android 串口编程

最近在android项目中要使用到串口编程，开始的时候为了省事，直接把以前在linux下用纯C写得串口程序封装成so库，再在JNI中调用so库，一点也没有问题。

虽说没有什么问题，总觉得在JAVA中使用纯C实现串口所有的操作很像是在“挂羊头卖狗肉”，而且也有点繁琐，想说JAVA应该把这些东西直接封装成API，于是在网上查资料，想找到类似于windows下的CreateFile的API接口，未果。

还好JAVA之中有个FileDescriptor类，可以把串口当作一个FileDescriptor，打开之后操作FileDescriptor就相当于操作串口。

不管是windows、linux、或是android操作系统，串口编程无非是以下几步：

1. 打开串口
2. 串口配置
3. 串口操作（读写）
4. 关闭串口

这是典型的流驱动设备，操作很简单，在C语言里无非就是open、write、read、close几个操作就能轻松搞定的东西。这跟文件的输入输出流其实是一个概念，所以在windows中可以用CreateFile操作串口，同样的道理，在java中可以使用FileDescriptor操作串口。

下面是android 串口编程的具体步骤，先创建一个串口类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 setterspublic InputStream getInputStream() {return mFileInputStream;}public OutputStream getOutputStream() {return mFileOutputStream;}// JNIprivate native static FileDescriptor open(String path, int baudrate, int flags);public native void close();static {System.loadLibrary("serial_port");}

这个类中主要干了两件事情：
创建了打开串口和关闭串口的本地方法

private native static FileDescriptor open(String path, int baudrate, int flags);public native void close();

关联串口的文件描述符（FileDescriptor），并把文件的输入输出流与之关联，在代码之中

private FileDescriptor mFd;private FileInputStream mFileInputStream;private FileOutputStream mFileOutputStream;mFd = open(device.getAbsolutePath(), baudrate, flags);mFileInputStream = new FileInputStream(mFd);mFileOutputStream = new FileOutputStream(mFd);

这段代码的意思就是把串口打开，并取得串口的输入输出操作（读写操作）。

 

到了这里，有个问题，如何打开串口？

代码上可知，打开串口的操作用的是一个本地方法open，那只能在JNI中实现这个接口，下面是jni中的实现：

static speed_t getBaudrate(jint baudrate){switch(baudrate) {case 0: return B0;case 50: return B50;case 75: return B75;case 110: return B110;case 134: return B134;case 150: return B150;case 200: return B200;case 300: return B300;case 600: return B600;case 1200: return B1200;case 1800: return B1800;case 2400: return B2400;case 4800: return B4800;case 9600: return B9600;case 19200: return B19200;case 38400: return B38400;case 57600: return B57600;case 115200: return B115200;case 230400: return B230400;case 460800: return B460800;case 500000: return B500000;case 576000: return B576000;case 921600: return B921600;case 1000000: return B1000000;case 1152000: return B1152000;case 1500000: return B1500000;case 2000000: return B2000000;case 2500000: return B2500000;case 3000000: return B3000000;case 3500000: return B3500000;case 4000000: return B4000000;default: return -1;}}/* * 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){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;}}/* Create a corresponding 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;}/* * Class:     cedric_serial_SerialPort * Method:    close * Signature: ()V */JNIEXPORT void JNICALL Java_android_1serialport_1api_SerialPort_close  (JNIEnv *env, jobject thiz){jclass SerialPortClass = (*env)->GetObjectClass(env, thiz);jclass FileDescriptorClass = (*env)->FindClass(env, "java/io/FileDescriptor");jfieldID mFdID = (*env)->GetFieldID(env, SerialPortClass, "mFd", "Ljava/io/FileDescriptor;");jfieldID descriptorID = (*env)->GetFieldID(env, FileDescriptorClass, "descriptor", "I");jobject mFd = (*env)->GetObjectField(env, thiz, mFdID);jint descriptor = (*env)->GetIntField(env, mFd, descriptorID);LOGD("close(fd = %d)", descriptor);close(descriptor);}

在Java_android_1serialport_1api_SerialPort_open接口中，能发现一些熟悉的东西：

fd = open(path_utf, O_RDWR | flags);tcgetattr(fd, &cfg)cfmakeraw(&cfg);cfsetispeed(&cfg, speed);cfsetospeed(&cfg, speed);

...

这些都是在linux下的串口编程，分别是打开串口设备节点，配置数据流控、波特率等，这些东西其实不是重点，重点是如何把打开的串口设备与FileDescriptor关联，即把fd封装到FileDescriptor中去：

/* Create a corresponding 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;

上面的代码简单解释来说就是mFileDescriptor与fd关联并返回给JAVA层。

至此，其实串口的JAVA封装已经完成，这个类其实已经可以完成串口的所有操作（打开，配置，读写，关闭），接下来的事情只是逻辑层面的事情了。