编写一个GSM调制解调器驱动程序？

Question

我一直在开发一个应用程序，其中使用GSM调制解调器进行以下两种操作之一：使用内置的HTTP堆栈通过向服务器发送GET请求来检查其状态，或者使用UDP将数据发送到服务器。我尝试了几种不同的方法，以使这个过程尽可能可靠，并且现在我终于准备寻求帮助。

我的应用程序是为SIMCOM908模块和PIC18平台编写的（我正在使用PIC18 Explorer进行开发）。

问题在于有时调制解调器正忙于执行某些操作，会错过命令。作为人类，我会看到这一点并重新发送命令。添加MCU超时并重新发送的功能不是问题。

问题在于，调制解调器会在不同事件之后发送未经请求的响应。当调制解调器更改注册状态（与基站）时，它会响应+CGREG: 1, ...，或者当GPS就绪时GPS Ready。这些响应可以在任何时间发生，包括在命令中间（例如创建IP连接）。

这是个问题，因为我还没有想到如何处理这个问题。我的应用程序需要发送一个命令（例如连接到服务器，AT+CIPSTART="UDP","example.com",5000）。此命令将响应“OK”，然后当命令完成时响应“CONNECT OK”。然而，我需要能够对许多其他可能的响应做出反应，但我还没有想出一种方法来实现这一点。我需要在我的代码中做什么，才能等待调制解调器的响应，检查响应并根据该响应执行操作？

我的代码受限（是8位微控制器！），我希望将重复次数最小化。我该如何编写一个响应函数，以接收GSM模块（已请求或未请求）的响应，然后让我的程序知道正在发生什么？

理想情况下，我想对这些响应做一些事情。例如保持内部状态（当我听到GPS Ready时，我知道可以开启GPS等）。

也许有些事情我应该考虑，或者也许有一个开源项目已经解决了这个问题？

以下是我目前的进展：

/* Command responses */
enum {
    // Common
    OK = 0,
    ERROR,
    TIMEOUT,
    OTHER,
    // CGREG
    NOT_REGISTERED,
    // CGATT
    NOT_ATTACHED,
    // Network Status
    NO_NETWORK,
    // GPRS status
    NO_ADDRESS,
    // HTTP ACTION
    NETWORK_ERROR,
    // IP Stack State
    IP_INITIAL,
    IP_STATUS,
    IP_CONFIG,
    UDP_CLOSING,
    UDP_CLOSED,
    UDP_CONNECTING
} gsmResponse;

int gsm_sendCommand(const char * cmd) {
    unsigned long timeout = timer_getCurrentTime() + 5000;

    uart_clearb(GSM_UART); // Clear the input buffer
    uart_puts(GSM_UART, cmd); // Send the command to the module
    while (strstr(bf2, "\r") == NULL) { // Keep waiting for a response from the module
        if (timeout < timer_getCurrentTime()) { // Check we haven't timed out yet
            printf("Command timed out: %s\r\n", cmd);
            return TIMEOUT;
        }
    }
    timer_delay(100); // Let the rest of the response be received.

    return OK;
}

int gsm_simpleCommand(const char * cmd) {
    if (gsm_sendCommand(cmd) == TIMEOUT)
        return TIMEOUT;

    // Getting an ERROR response is quick, so if there is a response, this will be there
    if (strstr(bf2, "ERROR") != NULL)
        return ERROR;

    // Sometimes the OK (meaning the command ran) can take a while
    // As long as there wasn't an error, we can wait for the OK
    while (strstr(bf2, "OK") == NULL);
    return OK;
}

一个简单的命令是指特定寻找响应中的OK或ERROR的任何AT命令。例如AT。然而，我还会使用它来执行更高级的命令，比如AT+CPIN?，因为这意味着我将捕获整个响应，并可以进一步搜索+CPIN: READY。但是，这些都不能响应未经请求的响应。事实上，当收到未经请求的响应时，gsm_sendCommand()函数将会提前返回。

如何管理这种复杂而偶尔未经请求的状态消息？请注意，此应用程序是用C编写的，并在8位微控制器上运行！

- dantheman

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你可能需要实现一个状态机（FSM）: newstate = oldstate [ message ]，并且也许要考虑另一端也是状态机。 - wildplasser

我想那将是其中的一部分。然而，在这种情况下，一个完整的FSM似乎不是最佳选择。我需要跟踪几个不同的自发代码的二进制状态，而不是单个系统的多个状态。我将只使用几个全局布尔类型来进行跟踪。 - dantheman

Answer 1

同时处理未经请求的消息和对请求的响应的数据流是很困难的，因为您需要对传入的流进行解复用，并将结果分派给适当的处理程序。这有点像中断处理程序，因为您必须放下手头的工作并处理这另一部分信息，而您不一定希望得到这些信息。

一些模块具有可用于消息的次要串行端口。如果可能，您可以只在单个串行端口上显示未经请求的消息，而主端口则用于AT命令。这可能不可能，某些GSM模块将不支持次要端口上的完整命令集。

也许更好的方法是仅禁用未经请求的消息。大多数命令都需要请求状态。例如，在等待注册时，不要等待未经请求的注册消息出现，而是轮询当前的注册状态。这使您始终处于控制之下，并且您只需处理刚发送的命令的响应。如果您正在等待多个事件，可以按顺序轮询每个项目。这通常会使代码更简单，因为您只需一次处理一个响应。缺点是响应时间受轮询速率限制。

如果您计划继续使用未经请求的消息方法，建议实现一个小队列用于未经请求的消息。在等待对命令的响应时，如果响应与命令不匹配，只需将响应推入队列中。然后，在收到AT命令的响应或超时后，可以处理未经请求的消息队列。

- Austin Phillips

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这听起来是一种非常出色的方法。我知道使用这个模块时，次要串口不适合用于发送命令。到目前为止，我只看到过 GPS Ready 和 +CGREG: 1 的消息。我知道你可以禁用 CGREG。我的旧代码以前是轮询的方式，这很好，因为这意味着如果我错过了不请自来的响应，我的代码也不会一直等待它。 - dantheman

虽然我不太喜欢实现队列的想法（因为这是一个相当内存有限的应用程序），但禁用未经请求的响应并不完全可行。我不喜欢在所有命令函数中添加处理能力以应对可能的中断，所以队列更有意义。谢谢你的回答！ - dantheman

希望您的队列可以很小。如果您愿意让队列在堆栈上，您可能可以通过为 char* buf 和 size_t bufLen 添加额外的参数来设置您的 gsm_sendCommand。调用 gsm_sendCommand 的函数可以在堆栈上分配一个临时缓冲区，在 gsm_sendCommand 返回后处理队列。有很多方法可以实现这一点。 - Austin Phillips

使用我的编译器，我认为在声明要使用的缓冲区和使用malloc和free进行动态分配之间没有任何区别。我的控制器有足够的闪存，但RAM很少。如果闪存成为问题（以及用更简单的东西替换printf），我会考虑缓冲区的问题。 - dantheman