android串口编程

最近在Android项目中要使用到串口编程，开始的时候为了省事，直接把以前在linux下用纯C写得串口程序封装成so库，再在JNI中调用so库，一点也没有问题。

虽说没有什么问题，总觉得在JAVA中使用纯C实现串口所有的操作很像是在“挂羊头卖狗肉”，而且也有点繁琐，想说JAVA应该把这些东西直接封装成API，于是在网上查资料，想找到类似于windows下的CreateFile的API接口，未果。

还好JAVA之中有个FileDescriptor类，可以把串口当作一个FileDescriptor，打开之后操作FileDescriptor就相当于操作串口。

不管是windows、linux、或是android操作系统，串口编程无非是以下几步：

  1. 打开串口
  2. 串口配置
  3. 串口操作（读写）
  4. 关闭串口

这是典型的流驱动设备，操作很简单，在C语言里无非就是open、write、read、close几个操作就能轻松搞定的东西。这跟文件的输入输出流其实是一个概念，所以在windows中可以用CreateFile操作串口，同样的道理，在java中可以使用FileDescriptor操作串口。

下面是android 串口编程的具体步骤，先创建一个串口类SerialPort：

[java] view plain copy

  1. private static final String TAG = "SerialPort";
  2. /*
  3. * Do not remove or rename the field mFd: it is used by native method close();
  4. */
  5. private FileDescriptor mFd;
  6. private FileInputStream mFileInputStream;
  7. private FileOutputStream mFileOutputStream;
  8. public SerialPort(File device, int baudrate, int flags) throws SecurityException, IOException {
  9. /* Check access permission */
  10. if (!device.canRead() || !device.canWrite()) {
  11. try {
  12. /* Missing read/write permission, trying to chmod the file */
  13. Process su;
  14. su = Runtime.getRuntime().exec("/system/bin/su");
  15. String cmd = "chmod 666 " + device.getAbsolutePath() + "\n"
  16. + "exit\n";
  17. su.getOutputStream().write(cmd.getBytes());
  18. if ((su.waitFor() != 0) || !device.canRead()
  19. || !device.canWrite()) {
  20. throw new SecurityException();
  21. }
  22. } catch (Exception e) {
  23. e.printStackTrace();
  24. throw new SecurityException();
  25. }
  26. }
  27. mFd = open(device.getAbsolutePath(), baudrate, flags);
  28. if (mFd == null) {
  29. Log.e(TAG, "native open returns null");
  30. throw new IOException();
  31. }
  32. mFileInputStream = new FileInputStream(mFd);
  33. mFileOutputStream = new FileOutputStream(mFd);
  34. }
  35. // Getters and setters
  36. public InputStream getInputStream() {
  37. return mFileInputStream;
  38. }
  39. public OutputStream getOutputStream() {
  40. return mFileOutputStream;
  41. }
  42. // JNI
  43. private native static FileDescriptor open(String path, int baudrate, int flags);
  44. public native void close();
  45. static {
  46. System.loadLibrary("serial_port");
  47. }

这个类中主要干了两件事情：
创建了打开串口和关闭串口的本地方法

[java] view plain copy

  1. private native static FileDescriptor open(String path, int baudrate, int flags);
  2. public native void close();

关联串口的文件描述符（FileDescriptor），并把文件的输入输出流与之关联，在代码之中

[java] view plain copy

  1. private FileDescriptor mFd;
  2. private FileInputStream mFileInputStream;
  3. private FileOutputStream mFileOutputStream;
  4. mFd = open(device.getAbsolutePath(), baudrate, flags);
  5. mFileInputStream = new FileInputStream(mFd);
  6. mFileOutputStream = new FileOutputStream(mFd);

这段代码的意思就是把串口打开，并取得串口的输入输出操作（读写操作）。

到了这里，有个问题，如何打开串口？

代码上可知，打开串口的操作用的是一个本地方法open，那只能在JNI中实现这个接口，下面是jni中的实现：

[cpp] view plain copy

  1. static speed_t getBaudrate(jint baudrate)
  2. {
  3. switch(baudrate) {
  4. case 0: return B0;
  5. case 50: return B50;
  6. case 75: return B75;
  7. case 110: return B110;
  8. case 134: return B134;
  9. case 150: return B150;
  10. case 200: return B200;
  11. case 300: return B300;
  12. case 600: return B600;
  13. case 1200: return B1200;
  14. case 1800: return B1800;
  15. case 2400: return B2400;
  16. case 4800: return B4800;
  17. case 9600: return B9600;
  18. case 19200: return B19200;
  19. case 38400: return B38400;
  20. case 57600: return B57600;
  21. case 115200: return B115200;
  22. case 230400: return B230400;
  23. case 460800: return B460800;
  24. case 500000: return B500000;
  25. case 576000: return B576000;
  26. case 921600: return B921600;
  27. case 1000000: return B1000000;
  28. case 1152000: return B1152000;
  29. case 1500000: return B1500000;
  30. case 2000000: return B2000000;
  31. case 2500000: return B2500000;
  32. case 3000000: return B3000000;
  33. case 3500000: return B3500000;
  34. case 4000000: return B4000000;
  35. default: return -1;
  36. }
  37. }
  38. /*
  39. * Class:     android_serialport_SerialPort
  40. * Method:    open
  41. * Signature: (Ljava/lang/String;II)Ljava/io/FileDescriptor;
  42. */
  43. JNIEXPORT jobject JNICALL Java_android_1serialport_1api_SerialPort_open
  44. (JNIEnv *env, jclass thiz, jstring path, jint baudrate, jint flags)
  45. {
  46. int fd;
  47. speed_t speed;
  48. jobject mFileDescriptor;
  49. /* Check arguments */
  50. {
  51. speed = getBaudrate(baudrate);
  52. if (speed == -1) {
  53. /* TODO: throw an exception */
  54. LOGE("Invalid baudrate");
  55. return NULL;
  56. }
  57. }
  58. /* Opening device */
  59. {
  60. jboolean iscopy;
  61. const char *path_utf = (*env)->GetStringUTFChars(env, path, &iscopy);
  62. LOGD("Opening serial port %s with flags 0x%x", path_utf, O_RDWR | flags);
  63. fd = open(path_utf, O_RDWR | flags);
  64. LOGD("open() fd = %d", fd);
  65. (*env)->ReleaseStringUTFChars(env, path, path_utf);
  66. if (fd == -1)
  67. {
  68. /* Throw an exception */
  69. LOGE("Cannot open port");
  70. /* TODO: throw an exception */
  71. return NULL;
  72. }
  73. }
  74. /* Configure device */
  75. {
  76. struct termios cfg;
  77. LOGD("Configuring serial port");
  78. if (tcgetattr(fd, &cfg))
  79. {
  80. LOGE("tcgetattr() failed");
  81. close(fd);
  82. /* TODO: throw an exception */
  83. return NULL;
  84. }
  85. cfmakeraw(&cfg);
  86. cfsetispeed(&cfg, speed);
  87. cfsetospeed(&cfg, speed);
  88. if (tcsetattr(fd, TCSANOW, &cfg))
  89. {
  90. LOGE("tcsetattr() failed");
  91. close(fd);
  92. /* TODO: throw an exception */
  93. return NULL;
  94. }
  95. }
  96. /* Create a corresponding file descriptor */
  97. {
  98. jclass cFileDescriptor = (*env)->FindClass(env, "java/io/FileDescriptor");
  99. jmethodID iFileDescriptor = (*env)->GetMethodID(env, cFileDescriptor, "<init>", "()V");
  100. jfieldID descriptorID = (*env)->GetFieldID(env, cFileDescriptor, "descriptor", "I");
  101. mFileDescriptor = (*env)->NewObject(env, cFileDescriptor, iFileDescriptor);
  102. (*env)->SetIntField(env, mFileDescriptor, descriptorID, (jint)fd);
  103. }
  104. return mFileDescriptor;
  105. }
  106. /*
  107. * Class:     cedric_serial_SerialPort
  108. * Method:    close
  109. * Signature: ()V
  110. */
  111. JNIEXPORT void JNICALL Java_android_1serialport_1api_SerialPort_close
  112. (JNIEnv *env, jobject thiz)
  113. {
  114. jclass SerialPortClass = (*env)->GetObjectClass(env, thiz);
  115. jclass FileDescriptorClass = (*env)->FindClass(env, "java/io/FileDescriptor");
  116. jfieldID mFdID = (*env)->GetFieldID(env, SerialPortClass, "mFd", "Ljava/io/FileDescriptor;");
  117. jfieldID descriptorID = (*env)->GetFieldID(env, FileDescriptorClass, "descriptor", "I");
  118. jobject mFd = (*env)->GetObjectField(env, thiz, mFdID);
  119. jint descriptor = (*env)->GetIntField(env, mFd, descriptorID);
  120. LOGD("close(fd = %d)", descriptor);
  121. close(descriptor);
  122. }

在Java_android_1serialport_1api_SerialPort_open接口中，能发现一些熟悉的东西：

[cpp] view plain copy

  1. fd = open(path_utf, O_RDWR | flags);
  2. tcgetattr(fd, &cfg)
  3. cfmakeraw(&cfg);
  4. cfsetispeed(&cfg, speed);
  5. cfsetospeed(&cfg, speed);

[cpp] view plain copy

  1. ...

这些都是在linux下的串口编程，分别是打开串口设备节点，配置数据流控、波特率等，这些东西其实不是重点，重点是如何把打开的串口设备与FileDescriptor关联，即把fd封装到FileDescriptor中去：

[cpp] view plain copy

  1. /* Create a corresponding file descriptor */
  2. {
  3. jclass cFileDescriptor = (*env)->FindClass(env, "java/io/FileDescriptor");
  4. jmethodID iFileDescriptor = (*env)->GetMethodID(env, cFileDescriptor, "<init>", "()V");
  5. jfieldID descriptorID = (*env)->GetFieldID(env, cFileDescriptor, "descriptor", "I");
  6. mFileDescriptor = (*env)->NewObject(env, cFileDescriptor, iFileDescriptor);
  7. (*env)->SetIntField(env, mFileDescriptor, descriptorID, (jint)fd);
  8. }
  9. return mFileDescriptor;

上面的代码简单解释来说就是mFileDescriptor与fd关联并返回给JAVA层。

至此，其实串口的JAVA封装已经完成，这个类其实已经可以完成串口的所有操作（打开，配置，读写，关闭），接下来的事情只是逻辑层面的事情了。

时间： 2024-10-15 02:56:02

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