使用μC/OS-II操作系統的短信息電話機

使用μC/OS-II操作系統的短信息電話機

作 者： 東南大學 何昭輝 謝吉華

摘　要：將μC/OS-II實時嵌入式操作系統移植到EPSON八位單片機上來開發短信息電話機。此電話機除普通電話的通用功能外，還增加了短消息收/發功能、信息瀏覽與查閱功能、信息點播與信息訂閱功能等。

關鍵詞：短信息電話機 實時操作系統 μC/OS-II

1 背 景

　　後PC時代的到來，使人們開始越來越多地接觸到一個新的概念——嵌入式產品。手機、PDA（如商務通）等均屬於手持式嵌入式產品，VCD機、機頂盒等也屬於嵌入式產品，而車載GPS系統、數控機牀、網絡冰箱等同樣都屬於嵌入式產品。信息電器具有信息服務功能，如網絡瀏覽、視頻點播、文字處理、電子郵件、個人數字助理等。後PC時代，家用電器將向數字化和網絡化發展，計算機都將嵌入到電視機、冰箱、微波爐、電話等中，並通過家庭控制中心與Internet 連接，轉變爲智能網絡家電；還可以實現遠程醫療、遠程教育等。據估計未來十年間，信息家電（網絡冰箱、機頂盒、家庭網關、數字機頂盒等）總量可達到 1~1.5億臺，總市場需求將達到900~1500億元。

　　Short Messages Phone(短信息電話機)是一種操作簡便、成本低廉的固定電話信息終端產品。它集成了網絡和智能電話的優點，是一種基於信息網絡的，具有交互功能的信息終端產品，可以通過固定電話網絡與信息中心進行數據雙向傳送。

2 系統功能及其實現方案

2.1 功能特點

　　短信息電話機除了實現普通電話機的通用功能外，還增加了短消息收/發、信息瀏覽與查閱、信息點播、信息訂閱、電話簿、來電號碼顯示與存儲、通話記錄、來電轉移、呼叫等待、呼叫限制、對屏幕的灰度進行設置、對回執進行設置以及時鐘和日曆功能、鬧鐘功能、特色鈴聲功能、記事本功能等。

　　短信息電話機還可以和信息中心在線交互，查看信息中心提供的信息（例如天氣預報、電視預告、電影預告、股價查詢、話費查詢、區號郵編查詢、新聞欄目、彩票信息等等），還可以訂閱一些自己喜歡的信息。在線瀏覽的信息取決於信息中心提供的信息。

　　短信息電話機就像是一個固定的手機。手機的功能幾乎它都具備。

2.2 硬件方案

1）MCU的選擇

　　MCU(Micro Control Unit)是整個方案的核心，由它來處理CPE（客戶端設備）與IIS（集成信息系統），控制整個電話機的各個功能部件。由於人機界面對速度的要求不是很高，數據通信速度也相對較低，一般的8位MCU就能夠滿足方案的要求。我們選擇EPSON 的EOC88系列的E0C88104芯片。

2）數據信號的解/編碼

　　① FSK(Frequency-shift keying)信號的解碼。FSK（頻移鍵控）的解碼選用臺灣華邦公司的W91030。它是用同步串口與MCU連接的，不僅能提供FSK的解碼，而且還能提供 CAS信號的檢測（CAS信號是IIS與CPE連接時下傳的一個很重要的握手信號）和振鈴檢測，是一款很實用的芯片，但它的成本較高。如果用分離器件，也能做到FSK解碼，但這樣做沒有經過驗證，風險較大。

　　② DTMF信號的解碼。選用的是9170，這一款芯片是很通用的。

　　③ DTMF信號的編碼。選用的是臺灣華邦公司的W91082，同樣是以同步串口與MCU相連接。

　　④ FSK的編碼。FSK信號的編碼不是必需的，考慮到FSK傳送的效率要比DTMF高20~28倍，當然最好選用FSK上傳方式。由於相應的FSK的編碼器件價位很高，本方案採用了低成本的軟件方式作爲後備模塊。


（3）語音電路

　　目前選用的是Philips公司的TEA1098。該器件集成了普通話音放大、消側音及免提功能，實用方便，但價位有點高。考慮到我們初次接觸電話電路，而且這部分也不是關鍵技術，爲了縮短研發週期，選擇這款芯片是比較合適的。

2.3 軟件方案

　　本系統選用μC/OS-II操作系統，將其移植到所選的MCU上。在main中建立一個起始任務StartTask。

int main (void){
OSInit();
OSTaskCreate((void*)StartTask,(void*)0X00,(OS_STK ) &StartTaskStk[START_TASK_STK_SIZE-1],0);
OSStart();
return 0;
}

起始任務中，首先建立一系列的信號量和郵箱：

Sem_Int_Ring = OSSemCreate(0) ;喚醒振鈴任務
Sem_Any_SMTask = OSSemCreate(0) ;喚醒短消息任務
Sem_Int_Keyboard = OSSemCreate(0) ;喚醒鍵盤任務
Sem_Int_ClockTask = OSSemCreate(0) ;喚醒時鐘中斷
Mbox_Any_UI= OSMboxCreate((void *)0);喚醒UI任務
Mbox_Int_Hook= OSMboxCreate((void *)0);喚醒摘掛機任務

然後，用OSTaskCreate()函數建立6個任務。任務名分別爲：HandsetTask（摘/掛機任務）、RingTask（響鈴任務）、 KeyTask（鍵盤任務）、SmTask（短消息任務）、UITask（用戶界面（UI）任務）、ClockTask（時鐘任務）。最後，在起始任務中將它本身刪除掉。

1）摘/掛機任務

　　當拿起聽筒或放下聽筒時，就產生中斷。在中斷中，調用 OSMboxPost(Mbox_Int_Hook，Msg_Int_Hook)來喚醒摘/掛機任務，同時清除中斷標誌。 Msg_Int_Hook[0]＝0x00爲摘機，Msg_Int_Hook[0]＝0x01爲掛機。

　　摘/掛機任務不斷調用 OSMboxPend(Mbox _Int_Hook，0，&err)來獲得信箱。獲得信箱後，根據Msg_Int_Hook[0]中的值，就知道是摘機還是掛機，然後調用 OSMboxPost(Mbox_Any_UI，Msg_Any_UI)來喚醒UI任務。Msg_Any_UI [0]＝任務號1，Msg_Any_UI [1]＝0x00爲摘機，Msg_Any_UI [1]＝0x01爲掛機。

　　在掛機的時候，如果先前是在響鈴的時候摘機的，那麼UI任務把它當做已接來電處理；如果不是在響鈴的時候摘機的，那麼在掛機的時候把它當做已撥電話處理。

2）振鈴任務

　　當鈴聲來到時，就產生中斷。在這個中斷中，調用OSSemPost(Sem_Int_Ring)來喚醒振鈴任務。

　　響鈴任務調用OSSemPend(Sem_Int_Ring，0，&err)來獲得信號量。獲得信號量後，就把下傳的號碼接收下來；根據號碼就可以知道是短信息，還是普通電話。

　　① 當是短信息時，就調用OSSemPost(Sem_Any _SMTask)來喚醒短消息任務；
　　② 如果是電話，就響鈴，同時調用OSMboxPost(Mbox_Any_UI，Msg_Any_UI)來喚醒UI任務。這時Msg_Any_UI[0]＝任務號2，從Msg_Any_UI[1]開始存的是來電時間和電話號碼，然後調用 OSSemPend(Sem_Int_Ring，RING_RECV_TIMEOUT，&err)，來延時響鈴一段時間。

　　如果在這段時間內沒有接電話，那麼必然會超時，於是就清除鈴聲中斷，同時調用OSMboxPost(Mbox_Any_UI，Msg_Any_UI)來喚醒UI任務，這時Msg_Any_UI[0]＝任務號2，Msg_Any_UI[1]＝0xff表示鈴聲結束。UI任務把它當作未接來電處理。

　　如果在這段時間內接電話，就必然喚醒摘/掛機任務。如果從響鈴到對摘/掛機任務處理完畢所需要的總時間還沒有到RING_RECV_TIMEOUT，那麼，當時間到了，UI任務也會收到鈴聲結束的消息；但此時，UI任務不對它做任何處理。

　　響鈴任務如何區別是正常的電話還是信息中心的來電信息呢?其實很簡單。信息中心也是一個終端，是由一個特定的號碼來確定的。就像用不同的電話號碼來區別不同的用戶一樣。這樣響鈴任務就可以根據電話線上下傳的號碼，來確定是哪種情況了。

3）鍵盤任務

　　有按鍵按下時，產生一中斷，在中斷服務子程序中調用OSSemPost(Sem_Int_Keyboard)來喚醒鍵盤任務，同時清除中斷標誌。鍵盤任務調用OSSemPend(Sem_Int_Keyboard,0,&err)來獲得信號量。獲得信號量後，鍵盤任務將調用 OSMboxPost(Mbox_Any_UI，Msg_Any_UI)喚醒UI任務。
　　Msg_Any_UI[0]爲任務號3， Msg_Any_UI[1]爲鍵值。

4）短消息任務

　　該任務調用OSSemPend(Sem_Any_SMTask,0,&err)獲得信號量。當獲得信號量後，通過標誌位判別是準備上傳數據還是下傳數據。

　　① 下傳數據時，將下傳的數據放在recv_buf[]中，然後調用OSMboxPost(Mbox_Any_UI，Msg_Any_UI)喚醒UI任務。Msg_Any_UI [0]＝任務號4，從Msg_Any_UI [1]開始存的是從recv_buf[]中篩選過的數據。這是在連上後從信息中心下載信息的情況，其中Msg_Any_UI [1]存的是信息的種類號，種類號都是大於0x80H小於0xFFH的；沒有連上信息中心或者是連上之後完成任務。這時recv_buf[1]存的就是0xff；如果剛剛連上，就在recv_buf[1]存0x01。
　　② 如果用戶需要發送短消息任務，先將信息存在Msg_send_buf[]中，然後UI任務調用OSSemPost(Sem_Any_SMTask)，將該任務激活。該任務提取存在Msg_send_buf[]中的信息後，包裝後保存在send_buf[]，然後將其發出去。

（5）用戶界面任務

　　UI任務一直在等待消息。當它被激活時，根據存在Msg_Any_UI[255]中的不同數據進行不同的處理。詳述見“3.用戶界面任務詳述”。

（6）時鐘任務

　　單片機每10ms產生一箇中斷，在這個中斷服務子程序中，對clock_count減1。當減爲0時，就調用 OSSemPost(Sem_Int_ClockTask)喚醒時鐘任務；同時，clock_count重新回到100。這樣每1s，就會調用一次 OSSemPost(Sem_Int_ClockTask)。時鐘任務調用 OSSemPend(Sem_Int_ClockTask,0,&err)獲得信號量。當獲得信號量時，就更新時間。如果在23：59：59的時候更新時間，那就要同時更新日期和星期。如果此時UI任務處於待機狀態，時鐘任務就調用 OSMboxPost(Mbox_Any_UI,Msg_Any_UI)來喚醒UI任務。Msg_Any_UI[0]爲任務號0x06。時鐘任務只是負責更新時間，顯示時間是由UI任務在待機的時候來完成的。

3 用戶界面任務詳述

　　在所有這些任務中，用戶界面任務做的工作相對比較煩瑣。首先，根據放在Msg_Any_UI[255]中的第一個字節，判斷是什麼任務激活了本任務。

　　① 如果是摘/掛機任務激活的，再判斷第二個字節的值，根據值的不同知道是掛機還是摘機。如果是掛機，就在液晶上顯示待機畫面。如果是摘機，就在液晶上顯示打電話圖標和有關的字樣，並等待鍵盤任務送來的數字鍵，將其顯示出來。(只有主動向外打電話才顯示數字鍵，在接電話按數字鍵轉接時不顯示數字鍵。)

　　② 如果是振鈴任務激活的，就將Msg_Any_UI[255]中接下來的來電號碼、時間和來電圖標顯示在液晶上。

　　③ 如果是鍵盤任務激活的，就根據3號任務放在Msg_Any_UI[255]中的鍵值和當前的工作模式做不同的處理。

　　如果是在摘機模式下，就只是響應數字鍵和#*鍵，並每按一個鍵就通過5號任務號碼發出去。

　　如果是在掛機模式下，那麼，就可以響應數字鍵和有關操作菜單的鍵（包括進入各個子菜單的快捷鍵、上下鍵、左右鍵、返回上級菜單鍵、快速返回待機畫面的鍵、確定鍵、刪除鍵、拼音輸入法/字母輸入法/數字輸入法/短語輸入法切換鍵）。各個菜單是不同的狀態，通過鍵值和原來的狀態可以知道現在該進入什麼狀態。然後根據新得到的狀態，進行相應的液晶刷新和完成相應的功能。比如添加、刪除、查找電話簿；添加、刪除、查找通話記錄；編輯短消息併發送出去，刪除草稿箱裏的短消息；寫記事本，設置鬧鐘、時間、日期，設置信箱的密碼，設置信息中心的號碼等。

    如果是在與信息中心的連接模式下，那麼就可以響應上下鍵，確定鍵（進入下級菜單），返回上一級菜單，通過選擇返回這個選項來實現。

　　④如果是短消息任務激活的，就根據Msg_ Any_UI[255]中的命令碼，來確定該信息的模塊種類是信息下載管理模塊、信息上傳管理模塊、信息詢問管理模塊，或者是屏幕信息輸出管理模塊，然後，再根據Msg_Any_UI[255]中接下來的信息做相應的處理。

　　⑤ 如果是時鐘任務激活的，UI任務就刷新界面上的時間、日期和星期這些信息。

4 調試環境與調試成果

　　此程序用EPSON公司的S1C88 C-Compiler編譯器編譯，用EPSON公司的ICE88UR 的E0C88系列在線仿真器進行仿真。在仿真器下仿真完畢後，再脫機運行。試驗結果令人滿意，達到了預期的效果。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（收稿日期：2003-01-13）