基于ARM硬件的手持機(jī)間短消息交互的程序設(shè)計(jì)

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(jī)成為電報(bào)式的解讀工具，使視覺(jué)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(jué)式的信息傳輸、解析特點(diǎn)，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(jī)時(shí)，不同的用戶之間需要進(jìn)行文本信息交互。本文基于現(xiàn)實(shí)需求，根據(jù)短信的基本定義并參考現(xiàn)代手機(jī)中短信的功能設(shè)計(jì)，研究了一套實(shí)現(xiàn)短消息功能的方案，以實(shí)現(xiàn)短消息的編輯、存儲(chǔ)、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(jì)

手持機(jī)的短消息通信功能是嵌入式通信系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)方案的一部分，不同的嵌入式手持機(jī)設(shè)備通過(guò)網(wǎng)線采用星型拓?fù)浣Y(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(shí)現(xiàn)手持機(jī)與電腦之間的信令交互和狀態(tài)控制，最終使控制終端實(shí)現(xiàn)對(duì)固定格式的短消息信令的轉(zhuǎn)發(fā)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)不同手持機(jī)間的短消息通信，其星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示。

手持機(jī)是互聯(lián)互通功能實(shí)現(xiàn)的終端，其短消息功能實(shí)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(gè)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(chǔ)、短消息刪除。

1.1硬件模塊簡(jiǎn)介

實(shí)現(xiàn)短消息通信功能的硬件系統(tǒng)包括計(jì)算機(jī)和手持機(jī)兩大部分，計(jì)算機(jī)為成型的商業(yè)電腦，不再贅述。手持機(jī)為自主設(shè)計(jì)，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(kù)IC)、容量為64 Mb的W25Q64的FLASH存儲(chǔ)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(pán)(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(jì)的內(nèi)核為CortexM3的32位處理器，其最高工作頻率達(dá)72 MHz，內(nèi)部含有256 KB的FLASH和64 KB的SRAM，實(shí)時(shí)性好，且具有很強(qiáng)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(jī)實(shí)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(dòng)芯片、顯示屏(128×64像素)和內(nèi)置標(biāo)準(zhǔn)字庫(kù)的存儲(chǔ)芯片，可以通過(guò)STM32F107VCT6的引腳接口實(shí)現(xiàn)對(duì)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(biāo)準(zhǔn)SPI，最大SPI時(shí)鐘可達(dá)80 MHz[2]。在本設(shè)計(jì)中是利用STM32F107VCT6自帶的SPI來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)外部FLASH(即W25Q64)存儲(chǔ)內(nèi)容的讀寫(xiě)，以實(shí)現(xiàn)手持機(jī)短消息的存儲(chǔ)、刪除功能。

網(wǎng)絡(luò)控制芯片VM35RB DP83848VVVBC是美國(guó)國(guó)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(diǎn)，對(duì)各種標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)解決方案有良好的兼容性，在本設(shè)計(jì)中通過(guò)UDP通信方式實(shí)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(jiǎn)介

實(shí)現(xiàn)短消息通信功能的軟件系統(tǒng)包括計(jì)算機(jī)中控軟件和手持機(jī)操作軟件兩個(gè)部分。

計(jì)算機(jī)中控軟件采用VC++編寫(xiě)，利用VS2003開(kāi)發(fā)環(huán)境基于無(wú)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(biāo)ID和目標(biāo)ID所指向手持機(jī)的工作狀態(tài)，決定是否轉(zhuǎn)發(fā)短消息。代碼相對(duì)簡(jiǎn)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(dòng)程序、顯示芯片驅(qū)動(dòng)和顯示程序、網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)及初始化程序、按鍵控制程序以及短消息實(shí)現(xiàn)程序。在本設(shè)計(jì)中，手持機(jī)操作軟件的編寫(xiě)不依賴操作系統(tǒng)，為自主設(shè)計(jì)的代碼，以上5部分代碼是在ST公司自帶的庫(kù)文件上編寫(xiě)。手持機(jī)開(kāi)機(jī)后，程序初始化，配置好STM32F107VCT6的內(nèi)部時(shí)鐘以及SPI、鍵盤(pán)、W25Q64、顯示屏、網(wǎng)絡(luò)接口等外設(shè)的引腳，并分別啟動(dòng)。之后利用UDP協(xié)議通過(guò)網(wǎng)絡(luò)向電腦控制終端上報(bào)開(kāi)機(jī)信息。在開(kāi)機(jī)后，以心跳的方式每3 s向控制終端匯報(bào)一次工作狀態(tài)。最后通過(guò)鍵盤(pán)操作進(jìn)入到短消息界面，進(jìn)行短消息的操作(接收短消息通過(guò)中斷的方式進(jìn)行)。

2短消息實(shí)現(xiàn)的程序設(shè)計(jì)

在本設(shè)計(jì)中，短消息是由手持機(jī)編輯并發(fā)出，以特定格式的信令通過(guò)控制終端的解析、轉(zhuǎn)發(fā)到目的手持機(jī)，手持機(jī)短消息菜單界面分為收件箱、寫(xiě)信息、發(fā)件箱、刪除短信4個(gè)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(chǔ)，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(shí)現(xiàn)是利用網(wǎng)絡(luò)通信中斷函數(shù)ETH_IRQHandler()，通過(guò)指定端口接收并解析來(lái)自控制終端轉(zhuǎn)發(fā)的短消息信令，并將之存儲(chǔ)在W25Q64芯片中。

“刪除短信”功能就是對(duì)存儲(chǔ)在W25Q64中的發(fā)送信息、接收信息進(jìn)行擦除，即將目標(biāo)存儲(chǔ)空間覆蓋特定字符，如0x00。在本設(shè)計(jì)中存儲(chǔ)芯片W25Q64最小擦除單位為一個(gè)4 KB大小的扇區(qū)[2]，為了使程序邏輯更加簡(jiǎn)單明了，對(duì)信息的刪除，以及對(duì)接收信息、發(fā)送信息的存儲(chǔ)操作都是以4 KB為單位對(duì)W25Q64的扇區(qū)進(jìn)行操作的。

“寫(xiě)信息”功能是短消息功能實(shí)現(xiàn)代碼中最龐大也是最核心的部分，即通過(guò)鍵盤(pán)操作，參考T9輸入算法編輯文字(包括英、漢、數(shù)字、標(biāo)點(diǎn)等)，并提取相應(yīng)的GB2312碼存放到STM32F107VCT6開(kāi)辟的緩存buffer中。當(dāng)決定發(fā)送時(shí)，與輸入的信宿號(hào)碼(相當(dāng)于手機(jī)號(hào)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(guò)網(wǎng)絡(luò)接口發(fā)送出去，并將之存儲(chǔ)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(chǔ)(包括刪除)、接收短消息的代碼相對(duì)簡(jiǎn)單，技術(shù)實(shí)現(xiàn)難度較低，在此不再贅述?！皩?xiě)信息”中漢字編輯的難度較高，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)英文、數(shù)字、標(biāo)點(diǎn)的編輯，因此，以漢字的編輯過(guò)程為主要對(duì)象進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

2.1“寫(xiě)信息”程序設(shè)計(jì)與狀態(tài)轉(zhuǎn)換

“寫(xiě)信息”菜單的代碼程序參考了當(dāng)前市場(chǎng)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(dāng)改進(jìn)。不同的輸入內(nèi)容可通過(guò)“#”鍵進(jìn)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(xiě)字母、標(biāo)點(diǎn)符號(hào)以快速連按的方式進(jìn)行選擇并輸入，程序設(shè)計(jì)相對(duì)簡(jiǎn)單。以漢語(yǔ)拼音的方式實(shí)現(xiàn)漢字輸入的方法需要隨時(shí)根據(jù)鍵盤(pán)和顯示屏的顯示內(nèi)容進(jìn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)換，過(guò)程相對(duì)復(fù)雜。

漢字擁有固定的形、音對(duì)應(yīng)關(guān)系，這是漢字編輯的邏輯起點(diǎn)。利用T9拼音輸入漢字的思維邏輯是：一個(gè)漢字至少對(duì)應(yīng)一個(gè)拼音，因此可利用漢字對(duì)應(yīng)的漢語(yǔ)拼音查找同音漢字，然后在同音漢字中查找目標(biāo)漢字?！皩?xiě)信息”菜單中漢字編輯的實(shí)現(xiàn)及狀態(tài)機(jī)轉(zhuǎn)換過(guò)程也是與這種認(rèn)知規(guī)律相一致，即是一個(gè)采用循環(huán)[34]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(guò)程[5]。

首先通過(guò)“#”號(hào)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(guò)鍵盤(pán)2～9輸入代表拼音的數(shù)字串，并在顯示屏上實(shí)時(shí)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(guò)C鍵刪除上一個(gè)錯(cuò)誤輸入的數(shù)字，若代表拼音的數(shù)字串輸入正確，則通過(guò)A或B鍵查找目標(biāo)字符拼音，即篩選與數(shù)字串對(duì)應(yīng)的拼音組合;若拼音組合也正確，則判斷、確定目標(biāo)漢字，即按下“1”鍵，確定拼音，并通過(guò)1～5鍵選擇排列的1～5個(gè)漢字，存儲(chǔ)其GB2312碼，并將其對(duì)應(yīng)的點(diǎn)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(gè)漢字。至此一個(gè)漢字的輸入過(guò)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(hào)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(xiàn)[1]中漢字“幫”的輸入過(guò)程(如圖2右圖所示)。

2.2信息功能實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵點(diǎn)設(shè)計(jì)

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(jì)合理的信令結(jié)構(gòu)是其中的關(guān)鍵點(diǎn)。

2.2.1“碼表查找”數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

漢字輸入法的實(shí)現(xiàn)過(guò)程實(shí)際上是一個(gè)根據(jù)鍵盤(pán)輸入查找拼音組合以及相應(yīng)漢字的過(guò)程,但關(guān)鍵在于數(shù)字串到拼音往往是一種多對(duì)多的映射關(guān)系，而拼音到同音的漢字排列表是一種一對(duì)多的映射關(guān)系。為實(shí)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(duì)應(yīng)的拼音，再根據(jù)該拼音找到對(duì)應(yīng)的漢字，最后根據(jù)漢字的機(jī)內(nèi)碼到漢字字庫(kù)中查找漢字的顯示點(diǎn)陣，這一過(guò)程不妨稱為“碼表查找”過(guò)程?！按a表查找”的實(shí)現(xiàn)中對(duì)合理碼表的設(shè)計(jì)具有重要意義[4]。

拼音索引數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，是一個(gè)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(gè)完整的三級(jí)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(duì)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(duì)應(yīng)的拼音，以及拼音碼表數(shù)組3部分組成。