如何使用JNI实现Android与串口通信？

Android串口开发之使用JNI实现ANDROID和串口通信详解

串口通信在嵌入式系统、物联网设备等领域应用广泛，本文将详细介绍如何在Android平台上利用JNI（Java Native Interface）技术实现与串口的通信，包括配置串口参数、打开与关闭串口以及读写操作。

一、串口通信简介

串口通信是一种通过串行端口进行数据传输的方式，通常用于设备之间的短距离通信，它适用于需要低级别硬件交互的场景，如调试、物联网设备连接等，在Android设备上，串口通常用于与外部硬件设备进行数据交换。

二、JNI开发环境准备

为了进行JNI开发，开发者需要安装并配置Android NDK（Native Development Kit），这是一个用于开发原生库的工具集，开发者还需要对C或C++编程有一定的了解，以便编写处理串口操作的本地代码。

三、创建Android项目

1、创建新项目：在Android Studio中创建一个新的支持C++的项目。

2、配置build.gradle文件：确保在项目的build.gradle文件中启用了CMake支持，并添加了必要的依赖项。

3、创建C/C++源文件：在项目的cpp目录下，创建一个名为serial_port.cpp的文件，该文件将包含JNI方法的具体实现。

四、实现串口通信功能

1. 定义JNI方法

在Java层定义一个SerialPort类，并在其中声明native方法，如openSerialPort、closeSerialPort和writeData等，这些方法将在C/C++层实现。

public class SerialPort {
    static {
        System.loadLibrary("serial_port");
    }
    // Native methods declaration
    public native boolean openSerialPort(String device, int baudRate);
    public native void closeSerialPort();
    public native int writeData(byte[] data);
}

2. 实现JNI方法

在serial_port.cpp文件中实现上述native方法，这些方法将使用底层的串口API来打开、关闭串口和写入数据。

#include <jni.h>
#include <string.h>
#include "SerialPort.h"
extern "C" JNIEXPORT jboolean JNICALL Java_com_example_serialport_SerialPort_openSerialPort(JNIEnv *env, jobject thiz, jstring device, jint baudRate) {
    const char* deviceStr = env->GetStringUTFChars(device, 0);
    jboolean result = SerialPort::getInstance()->open(deviceStr, baudRate);
    env->ReleaseStringUTFChars(device, deviceStr);
    return result;
}
extern "C" JNIEXPORT void JNICALL Java_com_example_serialport_SerialPort_closeSerialPort(JNIEnv *env, jobject thiz) {
    SerialPort::getInstance()->close();
}
extern "C" JNIEXPORT jint JNICALL Java_com_example_serialport_SerialPort_writeData(JNIEnv *env, jobject thiz, jbyteArray data) {
    int length = env->GetArrayLength(data);
    jbyte* buffer = env->GetByteArrayElements(data, 0);
    int result = SerialPort::getInstance()->write(reinterpret_cast<uint8_t*>(buffer), length);
    env->ReleaseByteArrayElements(data, buffer, 0);
    return result;
}

3. 配置串口参数

在C/C++代码中，可以使用termios结构体来配置串口参数，如波特率、数据位、停止位和校验位等。

struct termios cfg;
if (tcgetattr(fd, &cfg)) {
    LOGE("Cannot get config for %d", fd);
    return -1;
}
cfsetispeed(&cfg, speed);
cfsetospeed(&cfg, speed);
cfg.c_cflag &= ~(CSIZE | PARENB | PARODD);
cfg.c_cflag |= CREAD | CLOCAL | CSTART;
cfg.c_lflag &= ~(ICANON | ECHO | ECHOE | ISIG);
cfg.c_oflag &= ~OPOST;
if (tcsetattr(fd, TCSANOW, &cfg)) {
    LOGE("Could not set attributes for port %d", fd);
    return -1;
}

4. 读写串口数据

读取串口数据通常需要在一个单独的线程中进行，以避免阻塞UI线程，可以通过JNI方法从C++层接收数据，然后在Java层处理这些数据，同样，写入串口的数据也是从Java层传递到C++层，由C++层执行实际的写操作。

extern "C" JNIEXPORT jint JNICALL Java_com_example_serialport_SerialPort_readData(JNIEnv *env, jobject thiz, jbyteArray buffer, jint size) {
    int bytesRead = SerialPort::getInstance()->read(reinterpret_cast<uint8_t*>(buffer), size);
    return bytesRead;
}

五、测试与调试

在完成代码的编写之后，需要进行测试与调试，确保串口通信功能正常，可以使用Android设备连接串口设备，并通过日志输出或者UI界面显示接收到的数据，以验证功能的正确性。

六、注意事项

在进行Android串口开发时，需要注意以下几点：

JNI方法命名规范：JNI方法的命名需要按照Java_包名_类名_方法名的格式命名，例如Java_com_example_serialport_SerialPort_openSerialPort。

底层库编写：在C/C++源文件中，需要使用底层串口库或者API来实现打开串口、关闭串口和读写数据等功能，具体的代码实现可以根据不同的串口库和设备进行调整。

权限问题：由于串口通信涉及到硬件资源，因此需要在AndroidManifest.xml文件中声明必要的权限，如android.permission.READ_EXTERNAL_STORAGE和android.permission.WRITE_EXTERNAL_STORAGE等。

错误处理：在实际应用中，可能会遇到各种错误情况，如无法打开串口、读写失败等，需要在实际开发中仔细测试和验证，并做好相应的错误处理工作。

通过以上步骤，我们可以利用JNI技术在Android平台上实现与串口的通信，需要注意的是，串口通信可能会涉及到安全和稳定性问题，因此在实际开发中需要仔细测试和验证，希望本文能够对大家在Android串口开发方面有所帮助。