一场面试带你搞懂：Android串口通信

Posted 2022-01-06 小陈乱敲代码

小伙子，简历上说你搞过串口通信，说说吧！

1、串口通信是什么

串行通信技术，是指通信双方按位进行，遵守时序的一种通信方式
说人话就是将数据按位依次传输
画个图

串口就相当于一个管道，在硬件方面也有表示，有三根跳线， 一个是Tx线，一个是Rx线，还有一根是地线，这个管道传输的数据，也就是bit是串行的，有顺序的

2、串口的应用场景

串口通信这个东西，在android开发中用到的并不多，我们绝大多数App都是用Http和后台进行通信，获取后台数据并展示，而串口通信是应用在，智能家居，和单片机通信的场景，人脸识别门禁，利用串口控制门开关，自动售货机Android收到付款成功的消息后，发送串口指令，控制货道进行出货等等 Android的设备已经超过20亿了，相对来说串口在Android应用还是挺广泛的

3、Android怎么实现串口通信的

3.1、第一步找到串口文件

Android的串口文件是有一个单独的目录的

我们操作的就是这个ttys开头的文件
用代码是怎么操作的呢

private ArrayList<Driver> getDrivers() throws IOException 
    ArrayList<Driver> drivers = new ArrayList<>();
    LineNumberReader lineNumberReader = new LineNumberReader(new FileReader(DRIVERS_PATH));
    String readLine;
    while ((readLine = lineNumberReader.readLine()) != null) 
        String driverName = readLine.substring(0, 0x15).trim();
        String[] fields = readLine.split(" +");

        // driverName:/dev/tty
        // driverName:/dev/console
        // driverName:/dev/ptmx
        // driverName:/dev/vc/0
        // driverName:serial
        // driverName:pty_slave
        // driverName:pty_master
        // driverName:unknown

        Log.d(T.TAG, "SerialPortFinder getDrivers() driverName:" + driverName /*+ " readLine:" + readLine*/);
        if ((fields.length >= 5) && (fields[fields.length - 1].equals(SERIAL_FIELD)))  // 判断第四个等不等于serial
            // 找到了新串口驱动是:serial 此串口系列名是:/dev/ttyS
            Log.d(T.TAG, "SerialPortFinder getDrivers() 找到了新串口驱动是:" + driverName + " 此串口系列名是:" + fields[fields.length - 4]);
            drivers.add(new Driver(driverName, fields[fields.length - 4]));
        
    
    return drivers;

3.2、第二步打开串口文件

我们操作串口的时候我们首先要检验一下权限

if (!device.canRead() || !device.canWrite()) 
    boolean chmod777 = chmod777(device);
    if (!chmod777) 
        Log.i(T.TAG, "SerialPortManager openSerialPort: 没有读写权限");
        if (null != mOnOpenSerialPortListener) 
            mOnOpenSerialPortListener.onFail(device, OnOpenSerialPortListener.Status.NO_READ_WRITE_PERMISSION);
        
        return false;
    


/**
 * 文件设置最高权限 777 可读 可写 可执行
 * @param  file 你要对那个文件，获取root权限
 * @return 权限修改是否成功- 返回：成功 与 失败 结果
 */
boolean chmod777(File file) 
    if (null == file || !file.exists()) 
        // 文件不存在
        return false;
    
    try 
        // 获取ROOT权限
        Process su = Runtime.getRuntime().exec("/system/bin/su");
        // 修改文件属性为 [可读 可写 可执行]
        String cmd = "chmod 777 " + file.getAbsolutePath() + "\\n" + "exit\\n";
        su.getOutputStream().write(cmd.getBytes());
        if (0 == su.waitFor() && file.canRead() && file.canWrite() && file.canExecute()) 
            return true;
        
     catch (IOException | InterruptedException e) 
        // 没有ROOT权限
        e.printStackTrace();
    
    return false;

检验完权限之后，我们就要用ndk的代码去打开串口进行操作，然后java层和 Native层的联系就是文件句柄FileDescriptor也就是代码中的fd，Native层返回FileDescriptor，然后Java层的FileInputStream、FileOutputStream和FileDescriptor进行绑定，这样Java层就能读取到数据

try 
    mFd = openNative(device.getAbsolutePath(), baudRate, 0); // 打开串口-native函数
    mFileInputStream = new FileInputStream(mFd); // 读取的流 绑定了 (mFd文件句柄)-通过文件句柄(mFd)包装出 输入流
    mFileOutputStream = new FileOutputStream(mFd); // 写入的流 绑定了 (mFd文件句柄)-通过文件句柄(mFd)包装出 输出流
    Log.i(T.TAG, "SerialPortManager openSerialPort: 串口已经打开 " + mFd); // 串口已经打开 FileDescriptor[35] 【2】
    if (null != mOnOpenSerialPortListener) 
        mOnOpenSerialPortListener.onSuccess(device);
    
    startSendThread(); // 开启发送消息的线程
    startReadThread(); // 开启接收消息的线程
    return true; // 【3】
 catch (Exception e) 
    e.printStackTrace();
    if (null != mOnOpenSerialPortListener) 
        mOnOpenSerialPortListener.onFail(device, OnOpenSerialPortListener.Status.OPEN_FAIL);
    

Native

JNIEXPORT jobject JNICALL Java_com_test_openNative
  (JNIEnv *env, jclass thiz, jstring path, jint baudrate, jint flags) 
   int fd; // Linux串口文件句柄（本次整个函数最终的关键成果）
   speed_t speed; // 波特率类型的值
   jobject mFileDescriptor; // 文件句柄(最终返回的成果)

   //检查参数，获取波特率参数信息 [先确定好波特率]
   
      speed = getBaudrate(baudrate);
      if (speed == -1) 
         LOGE("无效的波特率，证明用户选择的波特率 是错误的");
         return NULL;
      
   

   // TODO 第一步：打开串口
   
      jboolean iscopy;
      const char *path_utf = (*env)->GetStringUTFChars(env, path, &iscopy);
      LOGD("打开串口 路径是:%s", path_utf); // 打开串口 路径是:/dev/ttyS0
      fd = open(path_utf, O_RDWR /*| flags*/); // 打开串口的函数，O_RDWR(读 和 写)
      LOGD("打开串口 open() fd = %d", fd); // open() fd = 44
      (*env)->ReleaseStringUTFChars(env, path, path_utf); // 释放操作
      if (fd == -1) 
         LOGE("无法打开端口");
         return NULL;
      
   
   LOGD("第一步：打开串口，成功了√√√");

   // TODO 第二步：获取和设置终端属性-配置串口设备
   /* TCSANOW：不等数据传输完毕就立即改变属性。
       TCSADRAIN：等待所有数据传输结束才改变属性。
       TCSAFLUSH：清空输入输出缓冲区才改变属性。
       注意：当进行多重修改时，应当在这个函数之后再次调用 tcgetattr() 来检测是否所有修改都成功实现。
     */
   
      struct termios cfg;
      LOGD("执行配置串口中...");
      if (tcgetattr(fd, &cfg))  // 获取串口属性
         LOGE("配置串口tcgetattr() 失败");
         close(fd); // 关闭串口
         return NULL;
      

      cfmakeraw(&cfg);          // 将串口设置成原始模式，并且让fd(文件句柄 对串口可读可写)
      cfsetispeed(&cfg, speed); // 设置串口读取波特率
      cfsetospeed(&cfg, speed); // 设置串口写入波特率

      if (tcsetattr(fd, TCSANOW, &cfg))  // 根据上面的配置，再次获取串口属性
         LOGE("再配置串口tcgetattr() 失败");
         close(fd); // 关闭串口
         return NULL;
      
   
   LOGD("第二步：获取和设置终端属性-配置串口设备，成功了√√√");

   // TODO 第三步：构建FileDescriptor.java对象，并赋予丰富串口相关的值
   
      jclass cFileDescriptor = (*env)->FindClass(env, "java/io/FileDescriptor");
      jmethodID iFileDescriptor = (*env)->GetMethodID(env, cFileDescriptor, "<init>", "()V");
      jfieldID descriptorID = (*env)->GetFieldID(env, cFileDescriptor, "descriptor", "I");
      // 反射生成FileDescriptor对象，并赋值 (fd==Linux串口文件句柄) FileDescriptor的构造函数实例化
      mFileDescriptor = (*env)->NewObject(env, cFileDescriptor, iFileDescriptor);
      (*env)->SetIntField(env, mFileDescriptor, descriptorID, (jint)fd); // 这里的fd，就是打开串口的关键成果
   
   LOGD("第三步：构建FileDescriptor.java对象，并赋予丰富串口相关的值，成功了√√√");
   return mFileDescriptor; // 把最终的成果，返回会Java层

这样我们就完成了整个打开串口的操作

3.3、发送和读取数据

我们读取和发送数据是对文件IO进行操作，我们肯定要在子线程中进行，

private void startReadThread() 
    mSerialPortReadThread = new SerialPortReadThread(mFileInputStream) 
        @Override
        public void onDataReceived(byte[] bytes) 
            if (null != mOnSerialPortDataListener) 
                mOnSerialPortDataListener.onDataReceived(bytes);
            
        
    ;
    mSerialPortReadThread.start();


/**
 * 串口消息读取线程
 *       开启接收消息的线程
 *       读取 串口数据 需要用到线程
 */
public abstract class SerialPortReadThread extends Thread 

    public abstract void onDataReceived(byte[] bytes);

    private static final String TAG = SerialPortReadThread.class.getSimpleName();
    private InputStream mInputStream; // 此输入流==mFileInputStream(关联mFd文件句柄)
    private byte[] mReadBuffer; // 用于装载读取到的串口数据

    public SerialPortReadThread(InputStream inputStream) 
        mInputStream = inputStream;
        mReadBuffer = new byte[1024]; // 缓冲区
    

    @Override
    public void run() 
        super.run();
        // 相当于是一直执行？为什么要一直执行？因为只要App存活，就需要读取 底层发过来的串口数据
        while (!isInterrupted()) 
            try 
                if (null == mInputStream) 
                    return;
                

                Log.i(TAG, "run: ");
                int size = mInputStream.read(mReadBuffer);

                if (-1 == size || 0 >= size) 
                    return;
                

                byte[] readBytes = new byte[size];
                // 拷贝到缓冲区
                System.arraycopy(mReadBuffer, 0, readBytes, 0, size);

                Log.i(TAG, "run: readBytes = " + new String(readBytes));
                onDataReceived(readBytes); // 发出去-(间接的发到SerialPortActivity中去打印显示)
             catch (IOException e) 
                e.printStackTrace();
                return;
            
        
    

    @Override
    public synchronized void start() 
        super.start();
    

    /**
     * 关闭线程 释放资源
     */
    public void release() 
        interrupt();

        if (null != mInputStream) 
            try 
                mInputStream.close();
                mInputStream = null;
             catch (IOException e) 
                e.printStackTrace();
            
        
    


private void startSendThread() 
    // 开启发送消息的线程
    mSendingHandlerThread = new HandlerThread("mSendingHandlerThread");
    mSendingHandlerThread.start();
    // Handler
    mSendingHandler = new Handler(mSendingHandlerThread.getLooper()) 
        @Override
        public void handleMessage(Message msg) 
            byte[] sendBytes = (byte[]) msg.obj;

            if (null != mFileOutputStream && null != sendBytes && 0 < sendBytes.length) 
                try 
                    mFileOutputStream.write(sendBytes);
                    if (null != mOnSerialPortDataListener) 
                        mOnSerialPortDataListener.onDataSent(sendBytes); // 【发送 1】
                    
                 catch (IOException e) 
                    e.printStackTrace();
                
            
        
    ;

读取和写入数据，其实就是对那两个读入，读处流进行操作，就这样我们就完成了对串口的收发数据

3.4关闭串口

我们用完串口之后，肯定会把串口关闭的，关闭串口，我们就把启动的读和写的线程关掉，在Native层也把串口关掉，将文件句柄绑定的两个流也关掉

/**
 * 关闭串口
 */
public void closeSerialPort() 
    if (null != mFd) 
        closeNative(); // 关闭串口-native函数
        mFd = null;
    
    stopSendThread(); // 停止发送消息的线程
    stopReadThread(); // 停止接收消息的线程

    if (null != mFileInputStream) 
        try 
            mFileInputStream.close();
         catch (IOException e) 
            e.printStackTrace();
        
        mFileInputStream = null;
    

    if (null != mFileOutputStream) 
        try 
            mFileOutputStream.close();
         catch (IOException e) 
            e.printStackTrace();
        
        mFileOutputStream = null;
    
    mOnOpenSerialPortListener = null;
    mOnSerialPortDataListener = null;

Native层

/*
 * 关闭串口
 * Class:     cedric_serial_SerialPort
 * Method:    close
 * Signature: ()V
 */
JNIEXPORT void JNICALL Java_com_test_closeNative
  (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("关闭串口 close(fd = %d)", descriptor);
   close(descriptor); // 把此串口文件句柄关闭掉-文件读写流（文件句柄） InputStream/OutputStream=串口 发/收

4、总结

串口通信，其实就是对文件进行操作，一边读一边写，就跟上学时你和同桌传纸条似得，以上代码参考的是谷歌的开源的代码，从寻找串口到关闭串口，梳理了一下串口通信的基本流程！希望对XDM有用,希望兄弟们一键三连！

Android高级开发系统进阶笔记、最新面试复习笔记PDF，我的GitHub

文末

您的点赞收藏就是对我最大的鼓励！
欢迎关注我的简书，分享Android干货，交流Android技术。
对文章有何见解，或者有何技术问题，欢迎在评论区一起留言讨论！