樣同為GSM數字蜂窩移動通信網絡提供的主要電信業務。涉及SMS管理的協議如圖1所示。

圖1 SMS管理的協議

圖中SME為短信實體， SMSC為短信服務中心，SMCGWMS為SMS網關，HLR是歸屬位置寄存器，用于永久儲存管理用戶和服務記錄的數據庫，MSC為移動交換中心，VLR為訪問位置寄存器，含有用戶臨時信息的數據庫，交換中心服務訪問用戶時需要這些信息。

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，它指的是短信息數據的編碼格式，文本模式只支持7-bit編碼，只能發送純英文和數字信息，而PDU模式支持7-bit編碼、8-bit編碼和UCS-2編碼，其中后者可進行Unicode編碼，如中文，所以本系統采用PDU模式。

GSM模塊采用標準AT指令集通信，其中本系統用到的AT指令如表1所示。

表1 相關AT指令

3. GSM短信數據格式分析

3.1 發送短信PDU字符串

由于短信模式選擇的是PDU格式,因此對PDU的編碼和轉碼就變得很重要。中文短信息的實現需要將GB2312的中文編碼轉換為代碼頁為CP936的Unicode編碼，PDU發送字符串數據格式中主要由短信中心地址、文件頭字節、信息類型、目的地址、協議標識、數據編碼方案、有效期、用戶數據長度和用戶數據組成。例如：設置PDU格式的編碼為08 91 68 31 08 20 01 05 F0 11 00 0D 91 68 31 21 43 65 87 F9 00 08 00 04 4F 60 59 7DH，這組代碼的含義如下所示：

08H：短信服務中心地址信息的長度，共8個八位字節(包括91) ；

91H：短信服務中心地址格式，用國際格式號碼，在前面加‘+’ ；

68 31 08 20 01 05 F0H：短信服務中心地址，8613800210500，補‘F’湊成偶數個；

11H：基本參數，協議數據單元類型，表示發送，TP-VP用相對格式；

00H ：信息參考，00H表示參考本身號碼 ；

0DH ：對方手機號數字個數，共13個十進制數 ；

91H ：對方手機號，用國際格式號碼，在前面加‘+’ ；

68 31 21 43 65 87 F9H：對方手機號(TP-DA)，8613123456789，補‘F’湊成偶數個；

00H：協議標識(TP-PID)， 是普通GSM類型，點到點方式；

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

00H：有效期(TP-VP)，5分鐘；

04H：短信長度(TP-UDL)，實際長度4個字節；

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：短信服務中心，分析同發送相同；

24H：協議數據單元類型基本參數(TP-MTI/VFP) ，發送，TP-VP用相對格式；

0DH：對方手機號數字個數；

91H：對方手機號(TON/NPI)，用國際格式號碼(在前面加‘+’)；

68 31 67 24 47 63 F0H ：對方手機號(TP-DA)，8613764274360，補‘F’湊成偶數個；

00H：協議標識(TP-PID) ，是普通GSM類型，點到點方式；

08H：用戶信息編碼方式(TP-DCS) ，分析同發送方；

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

23H：發送時間對應的時區；

04H：短信長度(TP-UDL)，實際長度4個字節；

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

4. 系統組成

4.1 硬件組成

系統由嵌入式Linux系統和西門子MC35模塊通過串行接口三線制連接而構成， MC35模塊通過串口1與嵌入式系統相連，嵌入式系統配置包括50MHz 主頻的MPC860 32位處理器，16M SDRAM內存，2個RS232，操作系統采用嵌入式Linux for PowerPC。MC35模塊由GSM基帶處理器、電源專用集成電路、射頻電路和閃速存儲器等部分組成，負責處理GSM蜂窩設備中的音頻、數據信號，內嵌的軟件部分執行應用接口和所有GSM協議棧的功能。MC35模塊支持中文短信，支持GPRS功能，便于將來功能的擴展。

4.2 libcssl函數庫

為了實現短信收發，需要在嵌入式Linux下通過串口發送一系列的AT指令。串行通信是計算機與其它設備通信的常用方法，在本系統中采用一個基于Linux的串行通信函數庫libcssl，可實現串行接口的異步事件驅動并發。采用該方法，用戶只要在服務器和數據源之間建立異步連接，編寫數據處理函數，而對數據源事件的監測、數據讀取、多事件的處理等操作是由操作系統內部完成的，因而，很大程度上簡化了編程者的工作，同時保證了較高的資源利用率。

libcssl函數庫提供給用戶多種基于事件驅動方式的串行接口函數。其主要的函數有4類，分別進行串口初始化、收發數據、錯誤信息和結束串口操作。在使用某個串口之前，應調用初始化函數，為其設定相應的參數，使得收發雙方遵循相同的通信協議和數據格式，同時通過初始化操作，為串口數據源和采集服務器之間建立異步連接，分配采集句柄。當數據源通過串口向嵌入式系統發送數據時，該數據會被送入數據緩沖區，并通過該數據源的采集句柄訪問該串口的事件回調函數，在該函數中完成數據的處理。這樣，當用戶使用多個串口時，不需要用多個線程，只需為每個串口設置獨立的回調函數，各回調函數之間可方便地實現數據交換共享。程序中可通過獲取錯誤信息得知系統出現的錯誤狀態，而采集程序結束，應關閉串口，釋放系統資源。相關的函數如表2所示。

表2 libcssl函數庫中的主要函數

4.3 軟件設計

使用了異步事件驅動函數庫，程序設計簡單而容易實現，程序主要由2部分組成，即主程序設計和回調函數程序設計，主程序只需做初始化和發送短信，其余功能都放在回調函數中完成。

在主程序中，各變量賦初值，調用cssl_open函數打開串口，設定的參數為采用串口1，即嵌入式Linux的ttyS0設備，波特率9600bps，8位數據位，1位停止位，無奇偶校驗，無數據流控制，定義串口接收數據緩沖區有數據輸入時，回調函數為callback函數，該函數對數據緩沖區中的數據進行分析處理。通過發送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送。對待發送的短信按照PDU發送字符串格式進行編碼。

回調函數中首先讀取輸入緩沖區內容，根據對標志和緩沖區內容的判斷，可以得知回調事件是由哪個事件引起，分別加以處理，由于每次向GSM模塊發送AT指令后，模塊會發送OK或ERROR等響應表示操作成功或失敗，所以在回調函數中一個很重要的功能就是判斷AT指令是否發送成功，為了區分不同AT指令的響應，程序中采用狀態標志，表征系統發送AT指令的類型。在收到新短信后，需要提取短信發送方電話號碼、短信發送時間和短信內容等相關信息，并加以存儲，提取的依據就是短信接收PDU字符串的編碼格式。為了避免由于短信滿而無法接收新短信，需要將處理過的短信刪除。相關的流程圖如圖2和圖3所示。

圖2 主程序流程圖

圖3 回調函數程序流程圖

5. 結論

本文的創新之處在于提供了嵌入式Linux下GSM模塊的短信收發系統設計方法，程序設計中利用串行接口驅動函數庫libcssl，以串口I/O事件驅動設備的數據采集。短信收發采用PDU模式，能夠處理中文、英文和中英文短信。異步事件驅動的架構可以提高系統并發處理性能，程序能夠執行多個異步操作而不調用阻塞線程，降低系統開銷。嵌入式系統加GSM模塊的系統組成體積小巧，非常適合于偏遠地區或移動的數據采集系統。根據系統的需要，還可以充分利用MC35模塊的GPRS功能，實現高速的數據采集。

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