Android-串口编程原理和实现方式(附源码).docx

  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：
[cpp] view plaincopy
1. <span style="font-size:18px;">        int fd;  
2.         speed_t speed;  
3.         jobject mFileDescriptor;  
4.   
5.         /* Check arguments */  
6.         {  
7.                 speed = getBaudrate(baudrate);  
8.                 if (speed == -1) {  
9.                         /* TODO: throw an exception */  
10.                         LOGE("Invalid baudrate");  
11.                         return NULL;  
12.                 }  
13.         }  
14.   
15.         /* Opening device */  
16.         {  
17.                 jboolean iscopy;  
18.                 const char *path_utf = (*env)->GetStringUTFChars(env, path, &iscopy);  
19.                 LOGD("Opening serial port %s with flags 0x%x", path_utf, O_RDWR | flags);  
20.                 fd = open(path_utf, O_RDWR | flags);  
21.                 LOGD("open() fd = %d", fd);  
22.                 (*env)->ReleaseStringUTFChars(env, path, path_utf);  
23.                 if (fd == -1)  
24.                 {  
25.                         /* Throw an exception */  
26.                         LOGE("Cannot open port");  
27.                         /* TODO: throw an exception */  
28.                         return NULL;  
29.                 }  
30.         }  
31.   
32.         /* Configure device */  
33.         {  
34.                 struct termios cfg;  
35.                 LOGD("Configuring serial port");  
36.                 if (tcgetattr(fd, &cfg))  
37.                 {  
38.                         LOGE("tcgetattr() failed");  
39.                         close(fd);  
40.                         /* TODO: throw an exception */  
41.                         return NULL;  
42.                 }  
43.   
44.                 cfmakeraw(&cfg);  
45.                 cfsetispeed(&cfg, speed);  
46.                 cfsetospeed(&cfg, speed);  
47.   
48.                 if (tcsetattr(fd, TCSANOW, &cfg))  
49.                 {  
50.                         LOGE("tcsetattr() failed");  
51.                         close(fd);  
52.                         /* TODO: throw an exception */  
53.                         return NULL;  
54.                 }  
55.         }  
56. </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：
[java] view plaincopy
1. <span style="font-size:18px;">package org.winplus.serial.utils;  
2.   
3. import java.io.File;  
4. import java.io.FileReader;  
5. import java.io.IOException;  
6. import java.io.LineNumberReader;  
7. import java.util.Iterator;  
8. import java.util.Vector;  
9.   
10. import android.util.Log;  
11.   
12. public class SerialPortFinder {  
13.   
14.     private static final String TAG = "SerialPort";  
15.   
16.     private Vector<Driver> mDrivers = null;  
17.   
18.     public class Driver {  
19.         public Driver(String name, String root) {  
20.             mDriverName = name;  
21.             mDeviceRoot = root;  
22.         }  
23.   
24.         private String mDriverName;  
25.         private String mDeviceRoot;  
26.         Vector<File> mDevices = null;  
27.   
28.         public Vector<File> getDevices() {  
29.             if (mDevices == null) {  
30.                 mDevices = new Vector<File>();  
31.                 File dev = new File("/dev");  
32.                 File[] files = dev.listFiles();  
33.                 int i;  
34.                 for (i = 0; i < files.length; i++) {  
35.                     if (files[i].getAbsolutePath().startsWith(mDeviceRoot)) {  
36.                         Log.d(TAG, "Found new device: " + files[i]);  
37.                         mDevices.add(files[i]);  
38.                     }  
39.                 }  
40.             }  
41.             return mDevices;  
42.         }  
43.   
44.         public String getName() {  
45.             return mDriverName;  
46.         }  
47.     }  
48.   
49.     Vector<Driver> getDrivers() throws IOException {  
50.         if (mDrivers == null) {  
51.             mDrivers = new Vector<Driver>();  
52.             LineNumberReader r = new LineNumberReader(new FileReader(  
53.                     "/proc/tty/drivers"));  
54.             String l;  
55.             while ((l = r.readLine()) != null) {  
56.                 // Issue 3:  
57.                 // Since driver name may contain spaces, we do not extract  
58.                 // driver name with split()  
59.                 String drivername = l.substring(0, 0x15).trim();  
60.                 String[] w = l.split(" +");  
61.                 if ((w.length >= 5) && (w[w.length - 1].equals("serial"))) {  
62.                     Log.d(TAG, "Found new driver " + drivername + " on "  
63.                             + w[w.length - 4]);  
64.                     mDrivers.add(new Driver(drivername, w[w.length - 4]));  
65.                 }  
66.             }  
67.             r.close();  
68.         }  
69.         return mDrivers;  
70.     }  
71.   
72.     public String[] getAllDevices() {  
73.         Vector<String> devices = new Vector<String>();  
74.         // Parse each driver  
75.         Iterator<Driver> itdriv;  
76.         try {  
77.             itdriv = getDrivers().iterator();  
78.             while (itdriv.hasNext()) {  
79.                 Driver driver = itdriv.next();  
80.                 Iterator<File> itdev = driver.getDevices().iterator();  
81.                 while (itdev.hasNext()) {  
82.                     String device = itdev.next().getName();  
83.                     String value = String.format("%s (%s)", device,  
84.                             driver.getName());  
85.                     devices.add(value);  
86.                 }  
87.             }  
88.         } catch (IOException e) {  
89.             e.printStackTrace();  
90.         }  
91.         return devices.toArray(new String[devices.size()]);  
92.     }  
93.   
94.     public String[] getAllDevicesPath() {  
95.         Vector<String> devices = new Vector<String>();  
96.         // Parse each driver  
97.         Iterator<Driver> itdriv;  
98.         try {  
99.             itdriv = getDrivers().iterator();  
100.             while (itdriv.hasNext()) {  
101.                 Driver driver = itdriv.next();  
102.                 Iterator<File> itdev = driver.getDevices().iterator();  
103.                 while (itdev.hasNext()) {  
104.                     String device = itdev.next().getAbsolutePath();  
105.                     devices.add(device);  
106.                 }  
107.             }  
108.         } catch (IOException e) {  
109.             e.printStackTrace();  
110.         }  
111.         return devices.toArray(new String[devices.size()]);  
112.     }  
113. }  
114. </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
[java] view plaincopy
1. <span style="font-size:18px;">package org.winplus.serial.utils;  
2.   
3. import java.io.File;  
4. import java.io.FileDescriptor;  
5. import java.io.FileInputStream;  
6. import java.io.FileOutputStream;  
7. import java.io.IOException;  
8. import java.io.InputStream;  
9. import java.io.OutputStream;  
10.   
11. import android.util.Log;  
12.   
13. public class SerialPort {  
14.     private static final String TAG = "SerialPort";  
15.   
16.     /* 
17.      * Do not remove or rename the field mFd: it is used by native method 
18.      * close(); 
19.      */  
20.     private FileDescriptor mFd;  
21.     private FileInputStream mFileInputStream;  
22.     private FileOutputStream mFileOutputStream;  
23.   
24.     public SerialPort(File device, int baudrate, int flags)  
25.             throws SecurityException, IOException {  
26.   
27.         /* Check access permission */  
28.         if (!device.canRead() || !device.canWrite()) {  
29.             try {  
30.                 /* Missing read/write permission, trying to chmod the file */  
31.                 Process su;  
32.                 su = Runtime.getRuntime().exec("/system/bin/su");  
33.                 String cmd = "chmod 666 " + device.getAbsolutePath() + "\n"  
34.                         + "exit\n";  
35.                 su.getOutputStream().write(cmd.getBytes());  
36.                 if ((su.waitFor() != 0) || !device.canRead()  
37.                         || !device.canWrite()) {  
38.                     throw new SecurityException();  
39.                 }  
40.             } catch (Exception e) {  
41.                 e.printStackTrace();  
42.                 throw new SecurityException();  
43.             }  
44.         }  
45.   
46.         mFd = open(device.getAbsolutePath(), baudrate, flags);  
47.         if (mFd == null) {  
48.             Log.e(TAG, "native open returns null");  
49.             throw new IOException();  
50.         }  
51.         mFileInputStream = new FileInputStream(mFd);  
52.         mFileOutputStream = new FileOutputStream(mFd);  
53.     }  
54.   
55.     // Getters and setters  
56.     public InputStream getInputStream() {  
57.         return mFileInputStream;  
58.     }  
59.   
60.     public OutputStream getOutputStream() {  
61.         return mFileOutputStream;  
62.     }  
63.   
64.     // JNI  
65.     private native static FileDescriptor open(String path, int baudrate,  
66.             int flags);  
67.   
68.     public native void close();  
69.   
70.     static {  
71.         System.loadLibrary("serial_port");  
72.     }  
73. }  
74. </span>  

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

[java] view plaincopy
1. <span style="font-size:18px;">package org.winplus.serial;  
2.   
3. import java.io.File;  
4. import java.io.IOException;  
5. import java.security.InvalidParameterException;  
6.   
7. import org.winplus.serial.utils.SerialPort;  
8. import org.winplus.serial.utils.SerialPortFinder;  
9.   
10. import android.content.SharedPreferences;  
11.   
12. public class Application extends android.app.Application {  
13.     public SerialPortFinder mSerialPortFinder = new SerialPortFinder();  
14.     private SerialPort mSerialPort = null;  
15.   
16.     public SerialPort getSerialPort() throws SecurityException, IOException, InvalidParameterException {  
17.             if (mSerialPort == null) {  
18.                     /* Read serial port parameters */  
19.                     SharedPreferences sp = getSharedPreferences("android_serialport_api.sample_preferences", MODE_PRIVATE);  
20.                     String path = sp.getString("DEVICE", "");  
21.                     int baudrate = Integer.decode(sp.getString("BAUDRATE", "-1"));  
22.   
23.                     /* Check parameters */  
24.                     if ( (path.length() == 0) || (baudrate == -1)) {  
25.                             throw new InvalidParameterException();  
26.                     }  
27.   
28.                     /* Open the serial port */  
29.                     mSerialPort = new SerialPort(new File(path), baudrate, 0);  
30.             }  
31.             return mSerialPort;  
32.     }  
33.   
34.     public void closeSerialPort() {  
35.             if (mSerialPort != null) {  
36.                     mSerialPort.close();  
37.                     mSerialPort = null;  
38.             }  
39.     }  
40. }  
41. </span>  

5） 新建一个继承抽象的Activity类，主要用于读取串口的信息

[java] view plaincopy
1. <span style="font-size:18px;">package org.winplus.serial;  
2.   
3. import java.io.IOException;  
4. import java.io.InputStream;  
5. import java.io.OutputStream;  
6. import java.security.InvalidParameterException;  
7.   
8. import org.winplus.serial.utils.SerialPort;  
9.   
10. import android.app.Activity;  
11. import android.app.AlertDialog;  
12. import android.content.DialogInterface;  
13. import android.content.DialogInterface.OnClickListener;  
14. import android.os.Bundle;  
15.   
16. public abstract class SerialPortActivity extends Activity {  
17.     protected Application mApplication;  
18.     protected SerialPort mSerialPort;  
19.     protected OutputStream mOutputStream;  
20.     private InputStream mInputStream;  
21.     private ReadThread mReadThread;  
22.   
23.     private class ReadThread extends Thread {  
24.   
25.         @Override  
26.         public void run() {  
27.             super.run();  
28.             while (!isInterrupted()) {  
29.                 int size;  
30.                 try {  
31.                     byte[] buffer = new byte[64];  
32.                     if (mInputStream == null)  
33.                         return;  
34.                       
35.                     /** 
36.                      * 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。 
37.                      */  
38.                     size = mInputStream.read(buffer);  
39.                     if (size > 0) {  
40.                         onDataReceived(buffer, size);  
41.                     }  
42.                 } catch (IOException e) {  
43.                     e.printStackTrace();  
44.                     return;  
45.                 }  
46.             }  
47.         }  
48.     }  
49.   
50.     private void DisplayError(int resourceId) {  
51.         AlertDialog.Builder b = new AlertDialog.Builder(this);  
52.         b.setTitle("Error");  
53.         b.setMessage(resourceId);  
54.         b.setPositiveButton("OK", new OnClickListener() {  
55.             public void onClick(DialogInterface dialog, int which) {  
56.                 SerialPortActivity.this.finish();  
57.             }  
58.         });  
59.         b.show();  
60.     }  
61.   
62.     @Override  
63.     protected void onCreate(Bundle save