实现高效的GPRS驱动程序
1. 引言
用过几款GPRS模块，也从淘宝上买过多个GPRS模块，一般的都会送一个驱动程序和使用demo，但是代码质量都较低。
回头看了下几年前使用的GPRS代码，从今天的角度来看，也就是买模块赠送一个免费demo的那种水平，甚是汗颜。
GPRS模块驱动主要是串口驱动，其本质是字符串处理，本文就从对比下几种常见的驱动方式。
2. 版本1--初学者的驱动
思路：
1. 串口接收使用中断，收到数据放到全局buffer。
2. 发送前清空接收buffer。
3. 拼接字符串，然后从串口发送出去。
4. 设定一个等待时间，然后while(1)不停的查看接收buffer里面是否有需要的字符串出现，即是否得到需要的响应。
5. 初始化过程使用一个简单的状态机轮转，一步通过再进行下一步。
下面是一个我曾经用过的例子，问题很明显：
1. 难维护，函数耦合度太高，简单的堆功能，功能模块没有划分。
2. 低效，发送需要CPU停下来一个一个字符的发送，接收还要延时一段时间等待GPRS模块回复足够多的数据。
3. 接收buffer只是简单的共享全局变量，没有双buffer切换也没有读写互斥。
比如每次发送前清空buffer然后发送命令，用来判别此次接收都是对本次发送的命令的响应。
4. 不能精细控制，AT指令响应检查全部放到一个函数里面处理，必然造成有些AT响应的回复无法区分对应哪个指令。
网络连接的驱动：
...// 这一句是嵌在应用户代码中
while(gprs_start==0) //未连接 { gprs_start=gprs_conduct(); } ......
//--------------------------------------------------------- //函数名称：void gprs_connect(void) //函数功能：配置socket //输入参数：无 //返回参数：返回0 表示还没完成注册，返回1表示完成所有连接 //--------------------------------------------------------- uint8_t gprs_connect(uint8_t *ascData, uint8_t len) { uint8_t num,GPRS_Connect=0; char strBuf[20]; memset(strBuf,0x00,sizeof(strBuf)); if (gprs_mgr.stat == GPRS_GET_CSQ) // 查询信号强度 { if (gprs_get_csq() > 15) gprs_mgr.stat = GPRS_WAIT_REGNET; delay_ms(1000); printf("gprs_mgr.stat = GPRS_GET_CSQ"); } else if (gprs_mgr.stat == GPRS_WAIT_REGNET) // 等待注册到网络 { if (!gprs_reg_network()) gprs_mgr.stat = GPRS_CONFIG_PARA; delay_ms(2000); printf("gprs_mgr.stat = GPRS_WAIT_REGNET"); } else if (gprs_mgr.stat == GPRS_CONFIG_PARA) // 配置通信参数 { if (!gprs_config_para()) gprs_mgr.stat = GPRS_CONFIG_SOCKET; delay_ms(1000); printf("gprs_mgr.stat = GPRS_CONFIG_PARA;"); } else if (gprs_mgr.stat == GPRS_CONFIG_SOCKET) // 配置socket { if (!gprs_config_socket()) //0 sucess gprs_mgr.stat = GPRS_DATA_RW; else //不成功可能由于服务器端口被占用， { gprs_send_cmd("AT%IPCLOSE=1\r\n"); for(num=0;num<5;num++) { delay_ms(1000); } } delay_ms(1000); printf("gprs_mgr.stat = GPRS_CONFIG_SOCKET;"); } else if (gprs_mgr.stat == GPRS_DATA_RW) // 数据读写 { GPRS_Connect=1; sprintf(strBuf,"AT+CIPSEND=%d\r\n",len+4); gprs_send_cmd(strBuf); gprs_write_data(ascData); delay_ms(1000); printf("GPRS_DATA_RW;"); gprs_send_cmd("AT+CIPCLOSE\r\n"); printf("disconnect grps;"); gprs_mgr.stat = GPRS_GET_CSQ; } return GPRS_Connect; }
发送函数，串口输出加上查询式解析：
//--------------------------------------------------------- // 函数名称：uint8 gprs_send_cmd(char* pcmd) // 函数功能：gprs命令字发送函数 // 输入参数： pcmd,要发送的命令 // 返回参数： // 0 ,命令发送成功 // 1 ,命令发送失败 //--------------------------------------------------------- uint8_t gprs_send_cmd(char* pcmd) { uint16_t i; uint8_t ret=0, *GSM_ReturnInfo; memset(GSM_info, 0, sizeof(GSM_info)); // 清除串口缓冲区 GSM_Info_CNT=0; // 清除串口接收计数 debug_print(pcmd); //发送的命令，调试输出 while(*pcmd) // 发送命令 { while(USART_GetFlagStatus(GPRS_USART, USART_FLAG_TXE)==0); USART_SendData(GPRS_USART, *pcmd++); } delay_ms(1000); GSM_ReturnInfo=GPRS_Get_Info(); for (i = 0; i < 15; i++) //15s 等待 { delay_ms(500); if (strstr(GSM_ReturnInfo, "OK")) // 命令发送成功 { ret = 0; break; } else if (strstr(GSM_ReturnInfo, "CONNECT")) { ret = 0; break; } else if (strstr(GSM_ReturnInfo, "ERROR")) // 命令发送失败 { ret = 1; break; } else ret = 1; delay_ms(500); } debug_print(GSM_ReturnInfo); // 打印调试信息 return ret; }
3. 版本2--有模块化思想的驱动
大体流程和第一种差别不大，但是在几个关键点上有巨大改进，比如函数的模块化和中断的使用。
1. 发送和接收都用中断提高效率，不再使用查询方式。
2. 拼凑发送字符串处理和串口数据发送过程分开。
3. 初步的异常处理，如断线重连、重启等。
比上一版本进化很多，但是也有问题：
1. 模块已经划分，但是在逻辑层次上区分不明显，如下面例子中的发送的AT指令的响应处理，就和发送函数混在一起。
2.全局变量问题，比如记录GPRS模块当前状态标识，可以多处进行修改。
比较独立的功能做一定的提取，比如注册网络、SIM卡检查等功能函数封装起来。
uint8_t gprs_reg_network(void) { uint8_t ret, *uart_buf; ret = gprs_send_cmd("AT+CGREG?\r\n"); if (ret == 0) //命令发送成功 { uart_buf = get_gprs_rsp(); ret = 1; if (strstr(uart_buf, "+CGREG: 0,5")) // 已注册,本地网 ret = 0; if (strstr(uart_buf, "+CGREG: 1,5")) // 已注册,本地网 ret = 0; if (strstr(uart_buf, "+CGREG: 0,1")) // 已注册,漫游 ret = 0; if (strstr(uart_buf, "+CGREG: 1,1")) // 已注册,漫游 ret = 0; return ret; } else return 1; }
或者接收响应的buffer不使用全局变量，而在发送函数参数中直接传入接收数组指针。
int gprs_check_sim(void) { int err = 0;
int retry = 0； char rsp_buf[100]; do{ err = gprs_send_atcmd("AT+CPIN?\r\n",rsp_buf,"+CPIN:"); if(strstr(rsp_buf,"+CPIN: READY")== 0){ GPRS_Status = IN_NO_SIM; break ; }if(retry++ > 2){ err = E_TIMEOUT ; break ; } }while(err != E_OK); return err ; }
4. 版本3--按逻辑层次划分功能
分两个层次来实现需求，先是逻辑层次划分功能，然后在具体是实现层次按照功能单一原则编码。
该方法可以用在产品中，驱动代码的思路清晰，高效且易维护。
1. 使用RTOS来，提升CPU利用率，尤其是等待AT指令回复的过程中，系统可以执行其他任务。
2. GPRS操作的本质是写字符串（发AT指令），然后读回复的字符串（读指令响应），那么可以从这个角度来设计驱动。
3. 屏蔽硬件细节，在写GPRS驱动和逻辑处理的过程中，硬件读写都抽象成一个字符处理函数。
例1：查询SIM卡，发送AT指令，然后等待接收响应字符串。
函数接口就负责填充期待的字符串，如果指定时间内没等到字符串出现就认为出错，具体怎么发出去怎么收到回复都是更加底层的处理。
具体的响应由SIM800_WaitResponse函数来处理，该函数自动匹配指定字符串，参数500是超时时间，如果匹配成功会提前退出，否则等待500ms然后回复超时。
由于使用的Free RTOS，那么该函数不是阻塞性的，不会影响CPU执行其他的任务。如果模块很快响应了指令，那么还可以提前结束超时等待。
/*******************************************************************************
* Function Name : SIM800_Check_SIM
* Description : None
* Input : None
* Output : None
* Return : 1-OK, 0-NG
* Attention : None
*******************************************************************************/
uint8_t SIM800_Check_SIM(void)
{
uint8_t rtn = 0;
SIM800_SendATCmd("AT+CPIN?\r\n"); if (SIM800_WaitResponse("+CPIN: READY", 500)){ rtn = 1;
}
return rtn;
}
例2：注册GSM网络，发送AT指令，然后等待接收响应字符串。
有些指令回复参数种类较多，如果写成上面的形式可能比较臃肿，可以把接收到的数据先放到buffer，然后从中搜索需要的字符。
SIM800_ReadResponse完成这个功能，但该函数要一直等待直至最大超时时间。
/******************************************************************************* * Function Name : SIM800_GsmCheck * Description : 检查是否注册到GSM网络 * Input : None * Output : None * Return : 1—OK, 0-NG * Attention : None *******************************************************************************/ uint8_t SIM800_GsmCheck(void) { uint8_t rtn = 0; SIM800_SendATCmd("AT+CREG?\r\n"); SIM800_ReadResponse(gprs_rsp_buffer, sizeof(gprs_rsp_buffer), 500); if (strstr(gprs_rsp_buffer, "+CREG: 0,1") != NULL) { rtn = 1; } else if (strstr(gprs_rsp_buffer, "+CREG: 0,5") != NULL) { rtn = 1; } else rtn = 0; vTaskDelay(200); return rtn; }
例3：AT指令的发送，不需要等待硬件的响应，启动硬件发送标识即可，具体发送由中断或DMA去操作，代码更加高效。
剩下的发送和接收都是CPU硬件操作，在这一层次CPU并不识别数据的含义，仅是把数据从串口输出或读入。
/******************************************************************************* * Function Name : SIM800_SendATCmd * Description : None * Input : _ucaBuf * Output : None * Return : None * Attention : 向GSM模块发送AT命令。 命令需要自己加上<CR>字符 *******************************************************************************/ void SIM800_SendATCmd(const uint8_t *_ucaBuf) { SIM800_PrintRxData(_ucaBuf); gprs_msg.msgPtr = (uint8_t *)(_ucaBuf); gprs_msg.maxLen = strlen(_ucaBuf); gprs_msg.length = 0; Gprs_UART_TX(ON); }
/*******************************************************************************
* Function Name : Gprs_UART_TX_Mode
* Description : Configure uart TX irq on/off
* Input : None
* Output : None
* Return : None
* Attention : 1=ON, 0=OFF.
*******************************************************************************/
void Gprs_UART_TX(uint8_t flag)
{
if(ON == flag)
{
UART_Tx_IRQ_Enable(TRUE);
}
else if(OFF == flag)
{
UART_Tx_IRQ_Enable(FALSE);
}
}
例4：如果模块已经连接到服务器，那么需要应用数据的发送。
常见的过程分3步：
1）应用数据预处理打包；
2）GPRS模块发送数据可能需要一个特殊的指令来启动，作用是告诉模块，下面发过来的是用户数据，不是控制字了；
3）启动数据包发送（实际是初始化发送过程逻辑控制相关的标志和启动硬件发送标志）。
下面驱动函数处理了用户数据的发送，在发送AT+CIPSEND后，2s内收到">" 回复就可以开始发送数据。
/******************************************************************************* * Function Name : SIM800_Send * Description : None * Input : gprs_package * Output : None * Return : None * Attention : None *******************************************************************************/ uint8_t SIM800_Send(uint8_t *gprs_package) { uint8_t cmd[20]="AT+CIPSEND\r\n"; //启动数据发送AT指令 uint8_t write_len; uint8_t rtn = 0; write_len = strlen(gprs_package); if(write_len>1500){ DEBUG_PrintRxData("Data length error"); return 0; } SIM800_SendATCmd(cmd); if (SIM800_WaitResponse(">", 2000) == 0) // 启动发送应用数据失败 { DEBUG_PrintRxData("CIPSEND failed"); return 0; } SIM800_SendPackage(gprs_package, write_len);// 开始接收收据 if (SIM800_WaitResponse("SEND OK", 5000)){ DEBUG_PrintRxData("get SEND OK"); return 1; } else{ DEBUG_PrintRxData("not get SEND OK"); return 0; } } /******************************************************************************* * Function Name : SIM800_SendPackage * Description : None * Input : 待发送的数据的指针和数据长度 * Output : None * Return : None * Attention : None *******************************************************************************/ void SIM800_SendPackage(const uint8_t *_ucaBuf, uint8_t len) { SIM800_PrintRxData(_ucaBuf); gprs_msg.msgPtr = (uint8_t *)(_ucaBuf); gprs_msg.maxLen = len; gprs_msg.length = 0; Gprs_UART_TX(ON); }
