AT-Command/docs/异步AT框架说明.md
2022-12-31 22:42:31 +08:00

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# 简介
AT command(V2) 是一款管理AT命令通信交互的组件 适用于Modem、WIFI、蓝牙等使用AT命令或者ASCII命令行通信的场景它涵盖了大部分AT通信形式如参数设置、查询、二进制数据发送等同时也支持自定义命令交互管理由于它的每个命令请求都是异步的所以对于无操作系统的环境也支持。相对于V1版本新版本在命令接收匹配、URC不定长度数据捕获以及内存安全上做了大量优化让它可以应对更多复杂的应用。
下面是一个最基本使用的演示:
```c
/**
* @brief 命令响应处理程序
*/
static void read_csq_callback(at_response_t *r)
{
int rssi, ber;
//+CSQ: <rssi>,<ber>
if (r->code == AT_RESP_OK) {
//命令响应成功后,解析出rssi,ber.
if (sscanf(r->prefix, "+CSQ:%d,%d", &rssi, &ber) == 2) {
printf("rssi:%d, ber:%d\r\n", rssi, ber);
}
} else {
printf("'CSQ' command response failed!\r\n");
}
}
/**
* @brief 读CSQ值请求
*/
static void read_csq(void)
{
//发送CSQ查询命令,超时时间为1000ms,重发次数为0
at_send_singlline(at_obj, read_csq_callback, 1000, 0, "AT+CSQ");
}
```
上面的示例展示了AT命令通信的基本使用方式
- 命令请求:执行命令发送之后,命令并不会立即从数据通道发送出去,而是先进入命令队列。
- 异步通知:无论命令执行成功与否,都会以异步方式通知请求者。
# 框架介绍
整个组件由两部分内容组成:
- AT 作业管理, 管理所有AT异步请求及命令收发工作。
- URC(主动上报) 处理模块,实时捕获URC消息并上报事件,它跟AT作业是并行的,是一个可选的模块。
## AT 作业
'AT Command'整个组件基本处理单元是AT作业, 它实际上是一个有限状态机,不仅仅可以处理单个命令收发,还可以是批量命令,自定义命令等,应用程序在进行AT通信请求时系统会根据请求类型生成一个新的作业对象然后将对象按照执行优先级预先缓存到队列中接着系统会从队列逐个取出并选择相应的状态机处理程序进行处理处理完毕之后再以回调方式将结果上报给应用程序整个环节跟流水作业生产产品一样它的基本处理流程图如下所示
![AT处理框架](images/atfsm.png)
### AT作业生命周期
AT作业生命周期可以简单分为五个阶段创建阶段、就绪阶段、运行阶段、完成/终止阶段、销毁阶段。
<img src="images/workfsm.png" alt="AT作业" style="zoom:75%;" />
- **创建阶段:** 根据请求类型生成作业项,这个阶段可以为新作业项绑定一个上下文,用来监视作业的整个工作过程,包含运行状态,AT命令响应信息等.
- **就绪阶段:** 作业被提交入队列之后就进入了就绪状态,系统按队列顺序一个接着一个取出来并运行.
- **运行阶段:** 此时进入运行一个状态机,以一般AT命令为例,它包含了命令发送,数据接收匹配,超时重试等处理.
- **完成/终止阶段:** 当命令请求的响应信息匹配成功之后,则进入完成状态,如果在这之前命令请求被提示终止,则进入终止状态。
- **销毁阶段:** 在这个阶段系统会将作业从队列中移出同时将相关内存释放.
## URC 处理模块
URC 处理模块可以实时解析URC消息,上层应用需要提供URC消息的匹配规则(消息前后缀)及事件处理入口,它们共同组成了URC订阅表,一旦URC解析器匹配到表中某项规则时,立即以事件方式返回给订阅者进行处理(有关这部分的使用可以参考[URC订阅](../docs/Porting.md))。
![AT作业](images/urcflow.png)
# 快速上手
有了对整个框架的基本认识之后,接下来我们看一下如何在你的平台下使用。
## 准备工作
在使用前,您需要做一些准备工作,包括:
- 工程配置与移植
- 驱动接口适配
- 创建AT通信对象
- 加入轮询任务
### 工程配置与移植
如下所示,使用前您需要先将AT通信组件添加到你的项目中, 涉及的文件只有inlcude及src这两个目录,另外根据你所有平台不同,还需要进行简单的移植配置才能正常使用,有关这部分可以参考[平台移植指南](../docs/Porting.md)平台移植及配置.
```shell
at_chat
|───docs 使用文档
|───samples 演示案例
|───inlcude 头文件目录
| │───at_chat.h
| │───at_port.h
| │───linux_list.h
└───src
│───at_port.c
│───at_chat.c
```
### 驱动接口适配
完成平台移植这些工作之后为了能够使AT通信对象与硬件关联起来你需要提供相关的驱动接口进行适配对接,包括:
1. 串口读写接口
因为通常使用是串口进行AT通信所以只需要提供串口中读写驱动接口即可不过这里需要注意的是串口驱动接口必须是带缓冲区**非阻塞**的对于LINUX的平台需要将串口文件IO设置为O_NONBLOCK而如果你使用的是MCU可以使用队列或者环形缓存区实现死等收发不保证能正常工作)有经验的工程师对这个应该已经比较熟悉了对于刚入门不久的小伙可以参考samples/none_os中的例子。
2. 互斥锁接口
如果你是在OS环境下使用并且跨线程执行了AT请求,你需要提供上锁/解锁接口如果你都是在单线程中运行的则直接填NULL即可。
3. 缓冲区大小设置
包括接收缓冲与URC缓冲区,接收缓冲区用于缓存命令请求时设备端响应的数据,它取决于你的设备最大响应内容长度;URC缓冲区也是取决于最长上报的URC数据长度。
4. 日志打印与异常接口
如果你需要查看所有AT命令通信的细节你需要实现debug接口在进行AT命令通信过程中他会将所有收发消息输出出来如果执行过中出现异常(出错,超时)则可以通过实现error接口来进行监视。
完整的适配器定义如下:
```c
/**
* @brief AT interface adapter
*/
typedef struct {
//Lock, used in OS environment, fill in NULL if not required.
void (*lock)(void);
//Unlock, used in OS environment, fill in NULL if not required.
void (*unlock)(void);
//Data write operation (non-blocking)
unsigned int (*write)(const void *buf, unsigned int len);
//Data read operation (non-blocking)
unsigned int (*read)(void *buf, unsigned int len);
//AT error event ( if not required, fill in NULL)
void (*error)(at_response_t *);
//Log output interface, which can print the complete AT interaction process, fill in NULL if not required.
void (*debug)(const char *fmt, ...);
#if AT_URC_WARCH_EN
//URC buffer size, set according to the actual maximum URC frame when used.
unsigned short urc_bufsize;
#endif
//Command response receiving buffer size, set according to the actual maximum command response length
unsigned short recv_bufsize;
} at_adapter_t;
```
示例:
```c
/**
* @brief AT适配器
*/
static const at_adapter_t at_adapter = {
.lock = at_mutex_lock, //多任务上锁(非OS下填NULL)
.unlock = at_mutex_unlock, //多任务解锁(非OS下填NULL)
.write = at_device_write, //数据写接口
.read = at_device_read, //数据读接口)
.debug = at_debug, //调试打印接口
.recv_bufsize = 256, //接收缓冲区大小
.urc_bufsize = 512
};
```
### 创建AT通信对象
下一步就是使用刚刚创建好的驱动接口来创建AT通信对象。
原型如下:
```c
at_obj_t *at_obj_create(const at_adapter_t *);
```
!> 这里有一点需要特别注意,为了节省内存使用AT组件只存储了'at_adapter_t'对象的指针,而不是对象本身,所以'at_adapter_t'定义的对象必须是常驻内存的建议使用const进行修饰,这样可以存储在ROM中减少内存使用。
示例:
```c
at_obj_t *at_obj;
//....
at_obj = at_obj_create(&at_adapter);
if (at_obj == NULL) {
printf("at object create failed\r\n");
}
//...
```
### 加入轮询任务
最后你需要再提供一个任务定时轮询以便它能够及时处理AT请求以及URC消息轮询时间越短越好原型如下
```c
/**
* @brief AT轮询处理程序
*/
void at_obj_process(at_obj_t *at);
```
示例:
```c
/**
* @brief AT轮询程序
*/
void at_device_process(void)
{
static unsigned int timer = 0;
//(为了加快AT命令处理响应速度,建议5ms以内轮询一次)
if (at_get_ms() - timer > 5) {
timer = at_get_ms();
at_obj_process(&at_obj);
}
}
```
## 基础应用
完成上面几个步骤之后你就可以使用AT命令请求相关接口了不过在开始使用之前,我先带你了解一下有关一般AT命令格式和使用过程中涉及到的一些基本概念了解这些有助深入理解整个AT组件是如何针对各种不同场景处理那些业务交互的实现原理。
### 一般AT命令类型与处理
以常见的GPRS/WIFI模组AT命令为例它们常用格式的可分以下几种类型
1. **测试命令**
命令格式为AT+&lt;x&gt;=?,用于查询设置命令设置的参数以及其取值范围。
2. **查询命令**
命令格式为AT+&lt;x&gt;?,用于返回参数的当前值。
3. **设置命令**
命令格式为AT+&lt;x&gt;=<...>,用于设置用户配置参数。
4. **执行命令**
命令格式为AT+&lt;x&gt;不带参数常用于执行系统相关操作如查询系统信息读取IMEI号等。
上面列举的4种格式基本上覆盖了常见AT通信场景通信双方都是一问一答式的主机发送1行命令请求从机响应数据及状态双方只交互一次。由于流程结构一样所以在软件设计时比较容易统一设计成一种类型接口。
```shell
主机:
=> AT+XXX...
从机:
<= +XXX
<= OK/ERROR
```
对主机端来说,命令都是以行为单位执行的,只是携带的参数类型或者个数不同,唯一需要特殊处理的是数据响应信息解析,因为各个命令响应并没有统一格式,所以无法在底层实现一个通用解析模块,这需要上层应用根据不同的命令类型进行分别处理。我们可以按照谁发的命令谁来处理的原则,将命令响应内容返还给命令发送者,由它来进行处理。但是在此之前,需要鉴别响应内容从哪开始到哪结束,这就涉及到内容匹配提取的问题,归纳起来如有下两种情况:
- 对于设置类命令,命令响应全是以"OK"状态返回。
- 对于查询类命令,返回的内容包含数据+状态,命令状态也是以"OK"返回,而数据部分对于不同命令有不一样的信息格式。
由此可以通过统一为匹配"前缀+后缀"的方式提取到AT命令响应的内容,这也是这个组件处理AT命令请求的基本实现原理,它通过可以为每个命令附带一个属性信息(包含响应前缀,响应后缀)用于告诉AT解析器如何正确提取响应的内容。
以无线模组查询信号质量命令为例,如下图所示,"+CSQ:"作为响应内容前缀,"OK"作为响应内容后缀。
![命令发送-响应示意图](images/atresp.png)
### 命令属性
AT命令属性使用**at_attr_t**描述在发送AT请求之前你可以为每个AT请求设置一个属性它可以控制AT状态机的行为如控制命令响应内容匹配规则、超时时间、错误重试等。所有AT作业对象都共享以下属性:
- 用户私有参数(params)
- 响应内容前后缀(prefix,suffix)
- 回调处理程序(cb)
- 响应超时时间(timeout)
- 重次次数(retry)
- 优先级(priority)
**AT属性数据结构定义如下:**
```c
/**
*@brief AT Command attributes.
*/
typedef struct {
void *params; /* User parameter, fill in NULL if not required. */
const char *prefix; /* Response prefix, fill in NULL if not required. */
const char *suffix; /* Response suffix, fill in NULL if not required. */
at_callback_t cb; /* Response callback handler, fill in NULL if not needed. */
unsigned short timeout; /* Response timeout(ms). */
unsigned char retry; /* Response error retries. */
at_cmd_priority priority; /* Command execution priority. */
} at_attr_t;
```
在使用AT属性之前你需要为它的每个字段都进行初始化设置,但每次发送请求都将所有属性设置一遍太过繁琐,大多数情况下命令的属性都差不多,您可以先使用**at_attr_deinit**进行默认设置,然后再设置关注的属性即可。
**示例1:**
```c
at_attr_t attr;
//设置属性为默认值
at_attr_deinit(&attr);
attr.cb = my_handler; //设置回调处理程序
```
**示例2:**
```c
at_attr_t attr;
//设置属性为默认值
at_attr_deinit(&attr);
attr.cb = my_handler; //设置回调处理程序
attr.prefix = "+CSQ:" //设置响应内容前缀
attr.suffix = "OK"; //设置响应内容后缀
...
```
### AT回调与响应
对于是异步的命令所有请求的结果都是通过回调方式通知应用程序的同时它会返回命令响应的相关信息你可以在AT属性中指定相应的回调处理程序。
**回调程序原型如下:**
```c
/**
*@brief AT 执行回调
*@param r AT响应信息(包含执行结果,设备端返回的内容信息)
*/
typedef void (*at_callback_t)(at_response_t *r);
```
其中`at_response_t`包含了所有请求响应相关的信息,它包含了请求命令的执行状态和命令响应内容。
```c
/**
* @brief AT响应信息
*/
typedef struct {
struct at_obj *obj; /* 所属AT通信对象*/
void *params; /* 附属参数*/
at_resp_code code; /* AT命令响应码*/
unsigned short recvcnt; /* 接收数据长度*/
char *recvbuf; /* 接收缓冲区(原始数据)*/
/* 接收内容前缀当code=AT_RESP_OK时有效如果未指定匹配前缀则它指向recvbuf*/
char *prefix;
/* 接收内容后缀当code=AT_RESP_OK时有效如果未指定匹配后缀则它指向recvbuf*/
char *suffix;
} at_response_t;
```
- obj:所属AT通信对象你可以通过它在响应处理程序中根据状态发送下一个请求。
- param:附属参数,对应`at_attr_t`中的params。
- code:AT命令响应码
- recvcnt:指示了接收缓冲区recvbuf有效接收数据长度。
- recvbuf:缓存了此次命令请求时返回的数据。
- prefix:接收内容前缀,例如当你期望接收到'+CSQ:'开始的数据时当code==AT_RESP_OK则prefix就是指向了'recvbuf'中'+CSQ:'的开始位置。
- suffix:接收内容后缀。
了解完上面的几个基本概念之后,下面看一下如何使用。
### 单行命令发送(at_send_singlline)
通过`at_send_singlline`函数可以执行单行命令请求,其原型如下:
```c
/**
* @brief Send a single -line command
* @param cb Response callback handler Fill in NULL if not required
* @param timeout command execution timeout(ms)
* @param retry command retries( >= 0)
* @param singlline command
* @retval Indicates whether the asynchronous work was enqueued successfully.
* @note Only the address is saved so the 'singlline' can not be a local variable which will be destroyed.
*/
bool at_send_singlline(at_obj_t *at, at_callback_t cb, int timeout, int retry, const char *singlline);
```
**返回值:**
当请求成功返回true否则返回false。
**参数说明:**
- at : AT对象
- cb : 回调处理程序,当命令执行完成之后,将以这个接口通知上层应用,并携带命令响应内容及状态。
- timeout命令执行超时时间单位为ms。
- retry命令出错或者超时重试次数。
- singlline命令名称。
>注:AT作业只会缓存singlline的指针这意味者它指向的命令不能是局部数据。
**示例1查询网络注册状态(SIM900模块):**
命令格式:
```c
=> AT+CREG?
<= +CREG:<mode>,<stat>[,< lac>,< ci>]
<= OK
```
代码实现:
```c
/**
* @brief 命令响应处理程序
*/
static void read_creg_callback(at_response_t *r)
{
int mode, state;
if (r->code == AT_RESP_OK) {
//提取出工作模式及注册状态
if (sscanf(r->prefix, "+CREG:%d,%d", &mode, &state) == 2) {
printf("Mode:%d, state:%d\r\n", mode, state);
}
} else {
printf("'CREG' command response failed!\r\n");
}
}
/**
* @brief 读网络注册状态
*/
static void read_creg(void)
{
//发送CREG查询命令,超时时间为1000ms,重发次数为0
at_send_singlline(at_obj, read_creg_callback, 500, 1, "AT+CREG?");
}
```
**示例2,IO控制:**
如果你不关心命令响应结果,直接可以这样使用。
```c
at_send_singlline(at_obj, NULL, 500, 0, "AT+SETIO=1,FF"); //设置设备IO类型
at_send_singlline(at_obj, NULL, 500, 0, "AT+OUTIO=1,55"); //设置IO电平
```
### 多行命令发送(at_send_multiline)
实际工程应用中,特别是进行设备初始化配置时,往往一次需要发送大量命令,一种实现方式是通过`at_send_singlline`在每个命令的回调中根据命令状态进行下一条命令的请求,命令较少时还可以接受,命令一多就会形成恐怖的回调地狱链,造成代码难以理解和维护,现实中应尽量避免这种写法。这里提供了一个支持批量发送的接口来应对这种情况,其原型如下:
```c
/**
* @brief Send multiline commands
* @param attr AT attributes(NULL to use the default value)
* @param multiline Command table, with the last item ending in NULL.
* @example :
* const char *multiline = {
* "AT+XXX",
* "AT+XXX",
* NULL
* };
* at_send_multiline(at_dev, NULL, multiline);
*
* @retval Indicates whether the asynchronous work was enqueued successfully.
* @note Only the address is saved, so the array can not be a local variable which will be destroyed.
*/
bool at_send_multiline(at_obj_t *at, const at_attr_t *attr, const char **multiline);
```
**返回值:**
当请求成功返回true否则返回false。
**参数说明:**
- at : AT对象
- attr : 命令属性,通过它可以设置命令回调程序,超时时间等。
- multiline命令表以NULL结尾。
**示例SIM800C 模组初始化):**
```c
/**
* @brief 命令响应处理程序
*/
static void simcom_init_callback(at_response_t *r)
{
printf("SIM800C Init %s!\r\n",r->code == AT_RESP_OK ? "ok" : "error");
}
/*
* @brief 模块初始化
*/
static void simcom_init(void)
{
at_attr_t attr;
static const char *cmds[] = {
"AT+CSCLK=0",
"AT+CIPHEAD=1", //+RECEIVE,<n>,<data length>:
"AT+CIPQSEND=1", //快发模式
"AT+CIPMUX=1", //多IP支持
"AT+CIPSPRT=>",
"AT+CIPSRIP=0",
NULL
};
at_attr_deinit(&attr);
attr.cb = simcom_init_callback; //设置命令回调
at_send_multiline(at_obj, &attr, cmds);
}
```
!> 批量命令表中最后一项必须是NULL且整个命令表不能是局部变量。
### 可变参数命令(at_exec_cmd)
前面讲的单行命令与多行命令都是用于发送固定参数的命令的,如果你的命令参数(如设置类命令)是可变的,可以通过 `at_exec_cmd`执行请求,其原型如下:
```c
/**
* @brief Execute one command
* @param attr AT attributes(NULL to use the default value)
* @param cmd Formatted arguments
* @param ... Variable argument list (same usage as printf)
* @retval Indicates whether the asynchronous work was enqueued successfully
*/
bool at_exec_cmd(at_obj_t *at, const at_attr_t *attr, const char *cmd, ...);
```
**返回值:**
当请求成功返回true否则返回false。
**参数说明:**
- at : AT对象
- attr : 命令属性,通过它可以设置命令回调程序,超时时间等。
- cmd : 格式化命令用法与printf一样。
**示例1,EC20设置APN:**
```c
/**
* @brief 命令响应处理程序
*/
static void set_apn_callback(at_response_t *r)
{
printf("Setting APN %s!\r\n",r->code == AT_RESP_OK ? "ok" : "error");
}
/**
* @brief 设置APN
*/
static bool set_apn(const char *apn, const char *username, const char *pwd)
{
at_attr_t attr;
at_attr_deinit(&attr);
attr.cb = set_apn_callback; //设置命令回调
at_exec_cmd(at_obj, &attr, "AT+QICSGP=1,1,\"%s\",\"%s\",\"%s\",0", apn, username, pwd);
}
```
### 可变参数列表(at_exec_vcmd)
通常`at_obj_t`对象并不会直接公开给第第三方模块使用为了能够使其它模块也能进行AT请求你可能需要对命令请求的接口进行2次封装当需要支持可变参数时可以使用`at_exec_vcmd`,它支持传递变参列表,其原型如下:
```c
/**
* @brief execute command (with variable argument list)
* @param attr AT attributes(NULL to use the default value)
* @param cmd Format the command.
* @param va Variable parameter list
* @return Indicates whether the asynchronous work was enqueued successfully
*/
bool at_exec_vcmd(at_obj_t *at, const at_attr_t *attr, const char *cmd, va_list va);
```
**返回值:**
当请求成功返回true否则返回false。
**参数说明:**
- at : AT对象
- attr : 命令属性,通过它可以设置命令回调程序,超时时间等。
- cmd : 格式化命令
- va : 参数列表
**示例:**
```c
/**
* @brief 发送AT命令
* @param attr 命令属性
* @param cmd,.. 格式化命令参数用法与printf一样
*/
bool at_send_cmd(const at_attr_t *attr, const char *cmd, ...)
{
bool ret;
va_list args;
va_start(args, cmd);
ret = at_exec_vcmd(at_obj, attr, cmd, args);
va_end(args);
return ret;
}
```
### 发送原始数据(at_send_data)
当命令类型非纯文本或者格式化的命令无法满足要求时,可以使用`at_send_data`接口,以原始数据的方式发送。
```c
/**
* @brief Send (binary) data
* @param attr AT attributes(NULL to use the default value)
* @param databuf Binary data
* @param bufsize Binary data length
* @retval Indicates whether the asynchronous work was enqueued successfully
*/
bool at_send_data(at_obj_t *at, const at_attr_t *attr, const void *databuf, unsigned int bufsize);
```
**返回值:**
当请求成功返回true否则返回false。
**参数说明:**
- at : AT对象
- attr : 命令属性,通过它可以设置命令回调程序,超时时间等。
- databuf : 原始数据
- bufsize : 数据长度
### 自定义命令(at_custom_cmd)
在进行变参命令或者原始数据发送时系统会他们单独分配一块区域进行暂存然后跟随AT作业一块缓存到队列中如果短期需要发送大量的数据或者命令队列不能及时被处理那么那段时间内命令队列占用的总内存会激增严重时导致无可用内存。即使在内存使用的上做限制但是遇到这种情况也会造成命令请求失败使用自定义命令的方式可以在一定程度缓解这个问题它不直接缓存调用者的任何数据而只暂存一个发送器指针当真正发送命令时再上调用者请求数据其原型如下
```c
/**
* @brief Execute custom command
* @param attr AT attributes(NULL to use the default value)
* @param sender Command sending handler (such as sending any type of data through the env->obj->adap-write interface)
* @retval Indicates whether the asynchronous work was enqueued successfully
*/
bool at_custom_cmd(at_obj_t *at, const at_attr_t *attr, void (*sender)(at_env_t *env));
```
**返回值:**
当请求成功返回true否则返回false。
**参数说明:**
- at : AT对象
- attr : 命令属性,通过它可以设置命令回调程序,超时时间等。
- sender : 数据发送器调用者可以通过env->obj->write接口发送任何形式的数据。
**示例:(ESP8266创建TCP socket)**
```c
/**
* @brief 命令响应处理程序
*/
static void create_socket_callback(at_response_t *r)
{
printf("Create socket %s!\r\n",r->code == AT_RESP_OK ? "ok" : "error");
}
/**
* @brief 发送创建socket命令
*/
void create_socket_sender(at_env_t *env)
{
socket_t *sock = (socket_t *)env->params;
env->println(env, "AT+CIPSTART=\"TCP\",\"%s\",%d", sock->ip, sock->port);
}
/**
* @brief 创建socket
*/
static bool create_socket(socket_t *sock)
{
at_attr_t attr;
at_attr_deinit(&attr);
attr.params = sock; //用户参数(里面存储了socket id,目标IP端口)
attr.cb = create_socket_callback; //设置命令回调
attr.suffix = "CONNECT OK"; //设置响应后缀
return at_custom_cmd(at_obj, &attr, create_socket_sender);
}
```
# 高级教程
了解完一般命令处理之后下面我们来讲一下一些特殊场景下的AT命令请求及其处理方式以及了解处理这些请求涉及到的相关概念和接口同时我也会详细说明有关URC消息处理办法和在OS上的应用。
本节导读如下:
- 组合命令处理
- 自定义AT作业
- URC消息处理
- 多实例并存
- AT作业上下文
- OS应用之异步转同步
- 内存监视器
## 组合命令处理
在一些场景下主机与从机之前间需要通过组合命令来交换信息即主机与从机间完成一次业务需要进行多次命令交互例如sms收发socket数据收发不同模组产商命令可能是不一样的下面是几个组合命令的例子。
发送短信流程(参考SIM900A模组)
```shell
主机 =>
AT+CMGS=<Phone numer> + \x1A //发送目标手机号+ctrl+z
从机 <=
'<' //从机回复提示符'<'
主机 =>
<sms message> //发送短信内容
从机 <=
OK //从机回复OK
```
发送Socket数据流程(参考移远EC21模组)
```shell
主机 =>
AT+QISEND=<connectID><send_length>
从机 <=
'<' //从机回复提示符'<'
主机 =>
<data> //发送二进制数据内容
\x1A //发送CTRL+z启动发送
从机 <=
OK //从机回复OK
```
发送TCP Socket数据流程(参考Sierra 模组)
```shell
主机 =>
AT+KTCPSND=<session>,<send_length>
从机 <=
'CONNECT' //从机回复提示符'CONNECT'
主机 =>
<data> //发送二进制数据内容
"--EOF--Pattern--"" //发送结束符
从机 <=
OK //从机回复OK
```
接收TCP Socket数据(参考Sierra 模组)
```shell
主机 =>
AT+KTCPRCV=<session_id>,<recv_length>
从机 <=
'CONNECT' //从机回复提示符'CONNECT'
<data> //二进制数据内容
"--EOF--Pattern--"" //结束符
OK //状态码
```
组合命令与一般AT命令最大的不同体现在命令交互的流程结构上它们进行一次通信(数据)业务时需要交互2次或多次以上所以软件设计需要考虑并发冲突的可能因为在进行某项业务交互时如果需要进行两次AT命令请求才能完成有可能在进行第一次时过程中就被其它命令穿插打断了从而造成该项业务执行失败。
对于这个问题除了利用OS的锁解决之外还可以利用自定义作业来处理它允许你在一个AT作业中进行多次命令交互同时能够让应用层自行控制命令收发流程。
## 自定义AT作业
自定义AT作业使用`at_work_t`表示,它实际是一个状态机轮询程序,通过'at_env_t'参数提供了基本的状态变量数据收发超时管理等接口。除了能用来收发命令之外你甚至可以用它来控制硬件IO,例如有时序控制要求开关机操作,这样做也有利于处理设备状态同步的问题。
**原型定义如下:**
```c
/**
*@brief AT作业轮询处理程序
*@param env AT作业的公共运行环境包括一些通用的变量和进行AT命令通信所需的相关接口。
*@return 作业处理状态, 它决定了是否在下一个循环中是否继续运行该作业。
* @arg true 指示当前作业已经处理完成可以被中止同时作业的状态码会被设置为AT_RESP_OK。
* @arg false 指示当前作业未处理完成,继续运行。
*@note 需要注意的是如果在当前作业中执行了env->finish()操作,则作业立即终止运行。
*/
typedef int (*at_work_t)(at_env_t *env);
```
其中:
`at_env_t` 定义了一些通信上下文环境相关接口与公共状态变量,通过它你可以实现自己的通信交互逻辑。
```c
/**
* @brief AT作业公共运行环境
*/
typedef struct at_env {
struct at_obj *obj;
//公共状态(根据需要添加),每次新作业启动时,这些值会被重置
int i, j, state;
//附属参数(引用自->at_attr_t)
void *params;
//设置下一个轮询等待间隔(只生效1次)
void (*next_wait)(struct at_env *self, unsigned int ms);
//复位计时器
void (*reset_timer)(struct at_env *self);
//作业超时判断
bool (*is_timeout)(struct at_env *self, unsigned int ms);
//带换行的格式化打印输出
void (*println)(struct at_env *self, const char *fmt, ...);
//接收内容包含判断
char * (*contains)(struct at_env *self, const char *str);
//获取接收缓冲区
char * (*recvbuf)(struct at_env *self);
//获取接收缓冲区长度
unsigned int(*recvlen)(struct at_env *self);
//清空接收缓冲区
void (*recvclr)(struct at_env *self);
//指示当前作业是否已被强行终止
bool (*disposing)(struct at_env *self);
//结束作业,并设置响应码
void (*finish)(struct at_env *self, at_resp_code code);
} at_env_t;
```
**示例1:(Sierra 模组发送socket数据)**
命令格式:
```shell
主机 =>
AT+KTCPSND=<session>,<send_length>
从机 <=
'CONNECT' //从机回复提示符'CONNECT'
主机 =>
<data> //发送二进制数据内容
"--EOF--Pattern--"" //发送结束符
从机 <=
OK //从机回复OK
```
**代码实现:**
```c
//socket定义
typedef struct {
//....
int id;
unsigned char *sendptr;
int sendcnt;
//...
}socket_t;
/*
* @brief socket 数据发送处理
* @return true - 结束运行 false - 保持运行
*/
static int socket_send_handler(at_env_t *env)
{
socket_t *sk = (socket_t *)env->params;
switch (env->state) {
case 0:
env->println(env, "AT+KTCPSND=%d,%d", sk->id, sk->sendcnt);
env->reset_timer(env); /*重置定时器*/
env->state++;
break;
case 1:
if (env->contains(env, "CONNECT")) {
env->obj->adap->write(sk->sendptr, sk->sendcnt); /*发送数据*/
env->println(env, "--EOF--Pattern--"); /*发送结束符*/
env->reset_timer(env);
env->recvclr(env);
env->state++;
} else if (env->contains(env, "ERROR")) { /*匹配到错误,结束作业*/
env->finish(env, AT_RESP_ERROR);
} else if (env->is_timeout(env, 1000)) {
if (++env->i > 3) {
env->finish(env, AT_RESP_ERROR);
}
env->state--; /*重新发送*/
}
break;
case 2:
if (env->contains(env, "OK"))
env->finish(env, AT_RESP_OK); /*发送成功设置状态为OK后退出*/
else if (env->contains(env, "ERROR") ||
env->is_timeout(env, 1000)) {
env->finish(env, AT_RESP_ERROR);
}
break;
}
return 0;
}
/**
* @brief socket数据发送请求
*/
static void sock_send_data(socket_t *sock)
{
at_do_work(at_obj, sock, socket_send_handler);
}
```
## URC消息处理
未经请求主动上报的消息又称URC(Unsolicited Result Code),在主机方未下发送命令请求的情况下,设备会根据自身的运行状态或者事件主动上报消息给主机。
根据URC消息格式的不同,可以分为以下几类:
1. 对于大多数URC消息通常是单行输出的一般是以“+”为前缀,回车换行结束,例如:
```c
+SIM: 1 \r\n //SIM卡状态
+CREG: 1,"24A4","000012CF",1\r\n //网络注册状态更新
```
2. 也有不带前缀'+'的URC
```c
RDY \r\n //开机就绪
```
```c
WIFI DISCONNECTED //WIFI断开
```
3. 非回车换行结束的URC
socket数据接收(参考sim800 模组)。
```c
+IPD,<socket id>,<data length>:<bin data>
```
可以看到每个URC消息都有其特定的前缀信息前两类是以'\n'作为结束符的最后一种只有前缀而整个URC消息帧是可变长度的没有特定的结束符。那么该如何将这几类消息识别并提取出来的呢实际上URC处理程序也是通过匹配"前缀"+"结束符"的方式来提取URC消息的对于前两种消息它们都有特定的结束符('\n'),只要匹配到消息"前缀"+"后缀"就可以将整条消息完整的提取出来而对于最后一种消息由于没有固定的结束符而且消息长度是可变的所以URC处理程序无法一次性将整条消息匹配并提取出来往往需要分成多次进行第一次是匹配它的头部信息然后再由订阅者(通过回调)告诉它剩余待接收的数据长度当剩余数据长度为0时则该则URC消息接收完毕。这种处理方法其实同样也适用于前两类URC不过这些消息的剩余数据长度为0罢了。
如下所示我们可以把第3类URC消息拆分成两部分看待固定头部+剩余数据。
![带二进制URC消息](images/urcbin.png)
由于URC具有一定的随机性所以URC处理程序会实时读取来自设备端的上报的信息然后再进行消息匹配处理。至于匹配哪种URC消息则是由用户通过`at_obj_set_urc`设置的表来决定的。另外考虑到性能的原因URC处理程序不会一接收到任何一个字符都会启动匹配程序工作而是遇到`AT_URC_END_MARKS`中规定的字符才会触发执行。
下面是`at_obj_set_urc`原型:
```c
/**
* @brief Set the AT urc table.
*/
void at_obj_set_urc(at_obj_t *at, const urc_item_t *tbl, int count);
```
### URC处理项(urc_item_t)
URC表的基本单位是`urc_item_t`,它用于描述每一条URC消息的处理规则包括了消息头结束标志还有该消息的处理程序。
```c
/**
* @brief urc处理项
*/
typedef struct {
const char *prefix; /* 需要匹配的帧前缀,如+CSQ:25,*/
const char endmark; /* urc结束标志(参考@AT_URC_END_MARKS*/
/**
* @brief urc处理程序(prefix与endmark满足时触发)
* @params ctx - 上下文(Context)
* @return 表示当前URC帧剩余未接收字节数
* @arg 0 当前URC帧已接收完成,可以接收下一个URC
* @arg n 仍需要等待接收n个字节(AT管理器继续接收剩余数据并继续回调此接口)
*/
int (*handler)(at_urc_ctx_t *ctx);
} urc_item_t;
```
其中`at_urc_ctx_t`存储URC的接收状态和数据。
```c
/**
* @brief URC 上下文(Context) 定义
*/
typedef struct {
urc_recv_state state; /* urc接收状态*/
char *urcbuf; /* urc数据缓冲区 */
int urclen; /* urc缓冲区已接收数据长度*/
} at_urc_ctx_t;
```
**示例1(WIFI断开连接)**
消息格式:
```c
WIFI DISCONNECTED <\r\n>
```
代码实现:
```c
/**
* @brief wifi断开事件
*/
static int wifi_connected_handler(at_urc_info_t *info)
{
printf("WIFI connection detected...\r\n");
return 0;
}
//...
/**
* @brief urc订阅表
*/
static const urc_item_t urc_table[] =
{
//其它URC...
{.prefix = "WIFI DISCONNECTED", .endmark = '\n', .handler = wifi_connected_handler}
};
```
**示例2(socket数据接收)**
URC消息格式:
```c
+IPD,<socket id>,<data length>:.....
```
代码实现:
```c
/**
* @brief socket数据接收处理
*/
static int urc_socket_data_handler(at_urc_info_t *ctx)
{
int length, total_length, sockid, i;
char *data;
if (sscanf(ctx->urcbuf, "+IPD,%d,%d:", &sockid, &length) == 2) { //解析出总数据长度
data = strchr(ctx->urcbuf, ':');
if (data == NULL)
return 0;
data++;
total_length = (data - ctx->urcbuf) + length; //计算头部长度
if (ctx->urclen < total_length) { //未接收全,返回剩余待接收数据
printf("Need to receive %d more bytes\r\n", total_length - ctx->urclen);
return total_length - ctx->urclen;
}
printf("%d bytes of data were received form socket %d!\r\n", length, sockid);
}
return 0;
}
//....
/**
* @brief urc订阅表
*/
static const urc_item_t urc_table[] =
{
//其它URC...
{.prefix = "+IPD,", .endmark = ':', .handler = urc_socket_data_handler}
};
```
## 多实例并存
AT通信对象并不只限于一个, at_obj_create允许你在同一个系统中创建多个共存的AT通信设备而且每个都拥有自己独立的用于配置和资源.
```c
//wifi 适配器
const at_adapter_t adap_wifi = {
//...
};
//modem适配器
const at_adapter_t adap_modem = {
//...
};
//...
at_obj_t *at_modem = at_obj_create(&modem_adapter);
at_obj_t *at_wifi = at_obj_create(&wifi_adapter);
//...
//轮询任务
/**
* @brief AT轮询程序
*/
void at_device_process(void)
{
static unsigned int timer = 0;
//(为了加快AT命令处理响应速度,建议5ms以内轮询一次)
if (at_get_ms() - timer > 5) {
timer = at_get_ms();
at_obj_process(at_modem);
at_obj_process(at_wifi);
}
}
```
## AT作业上下文(at_context_t)
使用异步的一个弊端是它会让程序执行状态过于分散增加程序编码和理解难度。比如一些代码需要根据异步的结果来执行下一步动作一般是在异步回调中添加对应的状态标识然后主程序根据这些状态标识来控制状态机或者程序分支的跳转这使得代码间没有明显的流程线代码执行流不好追踪管理。那么在不使用同步或者不支持OS的情况下如何避免异步带来的状态分散问题? 一种比较常用的方式是使用状态机轮询法,通过实时查询每一个异步请求的状态,并根据根据上一个结果执行下一个请求,这样代码执行上下文就紧密衔接在一块了,达到类似同步的效果。
对于异步AT请求可以使用`at_context_t`获取其实时信息包含当前的作业运行状态命令执行结果及命令响应信息。使用AT上下文相关功能需要先启用`AT_WORK_CONTEXT_EN`宏, 相关API定义如下
| 函数原型 | 说明 |
| ------------------------------------------------------------ | ------------------------------------------------ |
| void at_context_init(at_context_t *ctx, void *respbuf, unsigned bufsize); | 初始化一个`at_context_t`同时设置命令接收缓冲区。 |
| void at_context_attach(at_attr_t *attr, at_context_t *ctx); | 将`at_context_t`绑定到AT属性中。 |
| at_work_state at_work_get_state(at_context_t *ctx); | 通过`at_context_t`获取AT作业运行状态。 |
| bool at_work_is_finish(at_context_t *ctx); | 通过`at_context_t`获取AT作业完成状态。 |
| at_resp_code at_work_get_result(at_context_t *ctx); | 通过`at_context_t`获取AT请求状态码。 |
## OS应用之异步转同步
如果是在OS环境下使用很多时候我们更希望采用同步的方式执行AT命令请求即原地等待命令执行完成下面介绍两种异步转同步的方式。
### 轮询方式
轮询方式主要是基于`at_context_t`实现的,发送请求前通过绑定一个`at_context_t`实时监视命令的执行状态,然后循环检测命令是否执行完成。
示例:
```c
/**
* @brief 发送命令(同步方式)
* @param respbuf 响应缓冲区
* @param bufsize 缓冲区大小
* @param timeout 超时时间
* @param cmd 命令
* @retval 命令执行状态
*/
static at_resp_code at_send_cmd_sync(char *respbuf, int bufsize, int timeout, const char *cmd, ...)
{
at_attr_t attr;
at_context_t ctx;
va_list args;
bool ret;
//属性初始化
at_attr_deinit(&attr);
attr.timeout = timeout;
attr.retry = 1;
//初始化context,并设置响应缓冲区
at_context_init(&ctx, respbuf, bufsize);
//为工作项绑定context
at_context_attach(&attr, &ctx);
va_start(args, cmd);
ret = at_exec_vcmd(at_obj, &attr, cmd, args);
va_end(args);
if (!ret) {
return AT_RESP_ERROR;
}
//等待命令执行完毕
while (!at_work_is_finish(&ctx)) {
usleep(1000);
}
return at_work_get_result(&ctx);
}
```
### 信号量方式
使用轮询方式会造成CPU空转可以通过使用信号量来优化不过实现起来比轮询方式要稍微复杂一些
示例:
```c
//...
#include "at_chat.h"
#include <pthread.h>
#include <semaphore.h>
typedef struct {
pthread_mutex_t cmd_lock; //命令锁
sem_t sem_finish; //完成信号
char *recvbuf; //命令接收缓冲区
unsigned short bufsize; //缓冲区大小
unsigned short recvcnt; //接收计数器
at_resp_code resp_code; //命令响应码
} at_watch_t;
static at_watch_t at_watch;
/**
* @brief 命令锁及信号相关初始化
*/
void at_sync_init(void)
{
sem_init(&at_watch.sem_finish, 0, 0);
pthread_mutex_init(&at_watch.cmd_lock, NULL);
}
/**
* @brief AT命令响应处理
*/
static void at_callback_handler(at_response_t *r)
{
int cnt = r->recvcnt;
at_watch.resp_code = r->code;
if (at_watch.recvbuf != NULL) {
if (cnt > at_watch.bufsize) {
//接收缓存不足
cnt = at_watch.bufsize;
}
memcpy(at_watch.recvbuf, r->recvbuf, cnt);
at_watch.recvcnt = cnt;
}
//通知命令已执行完毕
sem_post(&at_watch.sem_finish);
}
/**
* @brief 发送命令(同步方式)
* @param respbuf 响应缓冲区
* @param bufsize 缓冲区大小
* @param timeout 超时时间
* @param cmd 命令
* @retval 命令执行状态
*/
static at_resp_code at_send_cmd_sync(char *respbuf, int bufsize, int timeout, const char *cmd, ...)
{
at_attr_t attr;
va_list args;
bool ret;
//属性初始化
at_attr_deinit(&attr);
attr.timeout = timeout;
attr.retry = 1;
attr.cb = at_callback_handler;
va_start(args, cmd);
pthread_mutex_lock(&gw.sync_cmd_lock);
//设置接收缓冲区
at_watch.recvbuf = respbuf;
at_watch.bufsize = bufsize;
at_watch.recvcnt = 0;
at_watch.resp_code = AT_RESP_ERROR;
if (at_exec_vcmd(at_obj, &attr, cmd, args)) {
sem_wait(&at_watch.sem_finish); //等待命令执行完成
}
pthread_mutex_unlock(&gw.sync_cmd_lock);
va_end(args);
return at_watch.resp_code;
}
```
## 内存监视器
## 内存监视器
嵌入式系统的内存资源极其有限,不当的使用动态内存,严重时会导致死机,崩溃等问题。所以在使用动态内存内有必要加上一些限制手段,`AT_MEM_LIMIT_SIZE`规定了AT请求所用的最大内存数量这样可以避免程序异常执行时过度执行AT请求导致内存不足的问题。至于分配多少主要取决于你的系统如果你一开始并不确定用多少比较合适可以先设置一个相对来说大一些的值然后让程序运行一段时间观察使用情况再设置可以通过`at_max_used_memory``at_cur_used_memory`可以获取历史最大内存使用量和当前内存使用量。
# 平台移植及配置
在使用前,你需要先进行平台移植,下面是下整个组件的目录结构:
```shell
at_chat
|───docs 使用文档
|───samples 演示案例
|───inlcude 头文件目录
| │───at_chat.h
| │───at_port.h
| │───linux_list.h
└───src
│───at_port.c
│───at_chat.c
```
## 平台移植
移植只涉及到3个接口实现及若干配置定义(at_port.h中声明了这些需要实现的接口及配置).
```c
//内存申请,释放
void *at_malloc(unsigned int nbytes);
void at_free(void *ptr);
//获取系统毫秒数(从开机开始)
unsigned int at_get_ms(void);
```
### 内存相关接口实现
```C
void *at_malloc(unsigned int nbytes)
{
return malloc(nbytes);
}
void at_free(void *ptr)
{
free(ptr);
}
```
### 系统时间获取接口实现
**如果你使用的是MCU,可以通过定时器计数方式实现,参考下面的例程:**
```c
/* 滴答计数器*/
static volatile unsigned int tick = 0;
/**
* @brief 定时器中断服务程序(1ms 1次)
*/
void timer_handler(void)
{
tick++;
}
/**
* @brief 获取系统毫秒数
*/
unsigned int at_get_ms(void)
{
return tick;
}
```
**对于linux系统,可以参考下面方式获取:**
```C
/**
* @brief 获取系统毫秒数
*/
unsigned int at_get_ms(void)
{
struct timeval tv_now;
//这里需要注意的是,当系统时间被更改后,会获取到一个错误的值,造成命令超时(代码仅做的演示)。
gettimeofday(&tv_now, NULL);
return (tv_now.tv_sec * 1000000 + tv_now.tv_usec) / 1000;
}
```
## 配置说明
这些配置项主用于命令交互响应设置,内存使用限制及模块开关等,实际应用时需要考虑你所在系统的资源情况,对于大多数情况,默认值已经够用。
| 配置项 | 默认值 | 配置说明 |
| ------------------ | ---------- | ---------------------------------------------------------- |
| AT_DEF_RESP_OK | "OK" | 默认AT命令正确响应,当匹配到此值到,状态码返回AT_RESP_OK |
| AT_DEF_RESP_ERR | "ERROR" | 默认AT命令错误响应,当匹配到此值到,状态码返回AT_RESP_ERR |
| AT_DEF_TIMEOUT | 500 | 默认AT响应超时时间(ms),当命令超时时,状态码返回AT_RESP_TIMEOUT |
| AT_DEF_RETRY | 2 | 当发生AT响应错误或者超时时重发次数 |
| AT_URC_TIMEOUT | 1000 | 默认URC帧超时时间(ms) |
| AT_MAX_CMD_LEN | 256 | 最大命令长度(用于可变参数命令内存限制). |
| AT_LIST_WORK_COUNT | 32 | 它规定了同时能够支持的AT异步请求个数, 他可以限制应用程序(使用不当时)短时间内大量突发请求造成内存不足的问题,一般来说8-16已经够用了. |
| AT_URC_WARCH_EN | 1 | URC消息监视使能 |
| AT_URC_END_MARKS | ":,\n" | URC结束标记列表,越少越好,因为URC匹配程序会根据此列表对接收到的字符做URC结束帧匹配处理,列表太大会影响程序性能. |
| AT_MEM_WATCH_EN | 1u | 内存监视使能 |
| AT_MEM_LIMIT_SIZE | (3 * 1024) | 内存使用限制 |
| AT_WORK_CONTEXT_EN | 1u | AT作业上下文相关接口 |