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QT Android 串口通信

作者：Guff_9hys | 2024-08-28 02:00:32

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QT Android 串口通信

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1. 实现Java层的USB串口通信

1.1 初始化与权限管理

1.2 获取设备列表并请求权限

1.3 打开串口并启动I/O管理器

2. 接收串口数据并通过JNI传递到C++

2.1 数据接收与打印

2.2 通过JNI传递数据到C++

3. 关闭串口

2. 实现C++层的JNI交互与Qt UI集成

2.1 创建 PortWidgets 类

2.2 初始化与刷新串口列表

PortWidgets.cpp 文件中构造函数的实现

2.3 使用JNI与Java层交互

刷新串口设备列表

连接并打开串口

2.4 处理接收到的串口数据

JNI 回调函数与数据处理

2.5 关闭窗口

本文将介绍如何在Android平台上通过Java代码实现USB串口通信，并通过JNI（Java Native Interface）将数据传递到C++层进行处理。这个过程涵盖了从权限管理、串口数据收发、到C++信号与槽的实现。 

完整代码：GitHub - TryTryTL/serialport

1. 实现Java层的USB串口通信

1.1 初始化与权限管理

首先，我们需要创建一个 UsbController 类来管理USB设备。这个类负责初始化 UsbManager，请求用户权限，并监听设备权限的授予情况。

  1. package org.qtproject.example;
  2.  
  3. import android.app.PendingIntent;
  4. import android.content.BroadcastReceiver;
  5. import android.content.Context;
  6. import android.content.Intent;
  7. import android.content.IntentFilter;
  8. import android.hardware.usb.UsbDevice;
  9. import android.hardware.usb.UsbDeviceConnection;
  10. import android.hardware.usb.UsbManager;
  11. import android.util.Log;
  12.  
  13. import com.hoho.android.usbserial.driver.UsbSerialDriver;
  14. import com.hoho.android.usbserial.driver.UsbSerialPort;
  15. import com.hoho.android.usbserial.driver.UsbSerialProber;
  16. import com.hoho.android.usbserial.util.SerialInputOutputManager;
  17.  
  18. import java.io.IOException;
  19. import java.io.UnsupportedEncodingException;
  20. import java.util.ArrayList;
  21. import java.util.HashMap;
  22. import java.util.List;
  23. import java.util.concurrent.ExecutorService;
  24. import java.util.concurrent.Executors;
  25.  
  26. public class UsbController implements SerialInputOutputManager.Listener {
  27.  
  28.     private Context context;
  29.     private UsbManager usbManager;
  30.     private PendingIntent permissionIntent;
  31.     private UsbSerialPort pendingUsbSerialPort;
  32.     private SerialInputOutputManager mSerialIoManager;
  33.     private ExecutorService mExecutor = Executors.newSingleThreadExecutor();

在构造函数中，我们初始化了 UsbManager 并注册了一个 BroadcastReceiver，以便监听用户是否授予了对设备的访问权限。

  1.     public UsbController(Context context) {
  2.         this.context = context;
  3.         this.usbManager = (UsbManager) context.getSystemService(Context.USB_SERVICE);
  4.         this.permissionIntent = PendingIntent.getBroadcast(context, 0, new Intent("org.qtproject.example.USB_PERMISSION"), 0);
  5.  
  6.         IntentFilter filter = new IntentFilter("org.qtproject.example.USB_PERMISSION");
  7.         context.registerReceiver(usbPermissionReceiver, filter);
  8.     }
1.2 获取设备列表并请求权限

我们提供了一个 getDeviceList 方法，返回当前连接的USB设备列表，并请求用户权限。

  1.     public String[] getDeviceList() {
  2.         HashMap<String, UsbDevice> usbDevices = usbManager.getDeviceList();
  3.         String[] deviceNames = new String[usbDevices.size()];
  4.         int index = 0;
  5.         for (UsbDevice device : usbDevices.values()) {
  6.             deviceNames[index++] = device.getDeviceName();
  7.             usbManager.requestPermission(device, permissionIntent);
  8.         }
  9.         return deviceNames;
  10.     }
1.3 打开串口并启动I/O管理器

当用户授予权限后，我们会打开USB串口，并启动 SerialInputOutputManager 以处理串口数据的收发。

  1.     public void requestPermissionAndOpenPort(UsbSerialPort usbSerialPort, int baudRate, int dataBits, int stopBits, int parity) {
  2.         UsbDevice device = usbSerialPort.getDriver().getDevice();
  3.         if (usbManager.hasPermission(device)) {
  4.             openSerialPort(usbSerialPort, baudRate, dataBits, stopBits, parity);
  5.         } else {
  6.             pendingUsbSerialPort = usbSerialPort;
  7.             usbManager.requestPermission(device, permissionIntent);
  8.         }
  9.     }
  10.  
  11.     private void openSerialPort(UsbSerialPort usbSerialPort, int baudRate, int dataBits, int stopBits, int parity) {
  12.         UsbDeviceConnection connection = usbManager.openDevice(usbSerialPort.getDriver().getDevice());
  13.         if (connection != null) {
  14.             try {
  15.                 usbSerialPort.open(connection);
  16.                 usbSerialPort.setParameters(baudRate, dataBits, stopBits, parity);
  17.                 Log.d("USB", "Serial port opened successfully.");
  18.  
  19.                 startIoManager(usbSerialPort);
  20.             } catch (IOException e) {
  21.                 Log.e("USB", "Error opening serial port: " + e.getMessage());
  22.             }
  23.         } else {
  24.             Log.e("USB", "Could not open connection - permission might be required.");
  25.         }
  26.     }
  27.  
  28.     private void startIoManager(UsbSerialPort usbSerialPort) {
  29.         if (usbSerialPort != null) {
  30.             mSerialIoManager = new SerialInputOutputManager(usbSerialPort, this);
  31.             mExecutor.submit(mSerialIoManager);
  32.         }
  33.     }

2. 接收串口数据并通过JNI传递到C++

2.1 数据接收与打印

当串口接收到数据时，onNewData 方法会被回调。我们可以在此将数据转换为字符串并打印出来，确认接收是否成功。

  1.     @Override
  2.     public void onNewData(final byte[] data) {
  3.         try {
  4.             String receivedData = new String(data, "UTF-8");
  5.             Log.d("USB", "Received data: " + receivedData);
  6.         } catch (UnsupportedEncodingException e) {
  7.             Log.e("USB", "UTF-8 encoding is not supported", e);
  8.         }
  9.  
  10.         onDataReceivedFromJava(data);
  11.         if (onDataReceivedListener != null) {
  12.             onDataReceivedListener.onDataReceived(data);
  13.         }
  14.     }
2.2 通过JNI传递数据到C++

onDataReceivedFromJava 是一个本地方法，负责将接收到的数据传递到C++层。

    public native void onDataReceivedFromJava(byte[] data);
3. 关闭串口

在不再需要使用串口时，我们提供了一个 closeSerialPort 方法来停止I/O管理器并关闭串口。

  1.     public void closeSerialPort() {
  2.         stopIoManager();
  3.         if (pendingUsbSerialPort != null) {
  4.             try {
  5.                 pendingUsbSerialPort.close();
  6.                 Log.d("USB", "Serial port closed.");
  7.             } catch (IOException e) {
  8.                 Log.e("USB", "Error closing serial port: " + e.getMessage());
  9.             }
  10.             pendingUsbSerialPort = null;
  11.         }
  12.     }

2. 实现C++层的JNI交互与Qt UI集成

现在我们将进一步探讨如何在C++中处理这些数据，并将其与Qt的UI集成。

2.1 创建 PortWidgets 类

PortWidgets 类是Qt中的一个自定义控件，它负责管理串口通信，并通过JNI与Java层进行交互。我们首先在构造函数中初始化UI并设置相关的串口参数。

PortWidgets.h 文件结构

  1. #ifndef PORTWIDGETS_H
  2. #define PORTWIDGETS_H
  3.  
  4. #include <QWidget>
  5. #include <QSerialPort>
  6. #include <unordered_map>
  7. #include <QAndroidJniObject>
  8.  
  9. namespace Ui {
  10. class PortWidgets;
  11. }
  12.  
  13. class PortWidgets : public QWidget
  14. {
  15.     Q_OBJECT
  16.  
  17. public:
  18.     explicit PortWidgets(QWidget *parent = nullptr);
  19.     ~PortWidgets();
  20.  
  21.     // JNI 方法，用于从 Java 接收数据
  22.     void onDataReceivedFromJava(const QByteArray &data);
  23.  
  24. signals:
  25.     void receivedata(QByteArray data);
  26.  
  27. private slots:
  28.     void on_ptn_refresh_clicked();
  29.     void receive_data();
  30.     void on_ptn_conn_clicked();
  31.     void on_pushButton_clicked();
  32.  
  33. public:
  34.     void write_data(QByteArray writedata);
  35.  
  36. private:
  37.     Ui::PortWidgets *ui;
  38.     QSerialPort *myPort;  // 串口指针
  39.     QAndroidJniObject javaUsbController;
  40.  
  41.     static PortWidgets *instance;
  42.  
  43.     std::unordered_map<int, QSerialPort::BaudRate> baudRateMap = {
  44.         { 0, QSerialPort::Baud1200 },{ 1, QSerialPort::Baud2400 },{ 2, QSerialPort::Baud4800 },
  45.         { 3, QSerialPort::Baud9600 },{ 4, QSerialPort::Baud19200 },{ 5, QSerialPort::Baud38400 },
  46.         { 6, QSerialPort::Baud57600 },{ 7, QSerialPort::Baud115200 }
  47.     };
  48.  
  49.     std::unordered_map<int, QSerialPort::DataBits>dataMap = {
  50.         { 0, QSerialPort::Data5 },{ 1, QSerialPort::Data6 },{ 2, QSerialPort::Data7 },{ 3, QSerialPort::Data8 }
  51.     };
  52.  
  53.     std::unordered_map<int, QSerialPort::Parity>parityMap = {
  54.         { 0, QSerialPort::NoParity },{ 1, QSerialPort::OddParity },{ 2, QSerialPort::EvenParity }
  55.     };
  56.  
  57.     std::unordered_map<int, QSerialPort::StopBits> stopMap = {
  58.         {0, QSerialPort::OneStop}, {1, QSerialPort::OneAndHalfStop}, {2, QSerialPort::TwoStop}
  59.     };
  60. };
  61.  
  62. #endif // PORTWIDGETS_H
2.2 初始化与刷新串口列表

在 PortWidgets 的构造函数中，我们初始化了UI组件，并为不同的串口参数（波特率、数据位、校验位、停止位）设置了选项。此外，我们还调用了 on_ptn_refresh_clicked() 函数来刷新并显示当前可用的串口列表。

PortWidgets.cpp 文件中构造函数的实现
  1. PortWidgets* PortWidgets::instance = nullptr;
  2.  
  3. PortWidgets::PortWidgets(QWidget *parent)
  4.     : QWidget(parent)
  5.     , ui(new Ui::PortWidgets)
  6. {
  7.     // 在构造函数中初始化静态实例指针
  8.     instance = this;
  9.     ui->setupUi(this);
  10.     this->setWindowTitle("PortWidgets");
  11.     this->setWindowFlags(windowFlags() | Qt::WindowStaysOnTopHint);
  12.  
  13.     // 设置串口参数
  14.     QStringList baudratelist = {"1200", "2400", "4800", "9600", "19200", "38400", "57600", "115200"};
  15.     ui->CmbBaud->addItems(baudratelist);
  16.     ui->CmbBaud->setCurrentIndex(3);
  17.  
  18.     QStringList datalist = {"5", "6", "7", "8"};
  19.     ui->CmbDataBits->addItems(datalist);
  20.     ui->CmbDataBits->setCurrentIndex(3);
  21.  
  22.     QStringList checklist = {"No", "Even", "Odd"};
  23.     ui->CmbParity->addItems(checklist);
  24.     ui->CmbParity->setCurrentIndex(0);
  25.  
  26.     QStringList stoplist = {"1", "1.5", "2"};
  27.     ui->CmbStopBits->addItems(stoplist);
  28.     ui->CmbStopBits->setCurrentIndex(0);
  29.  
  30.     // 刷新串口列表
  31.     on_ptn_refresh_clicked();
  32.  
  33.     myPort = new QSerialPort(this);
  34.  
  35.     connect(myPort, &QSerialPort::readyRead, this, &PortWidgets::receive_data);
  36. }
  37.  
  38. PortWidgets::~PortWidgets()
  39. {
  40.     // 在析构函数中清除静态实例指针
  41.     instance = nullptr;
  42.     delete ui;
  43. }
2.3 使用JNI与Java层交互

我们通过JNI与Java层进行交互，获取串口设备列表并打开串口。在 on_ptn_refresh_clicked() 和 on_ptn_conn_clicked() 方法中，我们使用 QAndroidJniObject 来调用Java方法。

刷新串口设备列表
  1. void PortWidgets::on_ptn_refresh_clicked() {
  2.     QAndroidJniObject javaUsbController = QAndroidJniObject("org/qtproject/example/UsbController",
  3.                                                             "(Landroid/content/Context;)V",
  4.                                                             QtAndroid::androidContext().object());
  5.  
  6.     QAndroidJniObject result = javaUsbController.callObjectMethod("getAllSerialPort", "()Ljava/util/List;");
  7.     QAndroidJniEnvironment env;
  8.     jobject listObject = result.object<jobject>();
  9.  
  10.     jclass listClass = env->FindClass("java/util/List");
  11.     jmethodID sizeMethod = env->GetMethodID(listClass, "size", "()I");
  12.     jmethodID getMethod = env->GetMethodID(listClass, "get", "(I)Ljava/lang/Object;");
  13.  
  14.     int size = env->CallIntMethod(listObject, sizeMethod);
  15.     QStringList deviceList;
  16.     for (int i = 0; i < size; i++) {
  17.         jobject serialPortObject = env->CallObjectMethod(listObject, getMethod, i);
  18.         QAndroidJniObject usbDevice = QAndroidJniObject::fromLocalRef(serialPortObject).callObjectMethod("getDevice", "()Landroid/hardware/usb/UsbDevice;");
  19.         QString deviceName = usbDevice.callObjectMethod("getDeviceName", "()Ljava/lang/String;").toString();
  20.         deviceList << deviceName;
  21.         qDebug() << "Serial Port found: " << deviceName;
  22.     }
  23.  
  24.     ui->CmPortlist->clear();  // 清除旧的列表项
  25.     ui->CmPortlist->addItems(deviceList);  // 添加新的端口列表
  26.     if (!deviceList.isEmpty()) {
  27.         ui->CmPortlist->setCurrentIndex(0);  // 默认选择第一个端口
  28.     }
  29. }
连接并打开串口
  1. void PortWidgets::on_ptn_conn_clicked()
  2. {
  3.     int portIndex = 0;
  4.     int baudRate = 9600; // 示例波特率
  5.     int dataBits = 8; // 示例数据位
  6.     int stopBits = 1; // 示例停止位
  7.     int parity = 0; // 示例校验位，无校验
  8.  
  9.     QAndroidJniObject javaUsbController = QAndroidJniObject("org/qtproject/example/UsbController",
  10.                                                             "(Landroid/content/Context;)V",
  11.                                                             QtAndroid::androidContext().object());
  12.  
  13.     QAndroidJniObject serialPorts = javaUsbController.callObjectMethod("getAllSerialPort", "()Ljava/util/List;");
  14.     QAndroidJniEnvironment env;
  15.     jobject listObject = serialPorts.object<jobject>();
  16.  
  17.     jobject serialPortObject = env->CallObjectMethod(listObject, env->GetMethodID(env->GetObjectClass(listObject), "get", "(I)Ljava/lang/Object;"), portIndex);
  18.  
  19.     javaUsbController.callMethod<void>("requestPermissionAndOpenPort",
  20.                                        "(Lcom/hoho/android/usbserial/driver/UsbSerialPort;IIII)V",
  21.                                        serialPortObject,
  22.                                        baudRate,
  23.                                        dataBits,
  24.                                        stopBits,
  25.                                        parity);
  26. }
2.4 处理接收到的串口数据

当从Java层接收到串口数据时，通过JNI回调函数将数据传递到C++层，并通过Qt的信号槽机制将数据传递到UI或其他需要处理的地方。

JNI 回调函数与数据处理
  1. extern "C" JNIEXPORT void JNICALL
  2. Java_org_qtproject_example_UsbController_onDataReceivedFromJava(JNIEnv *env, jobject, jbyteArray data) {
  3.  
  4.     jsize length = env->GetArrayLength(data);
  5.     jbyte* byteArray = env->GetByteArrayElements(data, nullptr);
  6.     QByteArray receivedData((const char*)byteArray, length);
  7.  
  8.     if (PortWidgets::instance) {
  9.         PortWidgets::instance->onDataReceivedFromJava(receivedData);
  10.     }
  11.     env->ReleaseByteArrayElements(data, byteArray, 0);
  12. }
  13.  
  14. void PortWidgets::onDataReceivedFromJava(const QByteArray &data)
  15. {
  16.     emit receivedata(data);
  17. }
2.5 关闭窗口

为了确保应用程序的UI响应，我们在关闭按钮的点击事件中调用了 close() 方法，以关闭当前窗口。

  1. void PortWidgets::on_pushButton_clicked()
  2. {
  3.     this->close();
  4. }

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