GSM PDU 编码与 AT 命令-优快云博客

本文介绍 GSM PDU 的核心编码方式，并给出 7-bit、8-bit 和 UCS2 编码的实现代码。此外，还详细讲解了如何使用 AT 命令发送、接收和管理短消息。

作者：bhw98

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原文出处：http://www.kernelstudio.com/getitem.asp?id=14

Q 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。

相关资源:
ETSI官方网站：http://www.etsi.org
3GPP官方网站：http://www.3gpp.org

通过串口收发短消息(下)