通过串口收发短消息(下)

PDU的核心编码方式已经清楚了，如何实现用AT命令收发短消息呢？

A 在上篇中，我们已经讨论了7bit, 8bit和UCS2这几种PDU用户信息的编码方式，并且给出了实现代码。现在，重点描述PDU全串的编码和解码过程，以及GSM 07.05的AT命令实现方法。这些是底层的核心代码，为了保证代码的可移植性，我们尽可能不用MFC的类，必要时用ANSI C标准库函数。

首先，定义如下常量和结构：

// 用户信息编码方式
#define GSM_7BIT        0
#define GSM_8BIT        4
#define GSM_UCS2        8
  
// 短消息参数结构，编码/解码共用
// 其中，字符串以''\0''结尾
typedef struct {
    char SCA[16];       // 短消息服务中心号码(SMSC地址)
    char TPA[16];       // 目标号码或回复号码(TP-DA或TP-RA)
    char TP_PID;        // 用户信息协议标识(TP-PID)
    char TP_DCS;        // 用户信息编码方式(TP-DCS)
    char TP_SCTS[16];   // 服务时间戳字符串(TP_SCTS), 接收时用到
    char TP_UD[161];    // 原始用户信息(编码前或解码后的TP-UD)
    char index;         // 短消息序号，在读取时用到
} SM_PARAM;

大家已经注意到PDU串中的号码和时间，都是两两颠倒的字符串。利用下面两个函数可进行正反变换：

// 正常顺序的字符串转换为两两颠倒的字符串，若长度为奇数，补''F''凑成偶数
// 如："8613851872468" --> "683158812764F8"
// pSrc: 源字符串指针
// pDst: 目标字符串指针
// nSrcLength: 源字符串长度
// 返回: 目标字符串长度
int gsmInvertNumbers(const char* pSrc, char* pDst, int nSrcLength)
{
    int nDstLength;   // 目标字符串长度
    char ch;          // 用于保存一个字符
  
    // 复制串长度
    nDstLength = nSrcLength;
  
    // 两两颠倒
    for (int i = 0; i < nSrcLength; i += 2)
    {
        ch = *pSrc++;        // 保存先出现的字符
        *pDst++ = *pSrc++;   // 复制后出现的字符
        *pDst++ = ch;        // 复制先出现的字符
    }
  
    // 源串长度是奇数吗？
    if (nSrcLength & 1)
    {
        *(pDst-2) = ''F'';     // 补''F''
        nDstLength++;        // 目标串长度加1
    }
  
    // 输出字符串加个结束符
    *pDst = ''\0'';
  
    // 返回目标字符串长度
    return nDstLength;
}
  
// 两两颠倒的字符串转换为正常顺序的字符串
// 如："683158812764F8" --> "8613851872468"
// pSrc: 源字符串指针
// pDst: 目标字符串指针
// nSrcLength: 源字符串长度
// 返回: 目标字符串长度
int gsmSerializeNumbers(const char* pSrc, char* pDst, int nSrcLength)
{
    int nDstLength;   // 目标字符串长度
    char ch;          // 用于保存一个字符
  
    // 复制串长度
    nDstLength = nSrcLength;
  
    // 两两颠倒
    for (int i = 0; i < nSrcLength; i += 2)
    {
        ch = *pSrc++;        // 保存先出现的字符
        *pDst++ = *pSrc++;   // 复制后出现的字符
        *pDst++ = ch;        // 复制先出现的字符
    }
  
    // 最后的字符是''F''吗？
    if (*(pDst-1) == ''F'')
    {
        pDst--;
        nDstLength--;        // 目标字符串长度减1
    }
  
    // 输出字符串加个结束符
    *pDst = ''\0'';
  
    // 返回目标字符串长度
    return nDstLength;
}

以下是PDU全串的编解码模块。为简化编程，有些字段用了固定值。

// PDU编码，用于编制、发送短消息
// pSrc: 源PDU参数指针
// pDst: 目标PDU串指针
// 返回: 目标PDU串长度
int gsmEncodePdu(const SM_PARAM* pSrc, char* pDst)
{
    int nLength;             // 内部用的串长度
    int nDstLength;          // 目标PDU串长度
    unsigned char buf[256];  // 内部用的缓冲区
  
    // SMSC地址信息段
    nLength = strlen(pSrc->SCA);    // SMSC地址字符串的长度
    buf[0] = (char)((nLength & 1) == 0 ? nLength : nLength + 1) / 2 + 1;    // SMSC地址信息长度
    buf[1] = 0x91;        // 固定: 用国际格式号码
    nDstLength = gsmBytes2String(buf, pDst, 2);        // 转换2个字节到目标PDU串
    nDstLength += gsmInvertNumbers(pSrc->SCA, &pDst[nDstLength], nLength);    // 转换SMSC到目标PDU串
  
    // TPDU段基本参数、目标地址等
    nLength = strlen(pSrc->TPA);    // TP-DA地址字符串的长度
    buf[0] = 0x11;            // 是发送短信(TP-MTI=01)，TP-VP用相对格式(TP-VPF=10)
    buf[1] = 0;               // TP-MR=0
    buf[2] = (char)nLength;   // 目标地址数字个数(TP-DA地址字符串真实长度)
    buf[3] = 0x91;            // 固定: 用国际格式号码
    nDstLength += gsmBytes2String(buf, &pDst[nDstLength], 4);  // 转换4个字节到目标PDU串
    nDstLength += gsmInvertNumbers(pSrc->TPA, &pDst[nDstLength], nLength); // 转换TP-DA到目标PDU串
  
    // TPDU段协议标识、编码方式、用户信息等
    nLength = strlen(pSrc->TP_UD);    // 用户信息字符串的长度
    buf[0] = pSrc->TP_PID;        // 协议标识(TP-PID)
    buf[1] = pSrc->TP_DCS;        // 用户信息编码方式(TP-DCS)
    buf[2] = 0;            // 有效期(TP-VP)为5分钟
    if (pSrc->TP_DCS == GSM_7BIT)
    {
        // 7-bit编码方式
        buf[3] = nLength;            // 编码前长度
        nLength = gsmEncode7bit(pSrc->TP_UD, &buf[4], nLength+1) + 4;    // 转换TP-DA到目标PDU串
    }
    else if (pSrc->TP_DCS == GSM_UCS2)
    {
        // UCS2编码方式
        buf[3] = gsmEncodeUcs2(pSrc->TP_UD, &buf[4], nLength);    // 转换TP-DA到目标PDU串
        nLength = buf[3] + 4;        // nLength等于该段数据长度
    }
    else
    {
        // 8-bit编码方式
        buf[3] = gsmEncode8bit(pSrc->TP_UD, &buf[4], nLength);    // 转换TP-DA到目标PDU串
        nLength = buf[3] + 4;        // nLength等于该段数据长度
    }
    nDstLength += gsmBytes2String(buf, &pDst[nDstLength], nLength);        // 转换该段数据到目标PDU串
  
    // 返回目标字符串长度
    return nDstLength;
}
  
// PDU解码，用于接收、阅读短消息
// pSrc: 源PDU串指针
// pDst: 目标PDU参数指针
// 返回: 用户信息串长度
int gsmDecodePdu(const char* pSrc, SM_PARAM* pDst)
{
    int nDstLength;          // 目标PDU串长度
    unsigned char tmp;       // 内部用的临时字节变量
    unsigned char buf[256];  // 内部用的缓冲区
  
    // SMSC地址信息段
    gsmString2Bytes(pSrc, &tmp, 2);    // 取长度
    tmp = (tmp - 1) * 2;    // SMSC号码串长度
    pSrc += 4;              // 指针后移
    gsmSerializeNumbers(pSrc, pDst->SCA, tmp);    // 转换SMSC号码到目标PDU串
    pSrc += tmp;        // 指针后移
  
    // TPDU段基本参数、回复地址等
    gsmString2Bytes(pSrc, &tmp, 2);    // 取基本参数
    pSrc += 2;        // 指针后移
    if (tmp & 0x80)
    {
        // 包含回复地址，取回复地址信息
        gsmString2Bytes(pSrc, &tmp, 2);    // 取长度
        if (tmp & 1) tmp += 1;    // 调整奇偶性
        pSrc += 4;          // 指针后移
        gsmSerializeNumbers(pSrc, pDst->TPA, tmp);    // 取TP-RA号码
        pSrc += tmp;        // 指针后移
    }
  
    // TPDU段协议标识、编码方式、用户信息等
    gsmString2Bytes(pSrc, (unsigned char*)&pDst->TP_PID, 2);    // 取协议标识(TP-PID)
    pSrc += 2;        // 指针后移
    gsmString2Bytes(pSrc, (unsigned char*)&pDst->TP_DCS, 2);    // 取编码方式(TP-DCS)
    pSrc += 2;        // 指针后移
    gsmSerializeNumbers(pSrc, pDst->TP_SCTS, 14);        // 服务时间戳字符串(TP_SCTS)
    pSrc += 14;       // 指针后移
    gsmString2Bytes(pSrc, &tmp, 2);    // 用户信息长度(TP-UDL)
    pSrc += 2;        // 指针后移
    if (pDst->TP_DCS == GSM_7BIT)
    {
        // 7-bit解码
        nDstLength = gsmString2Bytes(pSrc, buf, tmp & 7 ? (int)tmp * 7 / 4 + 2 : (int)tmp * 7 / 4);  // 格式转换
        gsmDecode7bit(buf, pDst->TP_UD, nDstLength);    // 转换到TP-DU
        nDstLength = tmp;
    }
    else if (pDst->TP_DCS == GSM_UCS2)
    {
        // UCS2解码
        nDstLength = gsmString2Bytes(pSrc, buf, tmp * 2);        // 格式转换
        nDstLength = gsmDecodeUcs2(buf, pDst->TP_UD, nDstLength);    // 转换到TP-DU
    }
    else
    {
        // 8-bit解码
        nDstLength = gsmString2Bytes(pSrc, buf, tmp * 2);        // 格式转换
        nDstLength = gsmDecode8bit(buf, pDst->TP_UD, nDstLength);    // 转换到TP-DU
    }
  
    // 返回目标字符串长度
    return nDstLength;
}

依照GSM 07.05，发送短消息用AT+CMGS命令，阅读短消息用AT+CMGR命令，列出短消息用AT+CMGL命令，删除短消息用AT+CMGD命令。但AT+CMGL命令能够读出所有的短消息，所以我们用它实现阅读短消息功能，而没用AT+CMGR。下面是发送、读取和删除短消息的实现代码：

// 发送短消息
// pSrc: 源PDU参数指针
BOOL gsmSendMessage(const SM_PARAM* pSrc)
{
    int nPduLength;        // PDU串长度
    unsigned char nSmscLength;    // SMSC串长度
    int nLength;           // 串口收到的数据长度
    char cmd[16];          // 命令串
    char pdu[512];         // PDU串
    char ans[128];         // 应答串
  
    nPduLength = gsmEncodePdu(pSrc, pdu);    // 根据PDU参数，编码PDU串
    strcat(pdu, "\x01a");        // 以Ctrl-Z结束
  
    gsmString2Bytes(pdu, &nSmscLength, 2);    // 取PDU串中的SMSC信息长度
    nSmscLength++;        // 加上长度字节本身
  
    // 命令中的长度，不包括SMSC信息长度，以数据字节计
    sprintf(cmd, "AT+CMGS=%d\r", nPduLength / 2 - nSmscLength);    // 生成命令
  
    WriteComm(cmd, strlen(cmd));    // 先输出命令串
  
    nLength = ReadComm(ans, 128);   // 读应答数据
  
    // 根据能否找到"\r\n> "决定成功与否
    if (nLength == 4 && strncmp(ans, "\r\n> ", 4) == 0)
    {
        WriteComm(pdu, strlen(pdu));        // 得到肯定回答，继续输出PDU串
  
        nLength = ReadComm(ans, 128);       // 读应答数据
  
        // 根据能否找到"+CMS ERROR"决定成功与否
        if (nLength > 0 && strncmp(ans, "+CMS ERROR", 10) != 0)
        {
            return TRUE;
        }
    }
  
    return FALSE;
}
  
// 读取短消息
// 用+CMGL代替+CMGR，可一次性读出全部短消息
// pMsg: 短消息缓冲区，必须足够大
// 返回: 短消息条数
int gsmReadMessage(SM_PARAM* pMsg)
{
    int nLength;        // 串口收到的数据长度
    int nMsg;           // 短消息计数值
    char* ptr;          // 内部用的数据指针
    char cmd[16];       // 命令串
    char ans[1024];     // 应答串
  
    nMsg = 0;
    ptr = ans;
  
    sprintf(cmd, "AT+CMGL\r");    // 生成命令
  
    WriteComm(cmd, strlen(cmd));    // 输出命令串

    nLength = ReadComm(ans, 1024);    // 读应答数据

    // 根据能否找到"+CMS ERROR"决定成功与否
    if (nLength > 0 && strncmp(ans, "+CMS ERROR", 10) != 0)
    {
        // 循环读取每一条短消息, 以"+CMGL:"开头
        while ((ptr = strstr(ptr, "+CMGL:")) != NULL)
        {
            ptr += 6;        // 跳过"+CMGL:"
            sscanf(ptr, "%d", &pMsg->index);    // 读取序号
  
            ptr = strstr(ptr, "\r\n");    // 找下一行
            ptr += 2;        // 跳过"\r\n"
  
            gsmDecodePdu(ptr, pMsg);    // PDU串解码

            pMsg++;        // 准备读下一条短消息
            nMsg++;        // 短消息计数加1
        }
    }
  
    return nMsg;
}
  
// 删除短消息
// index: 短消息序号，从1开始
BOOL gsmDeleteMessage(int index)
{
    int nLength;          // 串口收到的数据长度
    char cmd[16];         // 命令串
    char ans[128];        // 应答串
  
    sprintf(cmd, "AT+CMGD=%d\r", index);    // 生成命令
  
    // 输出命令串
    WriteComm(cmd, strlen(cmd));
  
    // 读应答数据
    nLength = ReadComm(ans, 128);
  
    // 根据能否找到"+CMS ERROR"决定成功与否
    if (nLength > 0 && strncmp(ans, "+CMS ERROR", 10) != 0)
    {
        return TRUE;
    }
  
    return FALSE;
}

以上发送AT命令过程中用到了WriteComm和ReadComm函数，它们是用来读写串口的，依赖于具体的操作系统。在Windows环境下，除了用MSComm控件，以及某些现成的串口通信类之外，也可以简单地调用一些Windows API用实现。以下是利用API实现的主要代码，注意我们用的是超时控制的同步(阻塞)模式。

// 串口设备句柄
HANDLE hComm;
  
// 打开串口
// pPort: 串口名称或设备路径，可用"COM1"或"\\.\COM1"两种方式，建议用后者
// nBaudRate: 波特率
// nParity: 奇偶校验
// nByteSize: 数据字节宽度
// nStopBits: 停止位
BOOL OpenComm(const char* pPort, int nBaudRate, int nParity, int nByteSize, int nStopBits)
{
    DCB dcb;        // 串口控制块
    COMMTIMEOUTS timeouts = {    // 串口超时控制参数
        100,        // 读字符间隔超时时间: 100 ms
        1,          // 读操作时每字符的时间: 1 ms (n个字符总共为n ms)
        500,        // 基本的(额外的)读超时时间: 500 ms
        1,          // 写操作时每字符的时间: 1 ms (n个字符总共为n ms)
        100};       // 基本的(额外的)写超时时间: 100 ms
  
    hComm = CreateFile(pPort,    // 串口名称或设备路径
            GENERIC_READ | GENERIC_WRITE,    // 读写方式
            0,               // 共享方式：独占
            NULL,            // 默认的安全描述符
            OPEN_EXISTING,   // 创建方式
            0,               // 不需设置文件属性
            NULL);           // 不需参照模板文件
  
    if (hComm == INVALID_HANDLE_VALUE) return FALSE;        // 打开串口失败
  
    GetCommState(hComm, &dcb);        // 取DCB
  
    dcb.BaudRate = nBaudRate;
    dcb.ByteSize = nByteSize;
    dcb.Parity = nParity;
    dcb.StopBits = nStopBits;
  
    SetCommState(hComm, &dcb);        // 设置DCB
  
    SetupComm(hComm, 4096, 1024);     // 设置输入输出缓冲区大小
  
    SetCommTimeouts(hComm, &timeouts);    // 设置超时
  
    return TRUE;
}
  
// 关闭串口
BOOL CloseComm()
{
    return CloseHandle(hComm);
}
  
// 写串口
// pData: 待写的数据缓冲区指针
// nLength: 待写的数据长度
void WriteComm(void* pData, int nLength)
{
    DWORD dwNumWrite;    // 串口发出的数据长度
  
    WriteFile(hComm, pData, (DWORD)nLength, &dwNumWrite, NULL);
}
  
// 读串口
// pData: 待读的数据缓冲区指针
// nLength: 待读的最大数据长度
// 返回: 实际读入的数据长度
int ReadComm(void* pData, int nLength)
{
    DWORD dwNumRead;    // 串口收到的数据长度
  
    ReadFile(hComm, pData, (DWORD)nLength, &dwNumRead, NULL);
  
    return (int)dwNumRead;
}

Q 在用AT命令同手机通信时，需要注意哪些问题？

A 任何一个AT命令发给手机，都可能返回成功或失败。例如，用AT+CMGS命令发送短消息时，如果此时正好手机处于振铃或通话状态，就会返回一个"+CMS ERROR"。所以，应当在发送命令后，检测手机的响应，失败后重发。而且，因为只有一个通信端口，发送和接收不可能同时进行。

如果串口通信用超时控制的同步(阻塞)模式，一般做法是专门将发送/接收处理封装在一个工作子线程内。因为代码较多，这里就不详细介绍了。所附的Demo中，包含了完整的子线程和发送/接收应用程序界面的源码。

Q 以上AT命令，是不是所有厂家的手机都支持？

A ETSI GSM 07.05规范直到1998年才形成最终Release版本(Ver 7.0.1)，在这之前及之后一段时间内，不排除各厂商在DTE-DCE的短消息AT命令有所不同的可能性。我们用到的几个PDU模式下的AT命令，是基本的命令，从原则上讲，各厂家的手机以及GSM模块应该都支持，但可能有细微差别。

Q 用户信息(TP-UD)内除了一般意义上的短消息，还可以是图片和声音数据。关于手机铃声和图片格式方面，有什么规范吗？

A 为统一手机铃声、图片格式，Motorola和Ericsson, Siemens, Alcatel等共同开发了EMS(Enhanced Messaging Service)标准，并于2002年2月份公布。这些厂商格式相同。但另一手机巨头Nokia未参加标准的制定，手机铃声、图片格式与它们不同。所以没有形成统一的规范。EMS其实并没有超越GSM 07.05，只是TP-UD数据部分包含一定格式而已。各厂家的手机铃声、图片格式资料，可以查阅相关网站。

Q 用户信息(TP-UD)其实可以是任何的自定义数据，是吗？

A 是的，尽管手机上会显示乱码。这种情况下，编码方式已经没有任何意义。但注意仍然要遵守规范。比如，若指定7-bit编码方式，TP-UDL应等于实际数据长度的8/7(用进一法，而不是四舍五入)。在利用SMS进行点对点或多点对一点的数据通信的应用中，可以传输各种自定义数据，如GPS信息，环境监测信息，加密的个人信息，等等。

如果在传输自定义数据的同时还要收发普通短消息，最简单的办法是在数据前面额外加个识别标志，比如"FFFF"，以区分自定义数据和普通短消息。