android串口通信——android-serialport-api

一.串口通信原理

串口通信（Serial Communications）的概念非常简单，串口按位（bit）发送和接收字节。尽管比按字节（byte）的并行通信慢，但是串口可以在使用一根线发送数据的同时用另一根线接收数据。它很简单并且能够实现远距离通信。
波特率：这是一个衡量符号传输速率的参数。

二、android-serialport-api

主要介绍一下内容：

1.android-serialport-api简单介绍
2.硬件地址和波特率的获取
3.发送和数据和接收数据

1.android-serialport-api简单介绍

android-serialport-api下有两个主要的类

1.1 SerialPort的介绍

1.1.1调用的顺序如下：

SerialPort构造方法 –> jni open –>c open

 

需要一个操作串口的对象
创建SerialPort对象
JNI(使用c语言的open函数打开文件)
操作的文件对象，波特率，文件操作权限。
调用jni的open方法创建对象。
返回文件的描述(FileDescriptor)
返回需要的串口对象。

1.1.2 SerialPort的构造函数

public SerialPort(File device, int baudrate, int flags)

1.1.3 C语言中的open函数

c语言中open函数是用来打开一个文件的。具体可以看这里C语言open()函数：打开文件函数

int open(const char * pathname, int flags);

返回值：若所有欲核查的权限都通过了检查则返回0 值, 表示成功, 只要有一个权限被禁止则返回-1.

SerialPort类

package android_serialport_api;
 
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;
/**
 1. 串口类
 2. @author qiwenming
 3.  */
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;//文件描述
    private FileInputStream mFileInputStream;
    private FileOutputStream mFileOutputStream;
 
    /**
     *获得一个窗口 
     * @param device 设备
     * @param baudrate 波特率
     * @param flags 标志
     * @throws SecurityException
     * @throws IOException
     */
    public SerialPort(File device, int baudrate, int flags) throws SecurityException, IOException {
 
        /* Check access permission */ //检查权限
        if (!device.canRead() || !device.canWrite()) {
            try {
                //如果丢失权限，就再获取权限
                /* 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";
                //写命令
                su.getOutputStream().write(cmd.getBytes());
                if ((su.waitFor() != 0) || !device.canRead() || !device.canWrite()) {
                    throw new SecurityException();
                }
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
                throw new SecurityException();
            }
        }
        //打开设备，这里面调用jni 的open方法
        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 FileInputStream getInputStream() {
        return mFileInputStream;
    }
 
    public FileOutputStream getOutputStream() {
        return mFileOutputStream;
    }
 
    //============== JNI=========================================
    /**
     * 打开串口设备的方法
     * @param path 设备的绝对路径
     * @param baudrate 波特率
     * @param flags 标志
     * @return
     */
    private native static FileDescriptor open(String path, int baudrate, int flags);
    //关闭设备
    public native void close();
    //加载库文件
    static {
        System.loadLibrary("serial_port");
    }
}

SerialPort.c 中open函数

/*
 * Class:     android_serialport_SerialPort
 * Method:    open
 * Signature: (Ljava/lang/String;II)Ljava/io/FileDescriptor;
 */
JNIEXPORT jobject JNICALL Java_android_1serialport_1api_SerialPort_open
  (JNIEnv *env, jclass thiz, jstring path, jint baudrate, jint flags)
{
    //变量定义，参数检查
    ......
 
 
    /* Opening device */
    //打开设备
    {
        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);
        //使用c语言的open函数打开文件
        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;
        }
    }
 
    //设备的一些设置
    ......
 
    /* Create a corresponding file descriptor */
    //创建我们需要的 file descriptor
    {
        jclass cFileDescriptor = (*env)->FindClass(env, "java/io/FileDescriptor");
        jmethodID iFileDescriptor = (*env)->GetMethodID(env, cFileDescriptor, "<init>", "()V");
        jfieldID descriptorID = (*env)->GetFieldID(env, cFileDescriptor, "descriptor", "I");
        mFileDescriptor = (*env)->NewObject(env, cFileDescriptor, iFileDescriptor);
        (*env)->SetIntField(env, mFileDescriptor, descriptorID, (jint)fd);
    }
 
    return mFileDescriptor;
}

2.发送和数据和接收数据

2.1数据的发送

数据的发送很简单，通过SerialPort对象的getOutputStream()方法获取到输出流，然后把数据写入到这个流中就行了。

      .....
      mOutputStream = mSerialPort.getOutputStream();
 
      // 把字符指令转为字节
        byte[] text = StringUtils.hexStringToBytes(sendData.commandStr);
        try {
            mOutputStream.write(text);
            mOutputStream.flush();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }

2.2 数据的接收

数据的接收，通过SerialPort对象的getInputStream()方法获取到输入流，然后读流的就行了。不过一般会开一个线程去读数据

......
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);
        }
....
/**
*读取流中的数据
*/
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;
                    size = mInputStream.read(buffer);
                    if (size > 0) {
                        onDataReceived(buffer, size);
                    }
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                    return;
                }
            }
        }
    }

具体的话可以看项目中的SerialPortActivity这个类，但是这个只是一个例子而已，真正在使用中，我们要根据自己的要求来修改，后面的blog中会介绍。

3.硬件地址和波特率的获取

我们都知道要操作一个串口设备，我们需要知道它的地址和波特率。其中波特率的话是一般根据硬件的说明来设定的，所以这个的话，我们只需要看说明就行了，当然在选择的波特率的时候，我们可以提供一些值来做选择。

3.1 波特率

我们可以创建一个集合来存储波特率，用到的时候来选择就行。

/**
 * @author qiwenming
 * @creation 2015-6-18 下午4:10:00
 * @instruction 波特率的集合
 */
public class BaudRateListConstants {
 
    private static List<Integer> list = new ArrayList<Integer>();
    public static List<Integer> getBaudRateList(){
        if(list.size()<=0){
            list.add(50);
            list.add(75);
            list.add(110);
            list.add(134);
            list.add(150);
            list.add(200);
            list.add(300);
            list.add(600);
            list.add(1200);
            list.add(1800);
            list.add(2400);
            list.add(4800);
            list.add(9600);
            list.add(38400);
            list.add(57600);
            list.add(115200);
            list.add(230400);
            list.add(460800);
            list.add(500000);
            list.add(576000);
            list.add(921600);
            list.add(1000000);
            list.add(1152000);
            list.add(1500000);
            list.add(2000000);
            list.add(2500000);
            list.add(3000000);
            list.add(3500000);
            list.add(4000000);
        }
        return list;
    }
}

3.2 硬件地址的获取

其实硬件地址，也是一个集合来存储着，用得使用，指定硬件地址。我们说andorid-serialport-api中主要的java文件有两个，其中SerialPort我们已经说了，剩下的SerialPortFinder就是获取硬件地址的类。
获取硬件地址的基本步骤：

 

读取/proc/tty/drivers文件
获取到基本地址,然后读取/dev下的所有文件，文件的开始地址与基础地址匹配的就是串口设备，文件的绝对路径地址存入到集合中。
串口设备的真实地址集合

或者如下：

开始
读取/proc/tty/drivers文件
获取到基本地址,然后读取/dev下的所有文件， 文件的开始地址与基础地址匹配的就是串口设备， 文件的绝对路径地址存入到集合中
串口设备的真实地址集合
结束

3.2.1读取 /proc/tty/drivers 文件中的内容

读取 /proc/tty/drivers 文件中的内容，判断哪些是串口设备的基础地址(通过serail这个关键字来判断)。我们可以看到drivers的文件内容如下(外设不同，文件内容不同)

 流程图如下：

1.在读取文件的内容的时候，是一行一行的读取的。（如下面的那条数据）
2.读取到一行数据的时候，窃取第一串字符为文件名。（如下面的那条数据，文件名为：serial）
3.按照” +”(一个或者多个空格)分割一行数据。(如下面的数据分割后的结果是: w[0]=”serial”,w[1]=”/dev/ttyS”,w[2]=”4”,w[3]=”64-67”,w[4]=”serial”)
4.判断上面分割的字符数组的长度是否大于等于5，并且最后一个字符串是不是”serial”,满足条件传递filename到3.2.2中执行 3.2.2 。不满足读取下一行，直到读取完成。

serial               /dev/ttyS       4 64-67 serial

3.2.2通过获取到基础地址，去查找真正的串口设备地址。把地址集合存起来。

流程图如下：

下面是/dev 目录的切图（部分）

1.获取/dev下的所有文件，得到一个文件数组files。
2.循环files，等到files[i]。
3.获取files[i]的绝度路径，判断这个绝对路径是不是以3.2.1中传递过来的基础地址filename开头。（例如：我们传递过来的是基础地址是：/dev/ttyS，那么我们这里满足条件的就是：/dev/ttyS0，/dev/ttyS1，/dev/ttyS2，/dev/ttyS3，这四个设备就是串口设备）
4.满足3说明是串口设备，保存到集合中，不满足执行5。
5.判读是否已经循环结束。结束返回集合，没有结束执行2。

SerialPortFinder

/*
 * Copyright 2009 Cedric Priscal
 * 
 * Licensed under the Apache License, Version 2.0 (the "License");
 * you may not use this file except in compliance with the License.
 * You may obtain a copy of the License at
 * 
 * http://www.apache.org/licenses/LICENSE-2.0
 * 
 * Unless required by applicable law or agreed to in writing, software
 * distributed under the License is distributed on an "AS IS" BASIS,
 * WITHOUT WARRANTIES OR CONDITIONS OF ANY KIND, either express or implied.
 * See the License for the specific language governing permissions and
 * limitations under the License. 
 */
 
package android_serialport_api;
 
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;
 
/**
 * 串口通讯的 寻检器
 * 
 * @author qiwenming
 * 
 */
public class SerialPortFinder {
 
    /**
     * 设备类
     * 
     * @author qiwenming
     */
    public class Driver {
        public Driver(String name, String root) {
            mDriverName = name;
            mDeviceRoot = root;
        }
 
        private String mDriverName;//设备名称
        private String mDeviceRoot;//设备根节点
        Vector<File> mDevices = null;//设备集合
 
        /**
         * 获取设备集合 这个是特定类型的设备 比如USB等
         * @return
         */
        public Vector<File> getDevices() {
            //如果设备已经添加过，就不添加了，否则就必须添加
            if (mDevices == null) {//如果
                mDevices = new Vector<File>();
                File dev = new File("/dev");
                //获取 /dev 下的设备
                File[] files = dev.listFiles();
                int i;
                for (i = 0; i < files.length; i++) {
                    //这里是拿文件的路径和我们 传递进来的路径进行对比，看看开头是不是我们传递捡来的  ，传递进来的函数是 外部类 getDrivers()
                    //比如 我们传递进来的文件路径是：  /dev/ttyUSB 那么我们获取道的文件的绝对路径 如：/dev/ttyUSB1 /dev/ttyUSB2
                    //就满足下面这个条件 ，就会加到集合中去
                    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;
        }
    }
 
    private static final String TAG = "SerialPort";
 
    private Vector<Driver> mDrivers = null;
 
    /**
     * 获取设备  
     * @return
     * @throws IOException
     * 其实就是读取 /proc/tty/drivers 这个文件
     * drivers中有设备的地址的总地址添加到一个集合中
     */
    Vector<Driver> getDrivers() throws IOException {
        if (mDrivers == null) {
            mDrivers = new Vector<Driver>();
            //读取行的流对象
            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()
                //看下面这个会发现 原来我们的 这个第一字符到第二个字符之间是21个，这也就是为什么这里面要用的 0x15 这个原因了 
                //dev/tty             /dev/tty        5       0 system:/dev/tty
                String drivername = l.substring(0, 0x15).trim();//其实就是获取第一个非空格字符串
                String[] w = l.split(" +");//这里是正则表达式：" +" 表示有一个或者多个空格
                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();//关闭流
        }
        return mDrivers;
    }
 
    /**
     * 得到所有的设备的名称
     * @return
     */
    public String[] getAllDevices() {
        Vector<String> devices = new Vector<String>();
        // Parse each driver
        Iterator<Driver> itdriv;
        try {
            itdriv = getDrivers().iterator();//获取道设备的根地址
            while (itdriv.hasNext()) {//迭代获取具体的根路径
                Driver driver = itdriv.next();
                Iterator<File> itdev = driver.getDevices().iterator();//获取道包含根地址的设备对象的集合
                while (itdev.hasNext()) {//迭代获得具体的设备
                    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()]);
    }
 
    /**
     * 获取道设备的路径
     * @return
     */
    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()) {
                    //获取
                    String device = itdev.next().getAbsolutePath();
                    devices.add(device);
                }
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return devices.toArray(new String[devices.size()]);
    }
}

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转载于：https://blog.csdn.net/qiwenmingshiwo/article/details/49557889