一场面试带你搞懂：Android串口通信
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！
