使用μC/OS-II操作系统的短信息电话机
使用μC/OS-II操作系统的短信息电话机
作 者： 东南大学 何昭辉 谢吉华
摘 要：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(Micro Control Unit)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(Frequency-shift keying)信号的解码。FSK（频移键控）的解码选用台湾华邦公司的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。选用的是台湾华邦公司的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 ) &StartTaskStk[START_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。
（收稿日期：2003-01-13）