Java串行端口技术协议

串行通讯慨述

　　串行通讯协议有很多种，像RS232，RS485，RS422，甚至现今流行的USB等都是串行通讯协议。而串行通讯技术的应用无处不在。可 能大家见的最多就是电脑的串口与Modem的通讯。记得在PC机刚开始在中国流行起来时(大约是在90年代前五年)，那时甚至有人用一条串行线进行两台电 脑之间的数据共享。除了这些，手机，PDA，USB鼠标、键盘等等都是以串行通讯的方式与电脑连接。而笔者工作性质的关系，所接触到的就更多了，像多串口 卡，各种种类的具有串口通讯接口的检测与测量仪器，串口通讯的网络设备等。

　　虽然串行通讯有很多种，但笔者所知的在整个电子通讯产品方面，以RS232的通讯方式最为多见。虽然USB接口的电子产品也是层出不穷，但了解一下Java在串行通讯方面的技术还有有必要的，说不定有哪位读者还想用此技术写一个PDA与电脑之间数据共享的程序呢。

　　本文主要以RS232为主来讲解Java的串行通讯技术。

　　 RS232通讯基础

　　RS-232-C(又称EIA RS-232-C，以下简称RS232)是在1970年由美国电子工业协会(EIA)联合贝尔系统、调制解调器厂家及计算机终端生产厂家共同制定的用于串 行通讯的标准。RS232是一个全双工的通讯协议，它可以同时进行数据接收和发送的工作。RS232的端口通常有两种：9针(DB9)和25针 (DB25)。

　　DB9和DB25的常用针脚定义 　　 常见的边线方式

　　常见的通讯方式是三线式，这种方式是将两个RS232设备的发送端(TXD)和接收端(RXD)及接地端(GND)互相连接，也是许多读者所知道的连接方式：
　 　这种方式分别将两端的RS232接口的2--3,3---2,5(7)---5(7)针脚连接起来。其中2是数据接收线(RXD)，3是数据发送线 (TXD)，5(7)是接地(RND)。如果有一台式PC，和一部NoteBook电脑，就可以用这种方式连线了。用三线式可以将大多数的RS232设备 连接起来。但如果你认死了2--3,3--2,5(7)--5(7)对接这个理，会发现在连某些RS232设备时并不奏效。这是因为有些设备在电路内部已 将2和3线调换过来了，你只要2,3,5(7)针一一对应就行了。

　　 小技巧：如何辨别TXD和RXD端口？

　　搞电子的人手边应该常备一个电表，用来测测电压，电阻什么的会很有用。你只要分别测一下RS232端口的2--5或3--5针脚之间的电压，通常TXD针脚与GND之间会有3~15V左右的负电压，表示它是TXD针脚。
　　安装Java Communications API

　　Sun的J2SE中并没有直接提供以上提到的任何一种串行通讯协议的开发包，而是以独立的jar包形式发布在java.sun.com网站上(从这里 下载)----即comm.jar，称之为Javatm Communications API，它是J2SE的标准扩展。comm.jar并不是最近才有，早在1998年时，sun就已经发布了这个开发包。comm.jar分别提供了对常用 的RS232串行端口和IEEE1284并行端口通讯的支持。目前sun发布的comm.jar只有Windows和Solaris平台两个版本，如果你 需要Linux平台下的，可以在http://www.geeksville.com/~kevinh/linuxcomm.html找到。

　　在使用comm.jar之前，必须知道如何安装它。这也是困扰许多初学java RS232通讯者的一个难题。如果我们电脑上安装了JDK,它将同时为我们安装一份JRE(Java Runtime Entironment)，通常我们运行程序时都是以JRE来运行的。所以以下的安装适用于JRE。如果你是用JDK来运行程序的，请将相应的改成。

　　下载了comm.jar开发包后，与之一起的还有两个重要的文件，win32com.dll和javax.comm.properties。 comm.jar提供了通讯用的java API，而win32com.dll提供了供comm.jar调用的本地驱动接口。而javax.comm.properties是这个驱动的类配置文 件。首先将comm.jar复制到libext目录。再将win21com.dll复制到你的RS232应用程序运行的目录，即user.dir。然后将 javax.comm.properties复制到lib目录。

　　 通讯前的准备

　　如果你手头上没有现成的提供了标准RS232串口的设备，你可以将自己的电脑模拟成两台不同的串口设备。通常电脑主机后面的面板提供了两个9针的串 口，请将这两个串口的2,3,5脚按前面介绍的方法连接。电子市场都有现成的连接头卖，请不要买那种封装的严严实实的接头，而要买用螺丝封装可以拆开的连 接头，这样可以方便自己根据需要连接各个针脚。
　 　 Comm API基础

　　我无意于在此详细描述Comm API每个类和接口的用法，但我会介绍Comm API的类结构和几个重要的API用法。

　　所有的comm API位于javax.comm包下面。从Comm API的javadoc来看，它介绍给我们的只有区区以下13个类或接口：

　　javax.comm.CommDriver

　　javax.comm.CommPort

　　javax.comm.ParallelPort

　　javax.comm.SerialPort

　　javax.comm.CommPortIdentifier

　　javax.comm.CommPortOwnershipListener

　　javax.comm.ParallelPortEvent

　　javax.comm.SerialPortEvent

　　javax.comm.ParallelPortEventListener (extends java.util.EventListener)

　　javax.comm.SerialPortEventListener (extends java.util.EventListener)

　　javax.comm.NoSuchPortException

　　javax.comm.PortInUseException

　　javax.comm.UnsupportedCommOperationException

　　下面讲解一下几个主要类或接口。

　 　1.枚举出系统所有的RS232端口

　　在开始使用RS232端口通讯之前，我们想知道系统有哪些端口是可用的，以下代码列出系统中所有可用的RS232端口:

　　Enumeration en = CommPortIdentifier.getPortIdentifiers();

　　CommPortIdentifier portId;

　　while (en.hasMoreElements())

　　{

　　portId = (CommPortIdentifier) en.nextElement();

　　/*如果端口类型是串口，则打印出其端口信息*/

　　if (portId.getPortType() == CommPortIdentifier.PORT_SERIAL)

　　{

　　System.out.println(portId.getName());

　　}

　　}

　　在我的电脑上以上程序输出以下结果：

　　COM1

　　COM2

　　CommPortIdentifier类的getPortIdentifiers方法可以找到系统所有的串口，每个串口对应一个CommPortIdentifier类的实例。

　　2.打开端口

　　如果你使用端口，必须先打开它。

　　try{

　　CommPort serialPort = portId.open("My App", 60);

　　/*从端口中读取数据*/

　　InputStream input = serialPort.getInputStream();

　　input.read(...);

　　/*往端口中写数据*/

　　OutputStream output = serialPort.getOutputStream();

　　output.write(...)

　　...

　　}catch(PortInUseException ex)

　　{ ... }

　　通过CommPortIdentifier的open方法可以返回一个CommPort对象。open方法有两个参数，第一个是String，通常设 置为你的应用程序的名字。第二个参数是时间，即开启端口超时的毫秒数。当端口被另外的应用程序占用时，将抛出PortInUseException异常。

　　在这里CommPortIdentifier类和CommPort类有什么区别呢？其实它们两者是一一对应的关系。 CommPortIdentifier主要负责端口的初始化和开启，以及管理它们的占有权。而CommPort则是跟实际的输入和输出功能有关的。通过 CommPort的getInputStream()可以取得端口的输入流，它是java.io.InputStream接口的一个实例。我们可以用标准 的InputStream的操作接口来读取流中的数据，就像通过FileInputSteam读取文件的内容一样。相应的，CommPort的 getOutputStream可以获得端口的输出流，这样就可以往串口输出数据了。

　　3.关闭端口

　　使用完的端口，必须记得将其关闭，这样可以让其它的程序有机会使用它，不然其它程序使用该端口时可能会抛出端口正在使用中的错误。很奇怪的是， CommPortIdentifier类只提供了开启端口的方法，而要关闭端口，则要调用CommPort类的close()方法。
　　CommPort的输入流的读取方式与文件的输入流有些不一样，那就是你可能永远不知这个InputStream何时结束，除非对方的 OutputStream向你发送了一个特定数据表示发送结束，你收到这个特定字符后，再行关闭你的InputStream。而comm.jar提供了两 种灵活的方式让你读取数据。

　 　1.轮询方式(Polling)

　　举个例子，你同GF相约一起出门去看电影，但你的GF好打扮，这一打扮可能就是半小时甚至一小时以上。这时你就耐不住了，每两分钟就催问一次“好了没？”，如此这样，直到你的GF说OK了才算完。这个就叫轮询(Polling)。

　　在程序中，轮询通常设计成一个封闭的循环，当满足某个条件时即结束循环。刚才那个例子中，你的GF说“OK了！”，这个就是结束你轮询的条件。在单线 程的程序中，当循环一直执行某项任务而又无法预知它何时结束时，此时你的程序看起来可能就像死机一样。在VB程序中，这个问题可以用在循环结构中插入一个 doEvent语句来解决。而Java中，最好的方式是使用线程，就像以下代码片断一样。

　　public TestPort extend Thread

　　{

　　...

　　InputStream input = serialPort.getInputStream();

　　StringBuffer buf = new StringBuffer();

　　boolean stopped = false;

　　...

　　public void run()

　　{

　　try {

　　while( !stopped )

　　int ch = input.read();

　　if ( ch=='q' || ch=='Q' )

　　{

　　/*结束读取，关闭端口...*/

　　stopped = true;

　　...

　　}

　　else

　　{

　　buf.append((char)ch);

　　...

　　}

　　}catch (InterruptedException e) { }

　　}

　　}


　　 2.监听方式(listening)

　　Comm API支持标准的Java Bean型的事件模型。也就是说，你可以使用类似AddXXXListener这样的方法为一个串口注册自己的监听器，以监听方式进行数据读取。

　　如要对端口监听，你必须先取得CommPortIdentifier类的一个实例，

　　CommPort serialPort = portId.open("My App", 60);

　　从而取得SerialPort，再调用它的addEventListener方法为它添加监听器，

　　serialPort.addEventListener(new MyPortListener());

　　SerialPort的监听器必须继承于SerialPortEventListener接口。当有任何SerialPort的事件发生时，将自动调用监听器中的serialEvent方法。Serial Event有以下几种类型：

　　BI -通讯中断.

　　CD -载波检测.

　　CTS -清除发送.

　　DATA_AVAILABLE -有数据到达.

　　DSR -数据设备准备好.

　　FE -帧错误.

　　OE -溢位错误.

　　OUTPUT_BUFFER_EMPTY -输出缓冲区已清空.

　　PE -奇偶校验错.

　　RI -　振铃指示.

　　下面是一个监听器的示例：

　　public void MyPortListener implements SerialPortEventListener

　　{

　　　public void serialEvent(SerialPortEvent evt)

　　　{

　　switch (evt.getEventType())

　　{

　　　case SerialPortEvent.CTS :

　　　　System.out.println("CTS event occured.");

　　　　break;

　　　case SerialPortEvent.CD :

　　　　System.out.println("CD event occured.");

　　　　break;

　　　case SerialPortEvent.BI :

　　　　System.out.println("BI event occured.");

　　　　break;

　　　case SerialPortEvent.DSR :

　　　　System.out.println("DSR event occured.");

　　　　break;

　　　case SerialPortEvent.FE :

　　　　System.out.println("FE event occured.");

　　　　break;

　　　case SerialPortEvent.OE :

　　　　System.out.println("OE event occured.");

　　　　break;

　　　case SerialPortEvent.PE :

　　　　System.out.println("PE event occured.");

　　　　break;

　　　case SerialPortEvent.RI :

　　　　System.out.println("RI event occured.");

　　　　break;

　　　case SerialPortEvent.OUTPUT_BUFFER_EMPTY :

　　　　System.out.println("OUTPUT_BUFFER_EMPTY event occured.");

　　　　break;

　　　case SerialPortEvent.DATA_AVAILABLE :

　　　　System.out.println("DATA_AVAILABLE event occured.");

　　　　int ch;

　　　　StringBuffer buf = new StringBuffer();

　　　　InputStream input = serialPort.getInputStream

　　　　try {

　　　　　while ( (ch=input.read()) > 0) {

　　　　　　buf.append((char)ch);

　　　　　}

　　　　　System.out.print(buf);

　　　　} catch (IOException e) {}

　　　　break;

　　　}

　　}

　　这个监听器只是简单打印每个发生的事件名称。而对于大多数应用程序来说，通常关心是DATA_AVAILABLE事件，当数据从外部设备传送到端口上 来时将触发此事件。此时就可以使用前面提到过的方法，serialPort.getInputStream()来从InputStream中读取数据了。