引言
短消息是現(xiàn)代通信的重要形式之一，短信業(yè)務(wù)讓手機成為電報式的解讀工具，使視覺文字成為現(xiàn)代通信中傳遞信息和溝通的一種重要方式。短信這種文字視覺式的信息傳輸、解析特點，使其他類似的短消息業(yè)務(wù)廣泛應(yīng)用于具備通信功能的嵌入式手持設(shè)備中。
在研制一種基于STM32F107VCT6芯片的互聯(lián)形嵌入式手持機時，不同的用戶之間需要進行文本信息交互。本文基于現(xiàn)實需求，根據(jù)短信的基本定義并參考現(xiàn)代手機中短信的功能設(shè)計，研究了一套實現(xiàn)短消息功能的方案，以實現(xiàn)短消息的編輯、存儲、發(fā)送、接收等功能，并在某嵌入式手持設(shè)備中獲得了應(yīng)用。
1短消息總體設(shè)計
手持機的短消息通信功能是嵌入式通信系統(tǒng)整體設(shè)計方案的一部分，不同的嵌入式手持機設(shè)備通過網(wǎng)線采用星型拓撲結(jié)構(gòu)與控制終端電腦相連，利用控制終端軟件的調(diào)度實現(xiàn)手持機與電腦之間的信令交互和狀態(tài)控制，最終使控制終端實現(xiàn)對固定格式的短消息信令的轉(zhuǎn)發(fā)，進而實現(xiàn)不同手持機間的短消息通信，其星型拓撲結(jié)構(gòu)如圖1所示。
手持機是互聯(lián)互通功能實現(xiàn)的終端，其短消息功能實現(xiàn)的方案是：在STM32F107VCT6主控芯片的調(diào)度下，相關(guān)外圍軟、硬件外設(shè)相互配合，完成短消息的4個功能模塊，即短消息發(fā)送(包括文字編輯)、短消息接收、短消息存儲、短消息刪除。
1.1硬件模塊簡介
實現(xiàn)短消息通信功能的硬件系統(tǒng)包括計算機和手持機兩大部分，計算機為成型的商業(yè)電腦，不再贅述。手持機為自主設(shè)計，其硬件電路主要由以下幾部分組成，即控制芯片STM32F107VCT6、像素為128×64的JLX12864G573PC型液晶顯示模塊(包括字庫IC)、容量為64 Mb的W25Q64的FLASH存儲芯片、網(wǎng)絡(luò)通信模塊(包括網(wǎng)絡(luò)控制芯片VM35RB DP83848VVVBC及網(wǎng)絡(luò)變壓器HR911105A及其附屬電容、電阻)、4×5鍵盤(包括0～9及A、B、C、#鍵及上、下、確定鍵)，以及電源等其他外設(shè)。
STM32F107VCT6是ST公司設(shè)計的內(nèi)核為CortexM3的32位處理器，其最高工作頻率達72 MHz，內(nèi)部含有256 KB的FLASH和64 KB的SRAM，實時性好，且具有很強的中斷處理能力，目前廣泛應(yīng)用于嵌入式和手持設(shè)備中，是手持機實現(xiàn)短消息功能的核心部件。
JLX12864G573PC型液晶顯示模塊包括ST7565R驅(qū)動芯片、顯示屏(128×64像素)和內(nèi)置標準字庫的存儲芯片，可以通過STM32F107VCT6的引腳接口實現(xiàn)對字符、圖片的提取、顯示以及變更等操作。
W25Q64是華邦公司推出的大容量SPI FLASH產(chǎn)品，容量為8 MB，支持標準SPI，最大SPI時鐘可達80 MHz[2]。在本設(shè)計中是利用STM32F107VCT6自帶的SPI來實現(xiàn)對外部FLASH(即W25Q64)存儲內(nèi)容的讀寫，以實現(xiàn)手持機短消息的存儲、刪除功能。
網(wǎng)絡(luò)控制芯片VM35RB DP83848VVVBC是美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的一種支持10/100 Mbps的單路物理層網(wǎng)絡(luò)芯片，具備良好的魯棒性和低功耗特點，對各種標準的以太網(wǎng)解決方案有良好的兼容性，在本設(shè)計中通過UDP通信方式實現(xiàn)主電腦控制終端的信令交互與短消息收發(fā)。
1.2軟件模塊簡介
實現(xiàn)短消息通信功能的軟件系統(tǒng)包括計算機中控軟件和手持機操作軟件兩個部分。
計算機中控軟件采用VC++編寫，利用VS2003開發(fā)環(huán)境基于無鏈接的UDP協(xié)議，自定義了短消息類，接收并解析收到的短消息信令，根據(jù)信令中包含的目標ID和目標ID所指向手持機的工作狀態(tài)，決定是否轉(zhuǎn)發(fā)短消息。代碼相對簡單，不再贅述。
短消息的程序?qū)崿F(xiàn)方面主要由以下5部分組成：STM32F107VCT6的驅(qū)動程序、顯示芯片驅(qū)動和顯示程序、網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動及初始化程序、按鍵控制程序以及短消息實現(xiàn)程序。在本設(shè)計中，手持機操作軟件的編寫不依賴操作系統(tǒng)，為自主設(shè)計的代碼，以上5部分代碼是在ST公司自帶的庫文件上編寫。手持機開機后，程序初始化，配置好STM32F107VCT6的內(nèi)部時鐘以及SPI、鍵盤、W25Q64、顯示屏、網(wǎng)絡(luò)接口等外設(shè)的引腳，并分別啟動。之后利用UDP協(xié)議通過網(wǎng)絡(luò)向電腦控制終端上報開機信息。在開機后，以心跳的方式每3 s向控制終端匯報一次工作狀態(tài)。最后通過鍵盤操作進入到短消息界面，進行短消息的操作(接收短消息通過中斷的方式進行)。
2短消息實現(xiàn)的程序設(shè)計
在本設(shè)計中，短消息是由手持機編輯并發(fā)出，以特定格式的信令通過控制終端的解析、轉(zhuǎn)發(fā)到目的手持機，手持機短消息菜單界面分為收件箱、寫信息、發(fā)件箱、刪除短信4個子菜單，其界面如圖2左圖所示。
“收件箱”即接收到信息后，將信息解析、存儲，以便查看、編輯(包括刪除、轉(zhuǎn)發(fā))的功能菜單。其接收功能是“收件箱”的核心，具體實現(xiàn)是利用網(wǎng)絡(luò)通信中斷函數(shù)ETH_IRQHandler()，通過指定端口接收并解析來自控制終端轉(zhuǎn)發(fā)的短消息信令，并將之存儲在W25Q64芯片中。
“刪除短信”功能就是對存儲在W25Q64中的發(fā)送信息、接收信息進行擦除，即將目標存儲空間覆蓋特定字符，如0x00。在本設(shè)計中存儲芯片W25Q64最小擦除單位為一個4 KB大小的扇區(qū)[2]，為了使程序邏輯更加簡單明了，對信息的刪除，以及對接收信息、發(fā)送信息的存儲操作都是以4 KB為單位對W25Q64的扇區(qū)進行操作的。
“寫信息”功能是短消息功能實現(xiàn)代碼中最龐大也是最核心的部分，即通過鍵盤操作，參考T9輸入算法編輯文字(包括英、漢、數(shù)字、標點等)，并提取相應(yīng)的GB2312碼存放到STM32F107VCT6開辟的緩存buffer中。當決定發(fā)送時，與輸入的信宿號碼(相當于手機號碼)一起按照固定格式組成一條短消息信令，利用UDP協(xié)議通過網(wǎng)絡(luò)接口發(fā)送出去，并將之存儲到W25Q64芯片中預(yù)先劃分的“發(fā)件箱”區(qū)域中，即“發(fā)件箱”所能夠查看的內(nèi)容。
存儲(包括刪除)、接收短消息的代碼相對簡單，技術(shù)實現(xiàn)難度較低，在此不再贅述?！皩懶畔ⅰ敝袧h字編輯的難度較高，遠遠超過英文、數(shù)字、標點的編輯，因此，以漢字的編輯過程為主要對象進行詳細說明。
2.1“寫信息”程序設(shè)計與狀態(tài)轉(zhuǎn)換
“寫信息”菜單的代碼程序參考了當前市場流行的T9輸入法的界面和基本操作流程，并根據(jù)應(yīng)用需求做適當改進。不同的輸入內(nèi)容可通過“#”鍵進行循環(huán)切換，數(shù)字輸入采用直接按鍵的方式，英文大/小寫字母、標點符號以快速連按的方式進行選擇并輸入，程序設(shè)計相對簡單。以漢語拼音的方式實現(xiàn)漢字輸入的方法需要隨時根據(jù)鍵盤和顯示屏的顯示內(nèi)容進行狀態(tài)轉(zhuǎn)換，過程相對復(fù)雜。
漢字擁有固定的形、音對應(yīng)關(guān)系，這是漢字編輯的邏輯起點。利用T9拼音輸入漢字的思維邏輯是：一個漢字至少對應(yīng)一個拼音，因此可利用漢字對應(yīng)的漢語拼音查找同音漢字，然后在同音漢字中查找目標漢字?！皩懶畔ⅰ辈藛沃袧h字編輯的實現(xiàn)及狀態(tài)機轉(zhuǎn)換過程也是與這種認知規(guī)律相一致，即是一個采用循環(huán)[34]結(jié)構(gòu)，不斷查找、判斷輸入數(shù)字串與拼音組合及同拼音漢字這三者之間的映射關(guān)系過程[5]。
首先通過“#”號鍵調(diào)整輸入方式，使之處于漢字輸入的狀態(tài)下;然后通過鍵盤2～9輸入代表拼音的數(shù)字串，并在顯示屏上實時顯示拼音的“匹配結(jié)果”，若代表拼音的數(shù)字串輸入有誤，可以通過C鍵刪除上一個錯誤輸入的數(shù)字，若代表拼音的數(shù)字串輸入正確，則通過A或B鍵查找目標字符拼音，即篩選與數(shù)字串對應(yīng)的拼音組合;若拼音組合也正確，則判斷、確定目標漢字，即按下“1”鍵，確定拼音，并通過1～5鍵選擇排列的1～5個漢字，存儲其GB2312碼，并將其對應(yīng)的點陣組合顯示到顯示屏上，或利用上、下鍵選擇下一組同音的5個漢字。至此一個漢字的輸入過程便完成了，下一步則可以根據(jù)短消息編輯的需求，決定是繼續(xù)輸入漢字還是按下確定鍵輸入信宿的號碼，并按發(fā)送鍵將保存的GB2312碼流發(fā)送出去。算法的主體結(jié)構(gòu)如圖3所示，并可借鑒參考文獻[1]中漢字“幫”的輸入過程(如圖2右圖所示)。
2.2信息功能實現(xiàn)的關(guān)鍵點設(shè)計
要完成短消息的編輯、發(fā)送和接收等主體功能，漢字拼音碼表的查找，中、英文混排編輯以及設(shè)計合理的信令結(jié)構(gòu)是其中的關(guān)鍵點。
2.2.1“碼表查找”數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
漢字輸入法的實現(xiàn)過程實際上是一個根據(jù)鍵盤輸入查找拼音組合以及相應(yīng)漢字的過程,但關(guān)鍵在于數(shù)字串到拼音往往是一種多對多的映射關(guān)系，而拼音到同音的漢字排列表是一種一對多的映射關(guān)系。為實現(xiàn)正確的漢字輸入，首先要獲得正確組合的數(shù)字串，根據(jù)數(shù)字串找到對應(yīng)的拼音，再根據(jù)該拼音找到對應(yīng)的漢字，最后根據(jù)漢字的機內(nèi)碼到漢字字庫中查找漢字的顯示點陣，這一過程不妨稱為“碼表查找”過程?！按a表查找”的實現(xiàn)中對合理碼表的設(shè)計具有重要意義[4]。
拼音索引數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，是一個包括輸入數(shù)字序列、拼音、拼音碼表的結(jié)構(gòu)體，這三者構(gòu)成一個完整的三級映射關(guān)系。其定義如下：
typedef struct {
u8 *py_input;//輸入的數(shù)字序列
u8 *py; //數(shù)字序列對應(yīng)的拼音
u8 *pymb; //拼音碼表
}py_index;
其中具體的拼音索引表(部分)由2～9數(shù)字組合成的數(shù)字序列、數(shù)字序列對應(yīng)的拼音，以及拼音碼表數(shù)組3部分組成。
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