【Android应用开发】-（19）Android 串口编程原理和实现方式

【Android应用开发】-（19）Android 串口编程原理和实现方式

分类： Android 2011-11-28 23:40 11955人阅读 评论(81) 收藏 举报

android Android exception Exception jni JNI string String 编程

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    提到串口编程，就不得不提到JNI，不得不提到JavaAPI中的文件描述符类：FileDescriptor。下面我分别对JNI、FileDescriptor以及串口的一些知识点和实现的源码进行分析说明。这里主要是参考了开源项目android-serialport-api。

    串口编程需要了解的基本知识点：对于串口编程，我们只需对串口进行一系列的设置，然后打开串口，这些操作我们可以参考串口调试助手的源码进行学习。在Java中如果要实现串口的读写功能只需操作文件设备类:FileDescriptor即可，其他的事都由驱动来完成不用多管！当然，你想了解，那就得看驱动代码了。这里并不打算对驱动进行说明，只初略阐述应用层的实现方式。

 

（一）JNI：

    关于JNI的文章网上有很多，不再多做解释，想详细了解的朋友可以查看云中漫步的技术文章，写得很好，分析也很全面，那么在这篇拙文中我强调3点：

    1、如何将编译好的SO文件打包到APK中？（方法很简单，直接在工程目录下新建文件夹 libs/armeabi，将SO文件Copy到此目录即可）

    2、命名要注意的地方？（在编译好的SO文件中，将文件重命名为：libfilename.so即可。其中filename.so是编译好后生成的文件）

    3、MakeFile文件的编写（不用多说，可以直接参考package/apps目录下用到JNI的相关项目写法）

    这是关键的代码：

<span style="font-size:18px;">        int fd;
        speed_t speed;
        jobject mFileDescriptor;

        /* Check arguments */
        {
                speed = getBaudrate(baudrate);
                if (speed == -1) {
                        /* TODO: throw an exception */
                        LOGE("Invalid baudrate");
                        return NULL;
                }
        }

        /* Opening device */
        {
                jboolean iscopy;
                const char *path_utf = (*env)->GetStringUTFChars(env, path, &iscopy);
                LOGD("Opening serial port %s with flags 0x%x", path_utf, O_RDWR | flags);
                fd = open(path_utf, O_RDWR | flags);
                LOGD("open() fd = %d", fd);
                (*env)->ReleaseStringUTFChars(env, path, path_utf);
                if (fd == -1)
                {
                        /* Throw an exception */
                        LOGE("Cannot open port");
                        /* TODO: throw an exception */
                        return NULL;
                }
        }

        /* Configure device */
        {
                struct termios cfg;
                LOGD("Configuring serial port");
                if (tcgetattr(fd, &cfg))
                {
                        LOGE("tcgetattr() failed");
                        close(fd);
                        /* TODO: throw an exception */
                        return NULL;
                }

                cfmakeraw(&cfg);
                cfsetispeed(&cfg, speed);
                cfsetospeed(&cfg, speed);

                if (tcsetattr(fd, TCSANOW, &cfg))
                {
                        LOGE("tcsetattr() failed");
                        close(fd);
                        /* TODO: throw an exception */
                        return NULL;
                }
        }
</span>

（二）FileDescritor：

    文件描述符类的实例用作与基础机器有关的某种结构的不透明句柄，该结构表示开放文件、开放套接字或者字节的另一个源或接收者。文件描述符的主要实际用途是创建一个包含该结构的FileInputStream 或FileOutputStream。这是API的描述，不太好理解，其实可简单的理解为：FileDescritor就是对一个文件进行读写。

（三）实现串口通信细节

1)  建工程：SerialDemo包名：org.winplus.serial，并在工程目录下新建jni和libs两个文件夹和一个org.winplus.serial.utils，如下图：

2) 新建一个类：SerialPortFinder，添加如下代码：

<span style="font-size:18px;">package org.winplus.serial.utils;

import java.io.File;
import java.io.FileReader;
import java.io.IOException;
import java.io.LineNumberReader;
import java.util.Iterator;
import java.util.Vector;

import android.util.Log;

public class SerialPortFinder {

    private static final String TAG = "SerialPort";

    private Vector<Driver> mDrivers = null;

    public class Driver {
        public Driver(String name, String root) {
            mDriverName = name;
            mDeviceRoot = root;
        }

        private String mDriverName;
        private String mDeviceRoot;
        Vector<File> mDevices = null;

        public Vector<File> getDevices() {
            if (mDevices == null) {
                mDevices = new Vector<File>();
                File dev = new File("/dev");
                File[] files = dev.listFiles();
                int i;
                for (i = 0; i < files.length; i++) {
                    if (files[i].getAbsolutePath().startsWith(mDeviceRoot)) {
                        Log.d(TAG, "Found new device: " + files[i]);
                        mDevices.add(files[i]);
                    }
                }
            }
            return mDevices;
        }

        public String getName() {
            return mDriverName;
        }
    }

    Vector<Driver> getDrivers() throws IOException {
        if (mDrivers == null) {
            mDrivers = new Vector<Driver>();
            LineNumberReader r = new LineNumberReader(new FileReader(
                    "/proc/tty/drivers"));
            String l;
            while ((l = r.readLine()) != null) {
                // Issue 3:
                // Since driver name may contain spaces, we do not extract
                // driver name with split()
                String drivername = l.substring(0, 0x15).trim();
                String[] w = l.split(" +");
                if ((w.length >= 5) && (w[w.length - 1].equals("serial"))) {
                    Log.d(TAG, "Found new driver " + drivername + " on "
                            + w[w.length - 4]);
                    mDrivers.add(new Driver(drivername, w[w.length - 4]));
                }
            }
            r.close();
        }
        return mDrivers;
    }

    public String[] getAllDevices() {
        Vector<String> devices = new Vector<String>();
        // Parse each driver
        Iterator<Driver> itdriv;
        try {
            itdriv = getDrivers().iterator();
            while (itdriv.hasNext()) {
                Driver driver = itdriv.next();
                Iterator<File> itdev = driver.getDevices().iterator();
                while (itdev.hasNext()) {
                    String device = itdev.next().getName();
                    String value = String.format("%s (%s)", device,
                            driver.getName());
                    devices.add(value);
                }
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return devices.toArray(new String[devices.size()]);
    }

    public String[] getAllDevicesPath() {
        Vector<String> devices = new Vector<String>();
        // Parse each driver
        Iterator<Driver> itdriv;
        try {
            itdriv = getDrivers().iterator();
            while (itdriv.hasNext()) {
                Driver driver = itdriv.next();
                Iterator<File> itdev = driver.getDevices().iterator();
                while (itdev.hasNext()) {
                    String device = itdev.next().getAbsolutePath();
                    devices.add(device);
                }
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return devices.toArray(new String[devices.size()]);
    }
}
</span>

上面这个类在“android-serialport-api串口工具测试随笔”中有详细的说明，我就不多说了。

3）新建SerialPort类，这个类主要用来加载SO文件，通过JNI的方式打开关闭串口

<span style="font-size:18px;">package org.winplus.serial.utils;

import java.io.File;
import java.io.FileDescriptor;
import java.io.FileInputStream;
import java.io.FileOutputStream;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.io.OutputStream;

import android.util.Log;

public class SerialPort {
    private static final String TAG = "SerialPort";

    /*
     * Do not remove or rename the field mFd: it is used by native method
     * close();
     */
    private FileDescriptor mFd;
    private FileInputStream mFileInputStream;
    private FileOutputStream mFileOutputStream;

    public SerialPort(File device, int baudrate, int flags)
            throws SecurityException, IOException {

        /* Check access permission */
        if (!device.canRead() || !device.canWrite()) {
            try {
                /* Missing read/write permission, trying to chmod the file */
                Process su;
                su = Runtime.getRuntime().exec("/system/bin/su");
                String cmd = "chmod 666 " + device.getAbsolutePath() + "\n"
                        + "exit\n";
                su.getOutputStream().write(cmd.getBytes());
                if ((su.waitFor() != 0) || !device.canRead()
                        || !device.canWrite()) {
                    throw new SecurityException();
                }
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
                throw new SecurityException();
            }
        }

        mFd = open(device.getAbsolutePath(), baudrate, flags);
        if (mFd == null) {
            Log.e(TAG, "native open returns null");
            throw new IOException();
        }
        mFileInputStream = new FileInputStream(mFd);
        mFileOutputStream = new FileOutputStream(mFd);
    }

    // Getters and setters
    public InputStream getInputStream() {
        return mFileInputStream;
    }

    public OutputStream getOutputStream() {
        return mFileOutputStream;
    }

    // JNI
    private native static FileDescriptor open(String path, int baudrate,
            int flags);

    public native void close();

    static {
        System.loadLibrary("serial_port");
    }
}
</span>

4） 新建一个MyApplication 继承android.app.Application，用来对串口进行初始化和关闭串口

<span style="font-size:18px;">package org.winplus.serial;

import java.io.File;
import java.io.IOException;
import java.security.InvalidParameterException;

import org.winplus.serial.utils.SerialPort;
import org.winplus.serial.utils.SerialPortFinder;

import android.content.SharedPreferences;

public class MyApplication extends android.app.Application {
    public SerialPortFinder mSerialPortFinder = new SerialPortFinder();
    private SerialPort mSerialPort = null;

    public SerialPort getSerialPort() throws SecurityException, IOException, InvalidParameterException {
            if (mSerialPort == null) {
                    /* Read serial port parameters */
                    SharedPreferences sp = getSharedPreferences("android_serialport_api.sample_preferences", MODE_PRIVATE);
                    String path = sp.getString("DEVICE", "");
                    int baudrate = Integer.decode(sp.getString("BAUDRATE", "-1"));

                    /* Check parameters */
                    if ( (path.length() == 0) || (baudrate == -1)) {
                            throw new InvalidParameterException();
                    }

                    /* Open the serial port */
                    mSerialPort = new SerialPort(new File(path), baudrate, 0);
            }
            return mSerialPort;
    }

    public void closeSerialPort() {
            if (mSerialPort != null) {
                    mSerialPort.close();
                    mSerialPort = null;
            }
    }
}
</span>

5） 新建一个继承抽象的Activity类，主要用于读取串口的信息

<span style="font-size:18px;">package org.winplus.serial;

import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.io.OutputStream;
import java.security.InvalidParameterException;

import org.winplus.serial.utils.SerialPort;

import android.app.Activity;
import android.app.AlertDialog;
import android.content.DialogInterface;
import android.content.DialogInterface.OnClickListener;
import android.os.Bundle;

public abstract class SerialPortActivity extends Activity {
    protected MyApplication mApplication;
    protected SerialPort mSerialPort;
    protected OutputStream mOutputStream;
    private InputStream mInputStream;
    private ReadThread mReadThread;

    private class ReadThread extends Thread {

        @Override
        public void run() {
            super.run();
            while (!isInterrupted()) {
                int size;
                try {
                    byte[] buffer = new byte[64];
                    if (mInputStream == null)
                        return;

                    /**
                     * 这里的read要尤其注意，它会一直等待数据，等到天荒地老，海枯石烂。如果要判断是否接受完成，只有设置结束标识，或作其他特殊的处理。
                     */
                    size = mInputStream.read(buffer);
                    if (size > 0) {
                        onDataReceived(buffer, size);
                    }
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                    return;
                }
            }
        }
    }

    private void DisplayError(int resourceId) {
        AlertDialog.Builder b = new AlertDialog.Builder(this);
        b.setTitle("Error");
        b.setMessage(resourceId);
        b.setPositiveButton("OK", new OnClickListener() {
            public void onClick(DialogInterface dialog, int which) {
                SerialPortActivity.this.finish();
            }
        });
        b.show();
    }

    @Override
    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        mApplication = (MyApplication) getApplication();
        try {
            mSerialPort = mApplication.getSerialPort();
            mOutputStream = mSerialPort.getOutputStream();
            mInputStream = mSerialPort.getInputStream();

            /* Create a receiving thread */
            mReadThread = new ReadThread();
            mReadThread.start();
        } catch (SecurityException e) {
            DisplayError(R.string.error_security);
        } catch (IOException e) {
            DisplayError(R.string.error_unknown);
        } catch (InvalidParameterException e) {
            DisplayError(R.string.error_configuration);
        }
    }

    protected abstract void onDataReceived(final byte[] buffer, final int size);

    @Override
    protected void onDestroy() {
        if (mReadThread != null)
            mReadThread.interrupt();
        mApplication.closeSerialPort();
        mSerialPort = null;
        super.onDestroy();
    }
}
</span>

6）编写string.xml 以及baudrates.xml文件

    在string.xml文件中添加：

<span style="font-size:18px;">    <string name="error_configuration">Please configure your serial port first.</string>
    <string name="error_security">You do not have read/write permission to the serial  port.</string>
    <string name="error_unknown">The serial port can not be opened for an unknown  reason.</string>
</span>

在baudrates.xml文件中添加

<span style="font-size:18px;"><?xml version="1.0" encoding="utf-8"?>
<resources>

    <string-array name="baudrates_name">
        <item>50</item>
        <item>75</item>
        <item>110</item>
        <item>134</item>
        <item>150</item>
        <item>200</item>
        <item>300</item>
        <item>600</item>
        <item>1200</item>
        <item>1800</item>
        <item>2400</item>
        <item>4800</item>
        <item>9600</item>
        <item>19200</item>
        <item>38400</item>
        <item>57600</item>
        <item>115200</item>
        <item>230400</item>
        <item>460800</item>
        <item>500000</item>
        <item>576000</item>
        <item>921600</item>
        <item>1000000</item>
        <item>1152000</item>
        <item>1500000</item>
        <item>2000000</item>
        <item>2500000</item>
        <item>3000000</item>
        <item>3500000</item>
        <item>4000000</item>
    </string-array>
    <string-array name="baudrates_value">
        <item>50</item>
        <item>75</item>
        <item>110</item>
        <item>134</item>
        <item>150</item>
        <item>200</item>
        <item>300</item>
        <item>600</item>
        <item>1200</item>
        <item>1800</item>
        <item>2400</item>
        <item>4800</item>
        <item>9600</item>
        <item>19200</item>
        <item>38400</item>
        <item>57600</item>
        <item>115200</item>
        <item>230400</item>
        <item>460800</item>
        <item>500000</item>
        <item>576000</item>
        <item>921600</item>
        <item>1000000</item>
        <item>1152000</item>
        <item>1500000</item>
        <item>2000000</item>
        <item>2500000</item>
        <item>3000000</item>
        <item>3500000</item>
        <item>4000000</item>
    </string-array>

</resources>
</span>

7）开始编写界面了：在main.xml布局文件中添加两个编辑框，一个用来发送命令，一个用来接收命令：

<span style="font-size:18px;"><?xml version="1.0" encoding="utf-8"?>
<LinearLayout xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android"
    android:layout_width="fill_parent"
    android:layout_height="fill_parent"
    android:orientation="vertical" >

    <EditText
        android:id="@+id/EditTextReception"
        android:layout_width="fill_parent"
        android:layout_height="fill_parent"
        android:layout_weight="1"
        android:gravity="top"
        android:hint="Reception"
        android:isScrollContainer="true"
        android:scrollbarStyle="insideOverlay" >
    </EditText>

    <EditText
        android:id="@+id/EditTextEmission"
        android:layout_width="fill_parent"
        android:layout_height="wrap_content"
        android:hint="Emission"
        android:lines="1" >
    </EditText>

</LinearLayout>
</span>

8） SerialDemoActivity类的实现：

<span style="font-size:18px;">package org.winplus.serial;

import java.io.IOException;

import android.os.Bundle;
import android.view.KeyEvent;
import android.widget.EditText;
import android.widget.TextView;
import android.widget.TextView.OnEditorActionListener;

public class SerialDemoActivity extends SerialPortActivity{
    EditText mReception;

    @Override
    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
            super.onCreate(savedInstanceState);
            setContentView(R.layout.main);

//          setTitle("Loopback test");
            mReception = (EditText) findViewById(R.id.EditTextReception);

            EditText Emission = (EditText) findViewById(R.id.EditTextEmission);
            Emission.setOnEditorActionListener(new OnEditorActionListener() {
                    public boolean onEditorAction(TextView v, int actionId, KeyEvent event) {
                            int i;
                            CharSequence t = v.getText();
                            char[] text = new char[t.length()];
                            for (i=0; i<t.length(); i++) {
                                    text[i] = t.charAt(i);
                            }
                            try {
                                    mOutputStream.write(new String(text).getBytes());
                                    mOutputStream.write('\n');
                            } catch (IOException e) {
                                    e.printStackTrace();
                            }
                            return false;
                    }
            });
    }

    @Override
    protected void onDataReceived(final byte[] buffer, final int size) {
            runOnUiThread(new Runnable() {
                    public void run() {
                            if (mReception != null) {
                                    mReception.append(new String(buffer, 0, size));
                            }
                    }
            });
    }
}
</span>

    写到这里，代码基本上写完了。下面就是要实现JNI层的功能了，要实现JNI，必须首先生成头文件，头文件的生成方式也很简单， 我们编译工程，在终端输入 javah org.winplus.serial.utils.SerialPort 则会生成头文件：org_winplus_serial_utils_SerialPort.h,这个头文件的名字可以随意命名。我们将它命名为：SerialPort.h拷贝到新建的目录jni中，新建SerialPort.c 文件，这两个文件的代码就不贴出来了。直接到上传的代码中看吧。

（四）串口的应用，可实现扫描头，指纹识别等外围USB转串口的特色应用。

原创文章，转载请注明出处：http://www.blog.csdn.net/tangcheng_ok

 

还蛮繁琐的，以上只是对开源项目android-serialport-api 进行精简想了解此项目请点击此处！就这样吧，晚了准备见周公去！