基于C语言的java串口通信程序

目录

1.前言

2.windows  串口通信API

3.JAVA-JNI  java程序调用C++程序

4.C/C++封装  动态运行库

一、前言

  写这个博客主要是因为自己想用java写一个小小的后端服务器，其中要处理由51单片机传送来的一些数据。单片机的数据由USB转串口发送至上位机，要处理这些数据，就会用到windows提供一些API（ Application Programming Interface，应用程序接口 ）。java在安装了相关的包后，比如JNative.jar，可以直接用该包提供的接口来进行调用windowsAPI。但是我才接触java。而且整个作业，我仅仅只要一部分来处理这个数据。安装一个java包，实在是大可不必，所以就用C/C++来写一个的终端，封装一下放在java程序里面。

二、windows串口通信API

  2.1   工具：VC++6.0

  2.2   概述：windows操作系统的设备无关性将所有的外设都当做文件来操作，那么我们写串口通信就直接将串口当做文件来读写。那么我们打开串口后一定要记得关闭，这个很重要

  2.3   串口通信程序概述

2.3.1 打开/关闭串口

HANDLE WINAPI CreateFileW(
    LPCWSTR lpFileName,                 
    DWORD dwDesiredAccess,                        
    DWORD dwShareMode,                              //共享模式
    LPSECURITY_ATTRIBUTES lpSecurityAttributes,    //安全属性
    DWORD dwCreationDisposition,                  //指定文件的动作
    DWORD dwFlagsAndAttributes,                  //文件属性---不指定就默认为同步IO 
    HANDLE hTemplateFile                        //模板文件
    );

BOOL WINAPI CloseHandle(
       HANDLE hObject
    );

返回值：一个串口的句柄。
参数解释：
lpFileName——串口名字。 当为COM1~COM9的时候可以直接写入但是大于10会有另外的写法。以COM10为例：\.\COM10。
lpFileName——打开方式。 简单来说这个就是打开文件是读还是写。GENERIC_READ（读）|GENERIC_WRITE(写)。还有其它的两个值，详细请在编辑器中直接按下F12看看他们的定义。
如果我们要定义一个同步IO的话，我们的打开方式必须要有读动作。
dwShareMode指定该端口的共享属性。 对于不能共享的串口，它必须设置为0。这就是文件与通信设备之间的主要差异之一。如果在当前的应用程序调用CreateFile()时，另一个应用程序已经打开了串口，该函数就会返回错误代码，原因是两个应用程序不能共享一个端口。然而，同一个应用程序的多个线程可以共享由CreateFile()返回的端口句柄，并且根据安全性属性设置，该句柄可以被打开端口的应用程序的子程序所继承。
dwCreationDisposition指定文件的动作。 指定如果CreateFile()正在被已有的文件调用时应采取的动作。因为串口总是存在，fdwCreate必须设置成OPEN_EXISTING。该标志告诉Windows不用企图创建新端口，而是打开已经存在的端口。
调用该函数后，如果没有穿件成功将会返回INVALID_HANDLE_VALUE。

2.3.2 配置串口通信

• (1) 当我们设置同步IO通信的时候，需要设置一下通信超时。一般情况下，我们用GetCommTimeouts来获得COMMTIMEOUTS结构体，再利用SetCommTimeouts来写入。

BOOL WINAPI GetCommTimeouts(
    HANDLE hFile,
    LPCOMMTIMEOUTS lpCommTimeouts
    );

BOOL WINAPI SetCommTimeouts(
    HANDLE hFile,
    LPCOMMTIMEOUTS lpCommTimeouts
    );

COMMTIMEOUTS：

typedef struct _COMMTIMEOUTS {
    DWORD ReadIntervalTimeout;          /* 设置两个字符之前的最大读取时间 */
    DWORD ReadTotalTimeoutMultiplier;   /* 设置每个字符的读取时间        */
    DWORD ReadTotalTimeoutConstant;     /* 设置所有字符读取的最大时间    */
    DWORD WriteTotalTimeoutMultiplier;  /* 设置每个字符的写入时间       */
    DWORD WriteTotalTimeoutConstant;    /* 设置所有字符的写入时间      */
} COMMTIMEOUTS,*LPCOMMTIMEOUTS;

• (2) 设置波特率等相关参数
  仍然先用GetCommState得到DCB结构，修改其中的某些参数后再用SetCommState写入DCB结构。

BOOL WINAPI GetCommState(
    HANDLE hFile,
    LPDCB lpDCB
    );
BOOL WINAPI SetCommState(
    HANDLE hFile,
    LPDCB lpDCB
    );

DCB数据结构我们初级学者需要关注：波特率、校验位、停止位、发送数据位数。

• (3) 设置缓冲区大小，根据程序要接收/发送的数据大小来决定。

BOOL WINAPI SetupComm(
    HANDLE hFile,
    DWORD dwInQueue,
    DWORD dwOutQueue
    );

• (4) 读取/写入数据

BOOL WINAPI ReadFile(
    HANDLE hFile,
    LPVOID lpBuffer,                  //存放数据的缓冲区
    DWORD nNumberOfBytesToRead,       //一次想要读入的数据长度
    LPDWORD lpNumberOfBytesRead,      //实际读入的数据长度
    LPOVERLAPPED lpOverlapped      
    );

BOOL WINAPI WriteFile(
    HANDLE hFile,
    LPCVOID lpBuffer,
    DWORD nNumberOfBytesToWrite,
    LPDWORD lpNumberOfBytesWritten,
    LPOVERLAPPED lpOverlapped
    );

2.3.3 串口缓冲区配置

在程序运行的时候，应该保证设置的缓冲区是“干净”的。所以在读数据或者写数据之前，可以先清空一下缓冲区。

//清空缓冲区
BOOL WINAPI PurgeComm(
    HANDLE hFile,
    DWORD dwFlags
    );

//清除错误
BOOL WINAPI ClearCommError(
    HANDLE hFile,
    LPDWORD lpErrors,
    LPCOMSTAT lpStat
    );

2.4完整的读串口代码

#include <stdio.h>`
#include <windows.h>
int Comm(int nBaud,int parity,int bytesize,int stopbits,int accdatalength,char rBuf[])
{								//缓冲区
	DWORD rSize = 0;
	DWORD dwError;										//清除错误
	COMSTAT cs;				
	COMMTIMEOUTS timeouts;								//超时数据结构
	DCB dcb;											//串口通信配置文件---用LPDCB类型会报错
	HANDLE hCom;										//串口的句柄（实例）| the instance of com
	hCom = CreateFile("COM3",							//串口的名字
					   GENERIC_READ | GENERIC_WRITE,    //串口打开方式
					   0,								//共享方式					
					   NULL,							//安全属性
					   OPEN_EXISTING,					//指定文件的动作
					   0,								//文件属性---不指定就默认为同步IO
					   NULL								//指向模板文件的句柄
					   );
	if(hCom == INVALID_HANDLE_VALUE)
	{
		return -1;
	}
///////////////////////////////////////
//同步IO需要设置读数据超时
//////////////////////////////////////
	if(!(GetCommTimeouts(hCom,&timeouts)))		//获的COMMTIMEOUTS结构失败！
	{
		CloseHandle(hCom);
	}
	timeouts.ReadIntervalTimeout = 1000;			//读取每个字符之间的超时
	timeouts.ReadTotalTimeoutMultiplier = 500;		//读取一个字符的超时
	timeouts.ReadTotalTimeoutConstant=5000;			//固定总超时
	timeouts.WriteTotalTimeoutConstant = 0;			//写入字符之间超时
	timeouts.WriteTotalTimeoutMultiplier = 0;		//写入字符总超时
	if(!(SetCommTimeouts(hCom,&timeouts)))			//设置COMMTIMEOUTS结构失败
	{
		CloseHandle(hCom);
	}
////////////////////////////////////////
//设置缓冲区大小
///////////////////////////////////////
	if(!SetupComm(hCom,500,500))				//设置读写缓冲区失败
	{
		CloseHandle(hCom);
	}
//////////////////////////////////////
//设置波特率等其它读文件配置
/////////////////////////////////////
	if(GetCommState(hCom,&dcb)==0)			//获得DCB数据失败
	{
		CloseHandle(hCom);
	}
	//dcb.DCBlength = sizeof(DCB);
	dcb.BaudRate = nBaud;					//波特率为4800
	dcb.Parity = parity;					//校验方式为无校验
	dcb.ByteSize = bytesize;						//数据位为8位
	dcb.StopBits = stopbits;				//停止位为1位
	if (!SetCommState(hCom,&dcb))			//设置串口通信配置项失败
	{
		CloseHandle(hCom);
	}

//////////////////////////////////////
//清除缓冲区
/////////////////////////////////////
	PurgeComm(hCom,PURGE_RXCLEAR|PURGE_TXCLEAR);
///////////////////////////////////////
//清除错误
///////////////////////////////////////
	if(!(ClearCommError(hCom,&dwError,&cs)))
	{
		CloseHandle(hCom);
	}
////////////////////////////////////////////
//开始读取缓冲口的数据
///////////////////////////////////////////

	//读取串口数据
	if(INVALID_HANDLE_VALUE != hCom)
	{
		WriteFile
		ReadFile(hCom,rBuf,accdatalength,&rSize,NULL);
		printf("%d \n",rSize);
		if(rSize)
		{
			CloseHandle(hCom);
			return 1;
			
		}
		else
		{
			CloseHandle(hCom);
			return 0;
		}
	}
	else
	{
		CloseHandle(hCom);
		return 2;
	}	
}
void main()
{
	int i;
	char buf[18] = {0};
	int a,b,c,d,e;
	printf("请输入相关参数：");
	scanf("%d%d%d%d%d",&a,&b,&c,&d,&e);
	while(1)
	{
		if(Comm(a,b,c,d,e,buf)==1)
		{
			for(i=0;i<17;i++)
			{
				printf("%c ",buf[i]);
			}
			printf("\n");
		}
		else
		{
			printf("%d \n",Comm(a,b,c,d,e,buf));
			break;
		}
	}
	
}

运行结果

三、JAVA-JNI  java程序调用C++程序

  参考博客
  在写java程序调用C程序之前，写过C#程序调用用C#封装好的dll程序。然后，我以为，java程序调用C程序也可以直接把C封装好的dll程序拿过来直接用就好。结果就是一直报错。那么接下来就是正确的调用方式。

工具：eclipse

3.1

  首先在新建一个类，类的名字随意。最好加上main（）函数方便我们进行模块调试。在这个类里面。在这个类里面我们要自己定义将会用C/C++实现的函数。并且必须用到java提供的 System.loadLibrary()函数。如下：
`

public class Com {
	
	static {
		System.loadLibrary("CommDLL");			//静态语句块，保证在创建该类的时候，该方法必须且只会调用一次。参数就是编写的动态库名称
	}
	public native int Comm(int nBaud,int parity,int bytesize,int stopbits,int accdatalength,String ComName,char[] rBuf);//将要用C/C++实现的函数
	public static void main(String[] args) {
	      int term = new Com().Comm(4800, 0, 8, 0, 17,"COM3", Buffer);
			
	}	
}

`
注：native 关键字表示，这个函数为本地函数。尽管没用java语言实现，但它有自己的实体。

3.2

  找到刚编写的java源程序文件所在的位置。然后如下操作：

  注：马赛克的位置是暂时还不该有的文件

  进入控制台：

  输入 javac -d ./ Com.java 。即是根据将java文件经过编译生成二进制文件（class文件）

  输入 javac -h ./ Com.java 生成相关的头文件。

  注：如果报错：'javac不是内部或外部命令，也不是可运行的程序或批处理文件。' 请参考相关博客添加相关的环境变量。参考博客。

3.3

  在生成了相关的库文件的编写后。我们要用这个库文件有两种办法。

• 1：直接将生成的dll文件加入默认的环境变量里面。（ 但是不是很推荐这个办法，因为我们编写的库，仅仅只是在自己的程序上用一用。没有很大的普适性。）
• 2：将生成的dll文件拷贝到自己源文件下面。同时配置一下自己的java程序。
     右键src--->properties--->Native Library--->Workspace
  

3.4

运行代码：

public class Com {
	
	static {
		System.loadLibrary("CommDLL");			//静态语句块，保证在创建该类的时候，该方法必须且只会调用一次。
	}
	public native int Comm(int nBaud,int parity,int bytesize,int stopbits,int accdatalength,String ComName,byte[] rBuf);
	public static void main(String[] args) {
		// TODO Auto-generated method stub
		byte[] Buffer = new byte[18];
		while(true)
		{
			int term = new Com().Comm(4800, 0, 8, 0, 17,"COM3", Buffer);
			if(term==1)
			{
				for(int i=0;i<17;i++)
				{
					System.out.print(Buffer[i]+" ");
					
				}
				System.out.println();
			}
		}
		
	}	
}

运行结果

四、C/C++封装动态运行库

4.1：关于工具

  一开始用的工具是VC++6.0，尽管工具有点老，但是它足够小。动态库编好了，在eclipse上面运行的时候，出现了错误，大致意思就是：“32位的动态库，没有办法在64位的设备上面”。 如果，我还想继续使用这个动态库，已知的解决办法就是：下载一个32位的java   JDK包。但是，相比配置一个可以运行32位的环境，我更加倾向于编译生成一个64位的动态运行库。然后，我就把代码粘到了VS上面。一般写代码我不太喜欢在VS上面，虽然它的功能很强太，但是我的电脑负载它真的很费力。

4.2 用JNI编写本地函具体步骤

   * 1:建立DLL程序：文件--->新建--->项目--->windows桌面--->动态链接库

4.2 代码细节

   * 1:新建一个头文件，把在第三节里面生成的头文件内容复制粘贴过来。




   * 2:具体cpp文件实现。
当我把VC里面的代码直接粘贴过来的时候，就直接报错了。const char* 不可以转换为LPCWSTR。我想强制转化成LPCSTTR那肯定不可以的，但是强制转化为wchar *这个是可以的。因为报错的原因就是函数createFile()想要的文件名字应该是宽字符传进去的。但是当时我只解用了将普通字符转成宽字符的函数 MultiByteToWideChar ，不了解两种字符的可以自行百度一下。用了这个函数后报错没有了。
但是，为了程序的健壮性我决定，把串口的名字暴露出来。然后新的问题出现了，当我想为了适应之前的程序，把串口的名字当中字符数组传进来的时候。java程序又报错，所以编译器太智能了也让人伤心。Java这边发现的我传入的就是一串字符，马上要求我把参数改成字符串类型。那也没办法，我没有能力自己开发一个IDE,所以就把string 传了进去。但是，我们知道C语言其实没有stirng这种类型，后来我又加了一点C++的代码，这样才勉强有了字符串这种类型。好吧，用函数把jstring 类型在转成宽字符类型。经过这次的修改，代码可以单独在VS里面跑起来了。
VS单独运行代码：

#include <iostream>
#include<stdlib.h>
#include<windows.h>
using std::string;
int Comm(int nBaud, int parity, int bytesize, int stopbits, int accdatalength,string comName, char rBuf[])
{
	DWORD rSize = 0;
	DWORD dwError;										//清除错误
	COMSTAT cs;
	COMMTIMEOUTS timeouts;								//超时数据结构
	DCB dcb;											//串口通信配置文件---用LPDCB类型会报错
	HANDLE hCom;										//串口的句柄（实例）| the instance of com
//////////////////////////////////////////////////////////////////////
//将string转换为LPCWSTR类型
//////////////////////////////////////////////////////////////////////
	int len = comName.length();
	WCHAR buffer[256];
	///////memset原型---extern void *memset(void *buffer, int c, int count) buffer：为指针或是数组,c：是赋给buffer的值,count：是buffer的长度.//////
	memset(buffer, 0, sizeof(buffer));		//作用是在一段内存块中填充某个给定的值，它是对较大的结构体或数组进行清零操作的一种最快方法
	MultiByteToWideChar(CP_ACP, 0, comName.c_str(), (len+1), buffer, sizeof(buffer) / sizeof(buffer[0]));
	printf("%d\n", buffer[0]);
	hCom = CreateFile(buffer,							//串口的名字
		GENERIC_READ | GENERIC_WRITE,    //串口打开方式
		0,								//共享方式					
		NULL,							//安全属性
		OPEN_EXISTING,					//指定文件的动作
		0,								//文件属性---不指定就默认为同步IO
		NULL								//指向模板文件的句柄
	);
	if (hCom == INVALID_HANDLE_VALUE)
	{
		return -1;
	}
	///////////////////////////////////////
	//同步IO需要设置读数据超时
	//////////////////////////////////////
	if (!(GetCommTimeouts(hCom, &timeouts)))		//获的COMMTIMEOUTS结构失败！
	{
		CloseHandle(hCom);
	}
	timeouts.ReadIntervalTimeout = 1000;			//读取每个字符之间的超时
	timeouts.ReadTotalTimeoutMultiplier = 500;		//读取一个字符的超时
	timeouts.ReadTotalTimeoutConstant = 5000;			//固定总超时
	timeouts.WriteTotalTimeoutConstant = 0;			//写入字符之间超时
	timeouts.WriteTotalTimeoutMultiplier = 0;		//写入字符总超时
	if (!(SetCommTimeouts(hCom, &timeouts)))			//设置COMMTIMEOUTS结构失败
	{
		CloseHandle(hCom);
	}
	////////////////////////////////////////
	//设置缓冲区大小
	///////////////////////////////////////
	if (!SetupComm(hCom, 500, 500))				//设置读写缓冲区失败
	{
		CloseHandle(hCom);
	}
	//////////////////////////////////////
	//设置波特率等其它读文件配置
	/////////////////////////////////////
	if (GetCommState(hCom, &dcb) == 0)			//获得DCB数据失败
	{
		CloseHandle(hCom);
	}
	//dcb.DCBlength = sizeof(DCB);
	dcb.BaudRate = nBaud;					//波特率为4800
	dcb.Parity = parity;					//校验方式为无校验
	dcb.ByteSize = bytesize;						//数据位为8位
	dcb.StopBits = stopbits;				//停止位为1位
	if (!SetCommState(hCom, &dcb))			//设置串口通信配置项失败
	{
		CloseHandle(hCom);
	}

	//////////////////////////////////////
	//清除缓冲区
	/////////////////////////////////////
	PurgeComm(hCom, PURGE_RXCLEAR | PURGE_TXCLEAR);
	///////////////////////////////////////
	//清除错误
	///////////////////////////////////////
	if (!(ClearCommError(hCom, &dwError, &cs)))
	{
		CloseHandle(hCom);
	}
	////////////////////////////////////////////
	//开始读取缓冲口的数据
	///////////////////////////////////////////

		//读取串口数据
	if (INVALID_HANDLE_VALUE != hCom)
	{
		ReadFile(hCom, rBuf, accdatalength, &rSize, NULL);
		printf("%d \n", rSize);
		if (rSize)
		{
			CloseHandle(hCom);
			return 1;

		}
		else
		{
			CloseHandle(hCom);
			return 0;
		}
	}
	else
	{
		CloseHandle(hCom);
		return 2;
	}
}
void main()
{
	int i;
	char buf[18] = { 0 };
	int a, b, c, d, e;
	char ComName[6];
	printf("请输入相关参数：");
	std::cin >> a >> b >> c >> d >> e>>ComName;
	while (1)
	{
		int t = Comm(a, b, c, d, e, ComName, buf);
		if (t == 1)
		{
			for (i = 0; i < 17; i++)
			{
				printf("%c ", buf[i]);
			}
			printf("\n");
		}
		else
		{
			printf("%d\n", t);
			break;
		}
	}

}

• 3：JNI中基本类型的处理
    完成这个作业之前我只是知道有JNI这个知识点，但是确实没有系统的学习过。但是我就自己学的一点点东西可以总结一下。java里面的基础类型可以放到C/C++里面使用但是像数组之类的数据类型，必须有Java认同的类型稍作处理，才可以在C/C++的环境里面运行。具体请参考：参考博客这片博客好像是sun官网的中翻，值得参考。
• 4:成功的DLL源代码：

#include "pch.h"
#include "comm.h"
#include <iostream>
#include <stdlib.h>
#include <windows.h>
using std::string;
/////////////////////////////////////////////////////////////////////////
//
JNIEXPORT jint JNICALL Java_Com_Comm(JNIEnv* env, jobject, jint nBaud, jint parity, jint bytesize, jint stopbits, jint accdatalength,jstring comName, jbyteArray rBuf)
{	DWORD rSize = 0;
	DWORD dwError;										//清除错误
	COMSTAT cs;
	COMMTIMEOUTS timeouts;								//超时数据结构
	DCB dcb;											//串口通信配置文件---用LPDCB类型会报错
	HANDLE hCom;										//串口的句柄（实例）| the instance of com
	BYTE rBuffer[255];
//////////////////////////////////////////////////////////////////////
//将jstring转换为LPCWSTR类型
//////////////////////////////////////////////////////////////////////
	WCHAR* buffer = (WCHAR*)env->GetStringChars(comName,NULL);
	hCom = CreateFile(buffer,							//串口的名字
		GENERIC_READ | GENERIC_WRITE,    //串口打开方式
		0,								//共享方式					
		NULL,							//安全属性
		OPEN_EXISTING,					//指定文件的动作
		0,								//文件属性---不指定就默认为同步IO
		NULL								//指向模板文件的句柄
	);
	if (hCom == INVALID_HANDLE_VALUE)
	{
		return -1;
	}
	///////////////////////////////////////
	//同步IO需要设置读数据超时
	//////////////////////////////////////
	if (!(GetCommTimeouts(hCom, &timeouts)))		//获的COMMTIMEOUTS结构失败！
	{
		CloseHandle(hCom);
	}
	timeouts.ReadIntervalTimeout = 1000;			//读取每个字符之间的超时
	timeouts.ReadTotalTimeoutMultiplier = 500;		//读取一个字符的超时
	timeouts.ReadTotalTimeoutConstant = 5000;			//固定总超时
	timeouts.WriteTotalTimeoutConstant = 0;			//写入字符之间超时
	timeouts.WriteTotalTimeoutMultiplier = 0;		//写入字符总超时
	if (!(SetCommTimeouts(hCom, &timeouts)))			//设置COMMTIMEOUTS结构失败
	{
		CloseHandle(hCom);
	}
	////////////////////////////////////////
	//设置缓冲区大小
	///////////////////////////////////////
	if (!SetupComm(hCom, 500, 500))				//设置读写缓冲区失败
	{
		CloseHandle(hCom);
	}
	//////////////////////////////////////
	//设置波特率等其它读文件配置
	/////////////////////////////////////
	if (GetCommState(hCom, &dcb) == 0)			//获得DCB数据失败
	{
		CloseHandle(hCom);
	}
	//dcb.DCBlength = sizeof(DCB);
	dcb.BaudRate = nBaud;					//波特率为4800
	dcb.Parity = parity;					//校验方式为无校验
	dcb.ByteSize = bytesize;						//数据位为8位
	dcb.StopBits = stopbits;				//停止位为1位
	if (!SetCommState(hCom, &dcb))			//设置串口通信配置项失败
	{
		CloseHandle(hCom);
	}

	//////////////////////////////////////
	//清除缓冲区
	/////////////////////////////////////
	PurgeComm(hCom, PURGE_RXCLEAR | PURGE_TXCLEAR);
	///////////////////////////////////////
	//清除错误
	///////////////////////////////////////
	if (!(ClearCommError(hCom, &dwError, &cs)))
	{
		CloseHandle(hCom);
	}
	////////////////////////////////////////////
	//开始读取缓冲口的数据
	///////////////////////////////////////////

		//读取串口数据
	if (INVALID_HANDLE_VALUE != hCom)
	{
		ReadFile(hCom, &rBuffer, accdatalength, &rSize, NULL);
		if (rSize)
		{
			jbyte* term;								//将RBuffer中的值赋给rBuf
			term = env->GetByteArrayElements(rBuf,FALSE);
			for (int i = 0; i < accdatalength; i++)
			{
				term[i] = rBuffer[i];
			}
			env->ReleaseByteArrayElements(rBuf,term, JNI_COMMIT);
			CloseHandle(hCom);
			return 1;

		}
	}
	else
	{
		CloseHandle(hCom);
		return 1;
	}
	env->ReleaseStringChars(comName,(jchar *)buffer);			//释放空间
	CloseHandle(hCom);
	return 2;

}

注：代码写在自己新建的和头文件同名的自己建立的源文件（.cpp）里面。

4.3 配置

在生成DLL文件之前，我们还必须做一些重要的配置。

• 1：把java jdk里面的一些文件拷贝到DLL文件里面去。
  

  将框起来的三个头文件复制到DLL源程序的文件里面。

• 2:修改一下DLL项目的配置：
  

右键项目 ---> 属性--->VC++目录--->包含目录(把DLL程序所在的文件路径添加进去)

最后，我们在点击生成。就OK啦。

到此结束啦，希望可以帮助到你！