Android Studio的串口通訊開發

基於android-serialport-api實現

前言
RS232標准接口
UART
RS232與UART轉接
下載 NDK 和構建工具
創建支持 C/C++ 的新項目
編譯C/C++代碼
串口通訊原理
關於校驗位
HexString與Bytes的轉換
參考

前言

軟件代碼寫久了，總會對嵌入式開發感興趣，因為軟件的東西寫來寫去看不見摸不着，而嵌入式硬件開發，可以搗鼓一些機械設備玩，電子感應燈，遙控車啥的，這也就是傳說中的創客啊！后面索性買了一套單片機教程《手把手教你學51單片機》和板子學習，作為入門書來說，確實挺不錯，配合上官方的板子，把單片機的基礎原理都將的挺透徹，其中還包括了C語言的講解，為嵌入式開發打下基礎。

共花了2個月把單片機學了一遍，最后覺得也沒有想象中的難，因為其實到頭來還是像在使用工具，只是知識體系會有些不一樣，主要就是基於C/匯編語言通過單片機對寄存器、定時器、每個引腳的高低電平的使用，然后參考硬件手冊，對每個硬件進行操作，以達到想要實現的效果。而如果想要實現自己的最小系統，或者弄出一些好玩的東西，還要自己根據物力電氣原理選原件、畫PCB板子，這就是硬件工程師要干的事情了。

剛好公司項目里基於Android板子開發了一些串口通訊的應用，得益於之前單片機的學習，沒有遇到太多困難，記錄分享一下。

RS232標准接口

也就是PC電腦上所說的COM口，RS232是負邏輯電平，它定義+5~+12V為低電平，而-12~-5V為高電平。

正常情況下，PC台式主機機箱都會有一個RS232的通訊接口（別和VGI的口搞錯啦！），而目前筆記本幾乎不會帶有了，所以都是用USB轉接口。

UART

及Universal Asynchronous Receiver Transmitter：通用異步收發器，通常ARM嵌入式板子都會集成此接口

UART有4個pin（VCC, GND, RX, TX）, 用的TTL電平, 低電平為0(0V)，高電平為1（3.3V或以上）。

RS232與UART轉接

通常嵌入式里所說的串口，是指UART口，但硬件眾多，大多數都是基於RS232和UART，有時候這兩種口之間需要通訊，最主要不同的其實也就是電平不一樣，所以需要轉接口，某寶上MAX3232種類繁多。

下載 NDK 和構建工具

由於是使用JNI直接進行串口設備的讀寫，所以需要下載工具。android studio版本務必要2.2以上
運行SDK Manager，下載3個工具，CMake、LLDB、NDK
PS：如果下載進度很慢，請使用國內鏡像

創建支持 C/C++ 的新項目

在 Customize C++ Support 選項卡中。你有下面幾種方式來自定義你的項目：

1. C++ Standard：點擊下拉框，可以選擇標准 C++，或者選擇默認 CMake 設置的 Toolchain Default 選項。
2. Exceptions Support：如果你想使用有關 C++ 異常處理的支持，就勾選它。勾選之后，Android Studio 會在 module 層的 build.gradle 文件中的 cppFlags 中添加 -fexcetions 標志。
3. Runtime Type Information Support：如果你想支持 RTTI，那么就勾選它。勾選之后，Android Studio 會在 module 層的 build.gradle 文件中的 cppFlags 中添加 -frtti 標志。

新建成功之后，相對於以前的項目目錄，多了幾個地方。

1. cpp 目錄存放你所有 native code 的地方，包括源碼，頭文件，預編譯項目等。對於新項目，Android Studio 創建了一個 C++ 模板文件：native-lib.cpp，並且將該文件放到了你的 app 模塊的 src/main/cpp/ 目錄下。這份模板代碼提供了一個簡答的 C++ 函數：stringFromJNI()，該函數返回一個字符串：”Hello from C++”。
2. External Build Files 目錄是存放 CMake 或 ndk-build 構建腳本的地方。有點類似於 build.gradle 文件告訴 Gradle 如何編譯你的 APP 一樣，CMake 和 ndk-build 也需要一個腳本來告知如何編譯你的 native library。對於一個新的項目，Android Studio 創建了一個 CMake 腳本：CMakeLists.txt，並且將其放到了你的 module 的根目錄下。
3. gradle的腳本下也加入了externalNativeBuild字段來顯示指定CMake。

PS：如果現有項目需要添加C/C++ 代碼，則參考項目模板添加相應文件即可。

編譯C/C++代碼

CMakeLists.txt

 
 
 
         

  
  
  
          
# Sets the minimum version of CMake required to build the native
  
  
  
          
# library. You should either keep the default value or only pass a
  
  
  
          
# value of 3.4.0 or lower.
  
  
  
          

  
  
  
          
cmake_minimum_required(VERSION 3.4.1)
  
  
  
          

  
  
  
          
# Creates and names a library, sets it as either STATIC
  
  
  
          
# or SHARED, and provides the relative paths to its source code.
  
  
  
          
# You can define multiple libraries, and CMake builds it for you.
  
  
  
          
# Gradle automatically packages shared libraries with your APK.
  
  
  
          

  
  
  
          
add_library( # Sets the name of the library.
  
  
  
          
 serial_port
  
  
  
          

  
  
  
          
 # Sets the library as a shared library.
  
  
  
          
 SHARED
  
  
  
          

  
  
  
          
 # Provides a relative path to your source file(s).
  
  
  
          
 # Associated headers in the same location as their source
  
  
  
          
 # file are automatically included.
  
  
  
          
 src/main/cpp/SerialPort.c )
  
  
  
          

  
  
  
          
# Searches for a specified prebuilt library and stores the path as a
  
  
  
          
# variable. Because system libraries are included in the search path by
  
  
  
          
# default, you only need to specify the name of the public NDK library
  
  
  
          
# you want to add. CMake verifies that the library exists before
  
  
  
          
# completing its build.
  
  
  
          

  
  
  
          
find_library( # Sets the name of the path variable.
  
  
  
          
 log-lib
  
  
  
          

  
  
  
          
 # Specifies the name of the NDK library that
  
  
  
          
 # you want CMake to locate.
  
  
  
          
 log )
  
  
  
          

  
  
  
          
# Specifies libraries CMake should link to your target library. You
  
  
  
          
# can link multiple libraries, such as libraries you define in the
  
  
  
          
# build script, prebuilt third-party libraries, or system libraries.
  
  
  
          

  
  
  
          
target_link_libraries( # Specifies the target library.
  
  
  
          
 serial_port
  
  
  
          

  
  
  
          
 # Links the target library to the log library
  
  
  
          
 # included in the NDK.
  
  
  
          
 ${log-lib} )
 
 
 
         

SerialPort.h

 
 
 
         

  
  
  
          
/* DO NOT EDIT THIS FILE - it is machine generated */
  
  
  
          
#include <jni.h>
  
  
  
          
/* Header for class android_serialport_api_SerialPort */
  
  
  
          

  
  
  
          
#ifndef _Included_android_serialport_api_SerialPort
  
  
  
          
#define _Included_android_serialport_api_SerialPort
  
  
  
          
#ifdef __cplusplus
  
  
  
          
extern "C" {
  
  
  
          
#endif
  
  
  
          
/*
  
  
  
          
 * Class: android_serialport_api_SerialPort
  
  
  
          
 * Method: open
  
  
  
          
 * Signature: (Ljava/lang/String;II)Ljava/io/FileDescriptor;
  
  
  
          
 */
  
  
  
          
JNIEXPORT jobject JNICALL Java_android_1serialport_1api_SerialPort_open
  
  
  
          
 (JNIEnv *, jclass, jstring, jint, jint);
  
  
  
          

  
  
  
          
/*
  
  
  
          
 * Class: android_serialport_api_SerialPort
  
  
  
          
 * Method: close
  
  
  
          
 * Signature: ()V
  
  
  
          
 */
  
  
  
          
JNIEXPORT void JNICALL Java_android_1serialport_1api_SerialPort_close
  
  
  
          
 (JNIEnv *, jobject);
  
  
  
          

  
  
  
          
#ifdef __cplusplus
  
  
  
          
}
  
  
  
          
#endif
  
  
  
          
#endif
 
 
 
         

SerialPort.c

 
 
 
         

  
  
  
          
/*
  
  
  
          
* Copyright 2009-2011 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.
  
  
  
          
*/
  
  
  
          

  
  
  
          
#include <termios.h>
  
  
  
          
#include <unistd.h>
  
  
  
          
#include <sys/types.h>
  
  
  
          
#include <sys/stat.h>
  
  
  
          
#include <fcntl.h>
  
  
  
          
#include <string.h>
  
  
  
          
#include <jni.h>
  
  
  
          

  
  
  
          
#include "SerialPort.h"
  
  
  
          

  
  
  
          
#include "android/log.h"
  
  
  
          
static const char *TAG="serial_port";
  
  
  
          
#define LOGI(fmt, args...) __android_log_print(ANDROID_LOG_INFO, TAG, fmt, ##args)
  
  
  
          
#define LOGD(fmt, args...) __android_log_print(ANDROID_LOG_DEBUG, TAG, fmt, ##args)
  
  
  
          
#define LOGE(fmt, args...) __android_log_print(ANDROID_LOG_ERROR, TAG, fmt, ##args)
  
  
  
          

  
  
  
          
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);
  
  
  
          

  
  
  
          
 //此處設置校驗位
  
  
  
          
 //cfg.c_cflag……
  
  
  
          

  
  
  
          
 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);
  
  
  
          
}
 
 
 
         

最后java在需要的地方調用

 
 
 
         

  
  
  
          
 // JNI
  
  
  
          
 private native static FileDescriptor open(String path, int baudrate, int flags);
  
  
  
          
 public native void close();
  
  
  
          
 static {
  
  
  
          
 Log.i(TAG, "loadLibrary..............");
  
  
  
          
 System.loadLibrary("serial_port");
  
  
  
          
 }
 
 
 
         

串口通訊原理

使用到了linux系統函數，是相對底層的開發，所以一大堆標志位，位運算，看着有些暈，函數的具體使用方法需要查詢手冊
1、打開串口

 
 
 
         

  
  
  
          
fd = open(path_utf, O_RDWR | flags);
 
 
 
         

其中
O_RDWR 讀寫方式打開
O_NOCTTY 不允許進程管理串口
O_NDELAY 非阻塞

2、寫串口

 
 
 
         

  
  
  
          
n = write(fd, "ATZ ", 4);
 
 
 
         

n實際寫入個數

3、設置串口為非阻塞方式

 
 
 
         

  
  
  
          
fcntl(fd, F_SETFL, FNDELAY);
 
 
 
         

4、設置串口為阻塞方式：

 
 
 
         

  
  
  
          
fcntl(fd, F_SETFL, 0);
 
 
 
         

5、讀串口：

 
 
 
         

  
  
  
          
res = read(fd,buf,len);
 
 
 
         

6、關閉串口

 
 
 
         

  
  
  
          
 Close(fd);
 
 
 
         

注：示例代碼中通過JAVA的FileDescriptor類包裝了數據流，所以讀寫操作是在上層完成的。

 
 
 
         

  
  
  
          
 /* 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;
 
 
 
         

關於校驗位

示例代碼默認是沒有添加任何校驗位的，一般情況設備的基礎通訊協議都是
波特率：9600
校驗位：無
數據位：8
停止位：1位
至於具體的指令協議，根據設備提供商文檔自行寫控制代碼即可。
校驗位設置代碼如下：
No parity (8N1):

 
 
 
         

  
  
  
          
cfg.c_cflag &= ~PARENB
  
  
  
          
cfg.c_cflag &= ~CSTOPB
  
  
  
          
cfg.c_cflag &= ~CSIZE;
  
  
  
          
cfg.c_cflag |= CS8;
 
 
 
         

Even parity (7E1):

 
 
 
         

  
  
  
          
cfg.c_cflag |= PARENB
  
  
  
          
cfg.c_cflag &= ~PARODD
  
  
  
          
cfg.c_cflag &= ~CSTOPB
  
  
  
          
cfg.c_cflag &= ~CSIZE;
  
  
  
          
cfg.c_cflag |= CS7;
 
 
 
         

Odd parity (7O1):

 
 
 
         

  
  
  
          
cfg.c_cflag |= PARENB
  
  
  
          
cfg.c_cflag |= PARODD
  
  
  
          
cfg.c_cflag &= ~CSTOPB 
  
  
  
          
cfg.c_cflag &= ~CSIZE;
  
  
  
          
cfg.c_cflag |= CS7;
 
 
 
         

Space parity is setup the same as no parity (7S1):

 
 
 
         

  
  
  
          
cfg.c_cflag &= ~PARENB
  
  
  
          
cfg.c_cflag &= ~CSTOPB
  
  
  
          
cfg.c_cflag &= ~CSIZE; 
  
  
  
          
cfg.c_cflag |= CS8;
  
  
  
          
//cfg.c_cflag |= PARENB | CS8 | CMSPAR;
 
 
 
         

Mark parity is simulated by using 2 stop bits (7M1):

 
 
 
         

  
  
  
          
cfg.c_cflag &= ~PARENB;
  
  
  
          
cfg.c_cflag |= CSTOPB;
  
  
  
          
cfg.c_cflag &= ~CSIZE;
  
  
  
          
cfg.c_cflag |= CS7;
  
  
  
          
//cfg.c_cflag |= PARENB | CS8 | CMSPAR |PARODD;
 
 
 
         

1.even 每個字節傳送整個過程中bit為1的個數是偶數個（校驗位調整個數）
2.odd 每個字節穿送整個過程中bit為1的個數是奇數個（校驗位調整個數）
3.noparity沒有校驗位
4.space 校驗位總為0
5.mark 校驗位總為1；

HexString與Bytes的轉換

默認情況下串口讀出來的數據是byte[]，有時候需要轉換16進制的字符串進行指令識別

 
 
 
         

  
  
  
          
/**
  
  
  
          
 * Created by lixin([e-mail]) on 2016/12/17.
  
  
  
          
 */
  
  
  
          

  
  
  
          
public class HexUtils {
  
  
  
          

  
  
  
          
 /**
  
  
  
          
 * 把字節數組轉換成16進制字符串
  
  
  
          
 *
  
  
  
          
 * @param bArray
  
  
  
          
 * @return
  
  
  
          
 */
  
  
  
          
 public static String bytesToHexString(byte[] src) {
  
  
  
          
 StringBuilder stringBuilder = new StringBuilder("");
  
  
  
          
 if (src == null || src.length <= 0) {
  
  
  
          
 return null;
  
  
  
          
 }
  
  
  
          
 for (int i = 0; i < src.length; i++) {
  
  
  
          
 int v = src[i] & 0xFF;
  
  
  
          
 String hv = Integer.toHexString(v);
  
  
  
          
 if (hv.length() < 2) {
  
  
  
          
 stringBuilder.append(0);
  
  
  
          
 }
  
  
  
          
 stringBuilder.append(hv);
  
  
  
          
 }
  
  
  
          
 return stringBuilder.toString().toUpperCase();
  
  
  
          
 }
  
  
  
          

  
  
  
          
 /**
  
  
  
          
 * 把16進制字符串轉換成字節數組
  
  
  
          
 *
  
  
  
          
 * @param hex
  
  
  
          
 * @return
  
  
  
          
 */
  
  
  
          
 public static byte[] hexStringToByte(String hex) {
  
  
  
          
 int len = (hex.length() / 2);
  
  
  
          
 byte[] result = new byte[len];
  
  
  
          
 char[] achar = hex.toCharArray();
  
  
  
          
 for (int i = 0; i < len; i++) {
  
  
  
          
 int pos = i * 2;
  
  
  
          
 result[i] = (byte) (toByte(achar[pos]) << 4 | toByte(achar[pos + 1]));
  
  
  
          
 }
  
  
  
          
 return result;
  
  
  
          
 }
  
  
  
          

  
  
  
          
 private static byte toByte(char c) {
  
  
  
          
 byte b = (byte) "0123456789ABCDEF".indexOf(c);
  
  
  
          
 return b;
  
  
  
          
 }
  
  
  
          
}
 
 
 
         

最終的demo如圖，選擇對了參數和串口設備，即可調試了！

參考

http://gqdy365.iteye.com/blog/2188906
http://wl9739.github.io/2016/09/21/%E5%9C%A8-Android-Studio-2-2-%E4%B8%AD%E6%84%89%E5%BF%AB%E5%9C%B0%E4%BD%BF%E7%94%A8-C-C-md/

demo示例：
鏈接：http://pan.baidu.com/s/1pLc1JVt 密碼：h1zt