安卓串口开发

安卓设备上使用串口,谷歌官方在github上有写好的代码:

https://github.com/cepr/android-serialport-api

串口只能传3个参数--串口地址(大多数为"/dev/ttyS0",具体情况要根据要开发的主板来),波特率,raw mode(通常都传0)。(如果需要修改数据位和停止位,则需要使用修改C语言的代码,网上有很多)

这里说说实现思路:最开始我准备用一个队列存储需要发送的指令,后来发现这种方式有几种缺陷:
1.如果后面有个指令需要优先触发,而且触发后队列里面还有没发出的指令不能再发送,多线程不好控制
2.我们业务串口分左路和右路,可以同时收发数据,如果需要对某一路特殊处理,也会很复杂
后来想到可以根据现在下位机状态和下位机在操作后应该的状态对比,对每个位置的数据做差值(位置和对应的指令我在开启线程前存到了map中),左路发现任何一路有差异就发送对应指令,接收状态后继续代码会运行到下面的右路对比,如此循环

串口通信最重要的就是给下位机发送(包含对数据的封装byte int 16进制转换和crc16校验等)和接收从机的数据。发送和接受数据我写了2个版本,第一次用了2个线程,一个线程发送,一个线程接收,后来发现没有必要所以改为了一个线程。

先说2个线程的做法,下一文章修改为一个线程
为了保证发送数据后从下位机会接收返回状态,所以用synchronized加锁做成了串行。(线程A发送,线程B接收--首先线程B wait()等待,线程A发送完了先调用notify()唤醒线程B,因为线程A得到了锁,虽然线程B虽然被唤醒,但是会阻塞。线程A马上调用wait()等待和释放锁,这时候线程B启动,接收数据的线程B同理)。下面上代码(用了EventBus进行线程间通信,可以随意更改其他子线程向主线程通讯方式)

import android.util.Log;
import org.greenrobot.eventbus.EventBus;
import java.io.File;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.io.OutputStream;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
import android_serialport_api.SerialPort;
/**
 * 通过串口用于接收或发送数据
 */
public class SerialPortUtil {

    private static final String TAG = "SERIALPORTUTIL";

    private static final String pathname = "/dev/ttyS0";
    private static final int baudRate = 9600;
    private static final int flags = 0;
    private SerialPort serialPort = null;
    private InputStream inputStream = null;
    private OutputStream outputStream = null;

    private boolean isStart = false;
    private Thread writeThread = null;
    private Thread receiveThread = null;

    private int index = 0;//当前数据记录到哪一个位置
    private int dataLength = -1;//接收到数据的总长度
    private int readNum = -1;//读取到的一个字节
    private byte[] bytes = null;//当前读取到数据
    private String[] checkHeads = {"AA", "BB", "CC", "00"};//数据头 前3位是固定的校验 00是返回数据长度会在的位置,这里为了下面循环不写重复代码,就随意写了一个00
    private static final int TIME_OUT = 150;//读取超时时间
    private static final int SLEEP_TIME = 30;//线程休眠时间
    private int timeOutCount = 0;//连续读取超时次数
    private static final int MAX_TIME_OUT_COUNT = 10;//连续读取超时超过10次(也就是最少1500秒没收到数据)判定下位机断开连接

    /**
     * 打开串口,接收数据
     * 通过串口,接收单片机发送来的数据
     */
    public void openSerialPort() throws IOException {
        try {
            serialPort = new SerialPort(new File(pathname), baudRate, flags);
            //调用对象SerialPort方法,获取串口中"读和写"的数据流
            inputStream = serialPort.getInputStream();
            outputStream = serialPort.getOutputStream();
            isStart = true;
        } catch (IOException e) {
            throw new IOException();
        } catch (SecurityException e) {
            throw new SecurityException();
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }

        //这里读线程一定要在写线程之前wait,因为线程代码运行时间的不确定性
        startReadThread();
        startWriteThread();
    }

    /**
     * 关闭串口
     * 关闭串口中的输入输出流
     * isStart = false 接收线程会自动关闭
     */
    public void closeSerialPort() {
        try {
            isStart = false;
            if (inputStream != null) {
                inputStream.close();
            }
            if (outputStream != null) {
                outputStream.close();
            }
            if (serialPort != null) {
                serialPort.close();
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }


    /**
     * 开启发送数据线程
     */
    public void startWriteThread() {
        if (writeThread == null) {
            writeThread = new Thread(new WriteThread());
            writeThread.start();
        }
    }

    /**
     * 数据写入线程
     */
    public class WriteThread implements Runnable {
        @Override
        public void run() {
            while (isStart) {
                if (inputStream == null) return;
                //对比此时状态和应该的状态
                sendMsgToSerialPort(‘这是发送数据线程, 是个同步方法’);
            }
        }
    }


    /**
     * 发送数据  String转byte数组
     * 通过串口,发送数据到单片机
     *
     * @param data 要发送的数据
     */
    private synchronized void sendMsgToSerialPort(String data) {
        try {
            outputStream.write(DataUtils.HexToByteArr(data));
            outputStream.flush();
            notify();
            wait();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    //------------------------------读取

    /**
     * 开启读取串口数据线程
     */
    private void startReadThread() {
        if (receiveThread == null) {
            receiveThread = new Thread(new ReceiveThread());
            receiveThread.start();
        }
    }

    /**
     * 接收串口数据的线程
     */
    private class ReceiveThread implements Runnable {
        @Override
        public void run() {
            readInputStreamData();
        }
    }

   /**
     * 检查读取的数据头   
     * 我们业务里面数据头前3位是固定的校验 这里根据各自的业务对checkHeads进行更改,而且一般会在数据
     * 前面第几位置返回数据的总长度,所以可以根据位置,读取到数据的总长度,我们业务里面是数据头后一个,
     * 也就是第四个,所以在对checkHeads检查完之后直接读取数据长度,这样在读到数据长度就知道一次输出流
     * 都读完了
     * (如果你们数据长度是固定的,可以不用判断数据长度这一位,
     * bytes = new byte[dataLength]也可以放在另外的位置初始化)
     *
     * @param checkHeads
     */
    public boolean checkReadData(String[] checkHeads) throws IOException, InterruptedException {
        for (int i = 0; i < checkHeads.length; i++) {
            index = i;
            if (checkInputStreaData()) {
                //读取缓存中的第一个字节 看是否与数据头对应
                readNum = inputStream.read();
                bytes[index] = (byte) readNum;
                //判断数据头
                if (i < checkHeads.length - 1) {
                    if (DataUtils.HexToByte(checkHeads[i]) != bytes[index]) {//数据不对应
                        return false;
                    }
                } else {
                    //检查头最后一个数据是长度
                    dataLength = DataUtils.Byte2Int(bytes[index]);
                    //初始化接收返回数据的数组
                    if (bytes == null) {
                        bytes = new byte[dataLength];
                    }
                    return true;
                }
            } else {
                return false;
            }
        }
        return false;
    }


    /**
     * 读取数据并校验数据,如果读取失败,则停止读线程,开启写线程
     *
     */
    private synchronized void readInputStreamData() {
        try {
            wait();//第一次初始化读进程wait

            //条件判断,只要条件为true,则一直执行这个线程
            while (isStart) {
                if (inputStream == null) return;
                if (checkReadData(checkHeads)) {
                    while (true) {
                        if (checkInputStreaData()) {
                            if ((readNum = inputStream.read()) != -1) {
                                index++;
                                bytes[index] = (byte) readNum;
                                if (dataLength == index + 1) {
                                    Log.e(TAG, "数据完整");
                                    break;
                                }
                            }
                        } else {
                            break;
                        }
                    }
                }

                //数据读取完成 或者读取超时失败
                if (bytes != null && bytes.length > 0 && dataLength == index + 1) {
                    //状态
                    timeOutCount = 0;
                } else {
                    timeOutCount++;
                    //如果连续读取TIME_OUT MAX_TIME_OUT_COUNT次,判断下位机断开连接
                    if (timeOutCount > MAX_TIME_OUT_COUNT) {
                        EventBus.getDefault().post("下位机断开连接");
                        return;
                    }
                    Log.e(TAG, "读取数据数据失败");
                }
                notify();
                wait();
            }
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
            Log.e(TAG, "读取数据发生异常");
        }
    }


    /**
     * 检查是否存在数据
     * 如果不存在数据就要做延时读取操作
     * 这里的延时时间为 {SLEEP_TIME}
     *
     * @return 存在数据true  不存在数据超时false
     * @throws IOException
     * @throws InterruptedException
     */
    private boolean checkInputStreaData() throws IOException, InterruptedException {
        int waitTime = 0;
        while (true) {
            //查询可以读取到的字节数量
            //读取超时 TIME_OUT秒内无响应 则退出
            if (inputStream.available() <= 0) {
                //当前未检查到数据
                waitTime += SLEEP_TIME;
                TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(SLEEP_TIME);
                if (waitTime >= TIME_OUT) {
                    return false;
                }
            } else {
                return true;
            }
        }
    }

}

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