使用μC/OS-II操作系统的短信息电话机

将μC/OS-II实时嵌入式操作系统移植到EPSON八位单片机上来开发短信息电话机。此电话机除普通电话的通用功能外,还增加了短消息收/发功能、信息浏览与查阅功能、信息点播与信息订阅功能等。

关键词 短信息电话机 实时操作系统 μC/OS-II

1  背景

　　后PC时代的到来,使人们开始越来越多地接触到一个新的概念——嵌入式产品。手机、PDA（如商务通）等均属于手持式嵌入式产品,VCD机、机顶盒等也属于嵌入式产品,而车载GPS系统、数控机床、网络冰箱等同样都属于嵌入式产品。信息电器具有信息服务功能,如网络浏览、视频点播、文字处理、电子邮件、个人数字助理等。后PC时代,家用电器将向数字化和网络化发展,计算机都将嵌入到电视机、冰箱、微波炉、电话等中,并通过家庭控制中心与Internet连接,转变为智能网络家电;还可以实现远程医疗、远程教育等。据估计未来十年间,信息家电（网络冰箱、机顶盒、家庭网关、数字机顶盒等）总量可达到1~1.5亿台,总市场需求将达到900~1500亿元。

　　Short Messages Phone(短信息电话机)是一种操作简便、成本低廉的固定电话信息终端产品。它集成了网络和智能电话的优点,是一种基于信息网络的,具有交互功能的信息终端产品,可以通过固定电话网络与信息中心进行数据双向传送。

2  系统功能及其实现方案

2.1  功能特点

　　短信息电话机除了实现普通电话机的通用功能外,还增加了短消息收/发、信息浏览与查阅、信息点播、信息订阅、电话簿、来电号码显示与存储、通话记录、来电转移、呼叫等待、呼叫限制、对屏幕的灰度进行设置、对回执进行设置以及时钟和日历功能、闹钟功能、特色铃声功能、记事本功能等。

　　短信息电话机还可以和信息中心在线交互,查看信息中心提供的信息（例如天气预报、电视预告、电影预告、股价查询、话费查询、区号邮编查询、新闻栏目、彩票信息等等）,还可以订阅一些自己喜欢的信息。在线浏览的信息取决于信息中心提供的信息。

　　短信息电话机就像是一个固定的手机。手机的功能几乎它都具备。

2.2  硬件方案

　　（1）MCU的选择

　　MCU是整个方案的核心,由它来处理CPE（客户端设备）与IIS（集成信息系统）,控制整个电话机的各个功能部件。由于人机界面对速度的要求不是很高,数据通信速度也相对较低,一般的8位MCU就能够满足方案的要求。我们选择EPSON 的EOC88系列的E0C88104芯片。

　　（2）  数据信号的解/编码

　　①  FSK信号的解码。FSK（频移键控）的解码选用***华邦公司的W91030。它是用同步串口与MCU连接的,不仅能提供FSK的解码,而且还能提供CAS信号的检测（CAS信号是IIS与CPE连接时下传的一个很重要的握手信号）和振铃检测,是一款很实用的芯片,但它的成本较高。如果用分离器件,也能做到FSK解码,但这样做没有经过验证,风险较大。

　　②  DTMF信号的解码。选用的是9170,这一款芯片是很通用的。

　　③  DTMF信号的编码。选用的是***华邦公司的W91082,同样是以同步串口与MCU相连接。

　　④  FSK的编码。FSK信号的编码不是必需的,考虑到FSK传送的效率要比DTMF高20~28倍,当然最好选用FSK上传方式。由于相应的FSK的编码器件价位很高,本方案采用了低成本的软件方式作为后备模块。

　　（3）  语音电路

　　目前选用的是Philips公司的TEA1098。该器件集成了普通话音放大、消侧音及免提功能,实用方便,但价位有点高。考虑到我们初次接触电话电路,而且这部分也不是关键技术,为了缩短研发周期,选择这款芯片是比较合适的。

2.3  软件方案

　　本系统选用μC/OS-II操作系统,将其移植到所选的MCU上。在main中建立一个起始任务

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

起始任务中,首先建立一系列的信号量和邮箱：

Sem_Int_Ring = OSSemCreate(0) ;唤醒振铃任务
Sem_Any_SMTask = OSSemCreate(0) ;唤醒短消息任务
Sem_Int_Keyboard = OSSemCreate(0) ;唤醒键盘任务
Sem_Int_ClockTask = OSSemCreate(0) ;唤醒时钟中断
Mbox_Any_UI= OSMboxCreate((void *)0);唤醒UI任务
Mbox_Int_Hook= OSMboxCreate((void *)0);唤醒摘挂机任务

然后,用OSTaskCreate()函数建立6个任务。任务名分别为：HandsetTask（摘/挂机任务）、RingTask（响铃任务）、KeyTask（键盘任务）、SmTask（短消息任务）、UITask（用户界面（UI）任务）、ClockTask（时钟任务）。最后,在起始任务中将它本身删除掉。

　　（1）  摘/挂机任务

　　当拿起听筒或放下听筒时,就产生中断。在中断中,调用OSMboxPost(Mbox_Int_Hook,Msg_Int_Hook)来唤醒摘/挂机任务,同时清除中断标志。Msg_Int_Hook[0]＝0x00为摘机,Msg_Int_Hook[0]＝0x01为挂机。

　　摘/挂机任务不断调用OSMboxPend(Mbox _Int_Hook,0,&err)来获得信箱。获得信箱后,根据Msg_Int_Hook[0]中的值,就知道是摘机还是挂机,然后调用OSMboxPost(Mbox_Any_UI,Msg_Any_UI)来唤醒UI任务。Msg_Any_UI [0]＝任务号1,Msg_Any_UI [1]＝0x00为摘机,Msg_Any_UI [1]＝0x01为挂机。

　　在挂机的时候,如果先前是在响铃的时候摘机的,那么UI任务把它当做已接来电处理;如果不是在响铃的时候摘机的,那么在挂机的时候把它当做已拨电话处理。

　　（2）  振铃任务

　　当铃声来到时,就产生中断。在这个中断中,调用OSSemPost(Sem_Int_Ring)来唤醒振铃任务。

　　响铃任务调用OSSemPend(Sem_Int_Ring,0,&err)来获得信号量。获得信号量后,就把下传的号码接收下来;根据号码就可以知道是短信息,还是普通电话。

　　①  当是短信息时,就调用OSSemPost(Sem_Any _SMTask)来唤醒短消息任务;
　　②  如果是电话,就响铃,同时调用OSMboxPost(Mbox_Any_UI,Msg_Any_UI)来唤醒UI任务。这时Msg_Any_UI[0]＝任务号2,从Msg_Any_UI[1]开始存的是来电时间和电话号码,然后调用OSSemPend(Sem_Int_Ring,RING_RECV_TIMEOUT,&err),来延时响铃一段时间。

　　如果在这段时间内没有接电话,那么必然会超时,于是就清除铃声中断,同时调用OSMboxPost(Mbox_Any_UI,Msg_Any_UI)来唤醒UI任务,这时Msg_Any_UI[0]＝任务号2,Msg_Any_UI[1]＝0xff表示铃声结束。UI任务把它当作未接来电处理。

　　如果在这段时间内接电话,就必然唤醒摘/挂机任务。如果从响铃到对摘/挂机任务处理完毕所需要的总时间还没有到RING_RECV_TIMEOUT,那么,当时间到了,UI任务也会收到铃声结束的消息;但此时,UI任务不对它做任何处理。

　　响铃任务如何区别是正常的电话还是信息中心的来电信息呢?其实很简单。信息中心也是一个终端,是由一个特定的号码来确定的。就像用不同的电话号码来区别不同的用户一样。这样响铃任务就可以根据电话线上下传的号码,来确定是哪种情况了。

　　（3）  键盘任务

　　有按键按下时,产生一中断,在中断服务子程序中调用OSSemPost(Sem_Int_Keyboard)来唤醒键盘任务,同时清除中断标志。键盘任务调用OSSemPend(Sem_Int_Keyboard,0,&err)来获得信号量。获得信号量后,键盘任务将调用OSMboxPost(Mbox_Any_UI,Msg_Any_UI)唤醒UI任务。
　　Msg_Any_UI[0]为任务号3, Msg_Any_UI[1]为键值。

　　（4）  短消息任务

　　该任务调用OSSemPend(Sem_Any_SMTask,0,&err)获得信号量。当获得信号量后,通过标志位判别是准备上传数据还是下传数据。

　　①  下传数据时,将下传的数据放在recv_buf[]中,然后调用OSMboxPost(Mbox_Any_UI,Msg_Any_UI)唤醒UI任务。Msg_Any_UI [0]＝任务号4,从Msg_Any_UI [1]开始存的是从recv_buf[]中筛选过的数据。这是在连上后从信息中心下载信息的情况,其中Msg_Any_UI [1]存的是信息的种类号,种类号都是大于0x80H小于0xFFH的;没有连上信息中心或者是连上之后完成任务。这时recv_buf[1]存的就是0xff;如果刚刚连上,就在recv_buf[1]存0x01。
　　②  如果用户需要发送短消息任务,先将信息存在Msg_send_buf[]中,然后UI任务调用OSSemPost(Sem_Any_SMTask),将该任务激活。该任务提取存在Msg_send_buf[]中的信息后,包装后保存在send_buf[],然后将其发出去。

　　（5）  用户界面任务

　　UI任务一直在等待消息。当它被激活时,根据存在Msg_Any_UI[255]中的不同数据进行不同的处理。详述见“3.用户界面任务详述”。

　　（6）  时钟任务

　　单片机每10ms产生一个中断,在这个中断服务子程序中,对clock_count减1。当减为0时,就调用OSSemPost(Sem_Int_ClockTask)唤醒时钟任务;同时,clock_count重新回到100。这样每1s,就会调用一次OSSemPost(Sem_Int_ClockTask)。时钟任务调用OSSemPend(Sem_Int_ClockTask,0,&err)获得信号量。当获得信号量时,就更新时间。如果在23：59：59的时候更新时间,那就要同时更新日期和星期。如果此时UI任务处于待机状态,时钟任务就调用OSMboxPost(Mbox_Any_UI,Msg_Any_UI)来唤醒UI任务。Msg_Any_UI[0]为任务号0x06。时钟任务只是负责更新时间,显示时间是由UI任务在待机的时候来完成的。

3  用户界面任务详述

　　在所有这些任务中,用户界面任务做的工作相对比较烦琐。首先,根据放在Msg_Any_UI[255]中的第一个字节,判断是什么任务激活了本任务。

　　①  如果是摘/挂机任务激活的,再判断第二个字节的值,根据值的不同知道是挂机还是摘机。如果是挂机,就在液晶上显示待机画面。如果是摘机,就在液晶上显示打电话图标和有关的字样,并等待键盘任务送来的数字键,将其显示出来。(只有主动向外打电话才显示数字键,在接电话按数字键转接时不显示数字键。)
　　②  如果是振铃任务激活的,就将Msg_Any_UI[255]中接下来的来电号码、时间和来电图标显示在液晶上。
　　③  如果是键盘任务激活的,就根据3号任务放在Msg_Any_UI[255]中的键值和当前的工作模式做不同的处理。

　　如果是在摘机模式下,就只是响应数字键和#*键,并每按一个键就通过5号任务号码发出去。

　　如果是在挂机模式下,那么,就可以响应数字键和有关操作菜单的键（包括进入各个子菜单的快捷键、上下键、左右键、返回上级菜单键、快速返回待机画面的键、确定键、删除键、拼音输入法/字母输入法/数字输入法/短语输入法切换键）。各个菜单是不同的状态,通过键值和原来的状态可以知道现在该进入什么状态。然后根据新得到的状态,进行相应的液晶刷新和完成相应的功能。比如添加、删除、查找电话簿;添加、删除、查找通话记录;编辑短消息并发送出去,删除草稿箱里的短消息;写记事本,设置闹钟、时间、日期,设置信箱的密码,设置信息中心的号码等。

　　如果是在与信息中心的连接模式下,那么就可以响应上下键,确定键（进入下级菜单）,返回上一级菜单,通过选择返回这个选项来实现。

　　④如果是短消息任务激活的,就根据Msg_ Any_UI[255]中的命令码,来确定该信息的模块种类是信息下载管理模块、信息上传管理模块、信息询问管理模块,或者是屏幕信息输出管理模块,然后,再根据Msg_Any_UI[255]中接下来的信息做相应的处理。
　　⑤ 如果是时钟任务激活的,UI任务就刷新界面上的时间、日期和星期这些信息。

4  调试环境与调试成果

　　此程序用EPSON公司的S1C88 C-Compiler编译器编译,用EPSON公司的ICE88UR 的E0C88系列在线仿真器进行仿真。在仿真器下仿真完毕后,再脱机运行。试验结果令人满意,达到了预期的效果。