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() + "
"
                    + "exit
";
            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 setters
public InputStream getInputStream() {
    return mFileInputStream;
}

public OutputStream getOutputStream() {
    return mFileOutputStream;
}

// JNI
private 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。