基于Android平台的串口通信实现

转自：http://www.reader8.cn/data/20110723/783131.html

摘要：串口在数据通信中应用广泛，但Android SDK指定使用Java作为第三方应用开发语言，这给C语言实现串口应用带来了困难。虽然Google Android已经发布了NDK（Native Development Kit,原生态开发包），支持开发者用C/C++语言开发Android程序，但目前官方提供的技术指导比较简略。通过开发一个Android下串口通信应用实例，详细介绍了Android NDK的开发流程，帮助开发人员快速的完成平台搭建。

关键词：Android；NDK；JNI；SDK；串口

Android是Google推出的基于Linux的开源手机操作系统，是一个专门针对移动设备设计的软件平台，包括操作系统、中间件和一些关键应用。它的软件架构包含四个层次，从高到低分别为应用层、应用框架层、系统运行层和linux内核层，如图1所示。每一个Android应用程序都在它自己的进程中运行，都拥有一个独立的Dalvik虚拟机实例。Android发布初期，Google就表示其虚拟机Dalvik支持JNI编程方式，也就是第三方应用完全可以使用JNI调用自己的C动态库，但Google官方并没有明确表示支持开发者使用这种方法。终于在2009年6月，Google Android发布了NDK，它支持开发者使用C/C++语言开发Android程序。作为Android SDK的一个附加组件提供，开发者必须先安装Android SDK方可使用NDK。NDK的目的是为了增加代码的重用性及加快程序的运行速度，这有利于开发者从其他系统上移植软件到Android平台。
　　1 Android NDK简介
　　在Android上应用程序的开发大部分基于Java语言来实现。要使用C或是C++的程序或库，就需要使用NDK来实现。NDK是Native Development Kit的简称。它是一个工具集，集成了Android的交叉编译环境，并提供了一套比较方便的Makefile，可以帮助开发者快速开发C或是C++的动态库，并自动的将so动态库和java程序打包成apk，在Android上运行。有两个理由使用NDK:一是合理的重用现有的代码；二是在程序中某些关键的部分提高执行效率。
　　Android NDK目前作为Android SDK的一个附加组件提供，开发者须先安装Android SDK方可使用NDK。在Windows平台下进行NDK开发通常会采用Cygwin。Cygwin是一套可以运行在Windows平台上的UNIX/Linux模拟器。运行Cygwin后会出现一个类似Windows CMD的Shell环境界面，可以使用大部分Linux软件和功能。使用它我们可以方便的在Windows平台编译出Linux平台的库文件或应用程序。
　　2 安装和配置NDK开发环境
　　2.1 安装NDK
　　首先要完整安装SDK，尽量升级至最新版本，文中使用2.1版本的SDK。然后下载NDK，官网有三个版本分别是Windows、Mac OS X(intel)、Linux32/64(x86)，下载后解压即可使用。文中使用Windows版本的NDK,版本为android-ndk-r5。将它解压到某个目录下，文中我们将NDK安装到D:\android\android-ndk-r5目录中。
　　2.2 安装Cygwin
　　首先去Cygwin官网下载网络安装程序，下载下来以后点击直接运行。安装过程中最关键的是选择需要安装的包，为支持Android NDK的开发，选择Default安装后再安装以下模块autoconf2.1、automake1.10、binutils、gcc-core、gcc4-core、gdb、pcre、pcre-devel、GNU awk。
　　下面开始将Android NDK配置到Cygwin中。运行Cygwin，修改Cygwin目录下（/home/usrname）的.bash_profile文件，在文件尾部加入如下代码，
　　NDK=/cygdrive/d/android/android-ndk-r5
　　export NDK
　　然后重新启动Cygwin。输入cd $NDK，如果输出上面配置的/cygdrive/e/android-ndk-r5信息，则表明环境变量设置成功了。接下来就可以用 Cygwin 来编译我们的NDK代码了。
　　3Android NDK开发实例
　　开发实例是一个Android平台上的收音机程序，该应用通过调用串口API与外围收音机芯片通信，进而控制收音机芯片完成搜台、显示等功能。
　　Android NDK开发一般有以下步骤：
　　1) JNI接口设计；
　　2) 使用C/C++实现本地方法；
　　3) 生成动态链接库；
　　4) 将动态链接库复制到Java工程，生成.apk文件。
　　首先，创建一个NDK工程,然后在这个文件夹下建立jni和src两个目录，jni用来存放我们的C文件，src是调用C库的Java接口文件。接着创建jni/SerialPort.c,该文件的主要作用是完成串口的打开和关闭。关键代码如下：

Java_android_serialport_SerialPort_open(JNIEnv *env, jobject thiz, jstring path, jint baudrate) {
　　……
　　/* Opening device */
　　const char *path_utf = (*env)->GetStringUTFChars(env, path, &iscopy);
　　LOGD("Opening serial port %s", path_utf);
　　fd = open(path_utf, O_RDWR | O_DIRECT | O_SYNC);
　　LOGD("open() fd = %d", fd);
　　(*env)->ReleaseStringUTFChars(env, path, path_utf);
　　……
　　/* Configure device */
　　……
　　struct termios cfg;
　　cfmakeraw(&cfg);
　　cfsetispeed(&cfg, speed);
　　cfsetospeed(&cfg, speed);
　　}

在文件中，函数名这样定义：
　　jobject JNICALL Java_android_serialport_SerialPort_open，这个是JNI的标准，定义需要按照如下格式：Java_packagename_classname_methodname
　　接着创建文件jni/Android.mk.这个文件是我们本地c代码的Makefile。文件内容如下：
　　LOCAL_PATH := $(call my-dir)
　　include $(CLEAR_VARS)
　　LOCAL_MODULE:= serial_port
　　LOCAL_SRC_FILES := SerialPort.c
　　LOCAL_LDLIBS:= -llog
　　include $(BUILD_SHARED_LIBRARY)
　　LOCAL_PATH:=$(callmy-dir)这句用来指定编译的路径通过调用宏my-dir获取到当前工作的路径。
　　include$(CLEAR_VARS) CLEAR_VARS这个变量是编译系统提供的用来指明一个GNU makefile文件添加这句主要的目的是清理所有的LOCAL_XXX，比如LOCAL_MODULE、LOCAL_SRC_FILES等。在每个新模块的开始处需要添加这句。
　　LOCAL_MODULE := serial_port这句定义了模块名称，将来编译的库或者可执行程序就以此命名。如果编译的是动态库或者静态库，那么库名就是libserial_port.so或者libserial_port.a。需要注意的是系统会在生成动态库或者静态库的时候自动添加lib的前缀。
　　LOCAL_SRC_FILES := SerialPort.c是列出需要编译的源码文件名。这里不需要列出头文件和被包含文件，因为编译系统会自动为你添加。
　　include$(BUILD_SHARED_LIBRARY)这句说明将来产生的库是共享库即动态链接库。
　　接着，我们就可以在cygwin下编译生成库文件了。如图2所示，进入到工程目录下，运行ndk-build命令，生成了名为libserial_port.so的文件。
　　将该文件安装到工程目录下的libs\armeabi目录中。然后在src目录下编写的serialport.java文件,该文件用于JNI接口调用。关键代码如下：

public class SerialPort {
　　……
　　/*open the serial port*/
　　mFd = open(device.getAbsolutePath(), baudrate);
　　// JNI
　　private native static FileDescriptor open(String path, int baudrate);
　　public native void close();
　　static {
　　System.loadLibrary("serial_port");
　　}
　　}

private native static FileDescriptor open(String path, int baudrate)这句申明，带有native关键字，说明该方法是本地方法。System.loadLibrary("serial_port")这句就是用来加载我们的c动态库的。上面声明方法的具体实现就在我们加载的库中。
　　在完成了上述工作后，我们就可以针对具体应用来使用串口完成数据通信了。文中通过按键搜台，并显示出具体频段。
　　界面布局采用xml文件来声明，主要包括两个Button和一个TextView视图。
　　在Button上添加了按键响应，当按下Button时通过串口发送调频信号。

bforeward.setOnClickListener(new View.OnClickListener() {
　　public void onClick(View v) {
　　try {
　　mOutputStream.write('+');
　　mOutputStream.write('\n');
　　} catch (IOException e) {
　　e.printStackTrace();
　　}
　　}
　　});

TextView用于接收串口信息，显示调频。
　　

protected void onDataRecEived(final byte[] buffer, final int size) {
　　runOnUiThread(new Runnable() {
　　public void run() {
　　if (mReception != null) {
　　mReception.setText(new String(buffer, 0, size));
　　}
　　}
　　});
　　}

　　同时添加了Menu，当按下Menu键时可以选择“退出”或“关于”。
　　

//添加菜单选项
　　@Override
　　public boolean onCreateOptionsMenu(Menu menu) {
　　menu.add(0, 0, 0,R.string.about);
　　menu.add(0, 1, 1,R.string.exit);
　　return true;
　　}
　　//实现选择菜单的动作
　　@Override
　　public boolean onOptionsItemSelected(MenuItem item) {
　　int item_id = item.getItemId();
　　switch(item_id) {
　　case 0:
　　……
　　case 1:
　　MainMenu.this.finish();
　　break;
　　}return true;
　　}

　　编译运行该工程，就可以生成apk文件了。将apk文件和libserial_port.so安装到Android平台后，运行该应用程序，运行结果如图所示。
　　4结论
　　Android NDK使C语言开发人员也能参与到Android应用程序的开发中，增加代码的重用性。文中通过搭建串口应用的C代码底层接口，验证了其平台的可用性。但目前NDK还处于初级阶段，官方表示后期将提供更多的库，相信今后Android会对“C组件支持”更完善。
　　参考文献：
　　[1] 赵宏伟.Android NDK开发环境实现与应用[J].电脑知识与技术,2010(35).
　　[2] 杨丰盛.Android应用开发揭秘[M].北京:机械工业出版社,2010:484.
　　[3] Android SDK Document[EB/OL].http://developer.android.com/guide/index.html.