有關(guān)Java串口通信簡介

1、教育資源分享有關(guān)Java串口通信簡介有關(guān)Java串口通信簡介，嵌入式系統(tǒng)或傳感器網(wǎng)絡(luò)的很多應(yīng)用和測試都需要通過PC機與嵌入式設(shè)備或傳感器節(jié)點進行通信。其中，最常用的接口就是RS-232串口和并口(鑒于USB接口的復(fù)雜性以及不需要很大的數(shù)據(jù)傳輸量，USB接口用在這里還是顯得過于奢侈，況且目前除了SUN有一個支持USB的包之外，我還沒有看到其他直接支持USB的Java類庫)。SUN的CommAPI分別提供了對常用的RS232串行端口和IEEE1284并行端口通訊的支持。RS-232-C(又稱EIA RS-232-C，以下簡稱RS232)是在1970年由美國電子工業(yè)協(xié)會(EIA)聯(lián)合貝爾系統(tǒng)、調(diào)制解

2、調(diào)器廠家及計算機終端生產(chǎn)廠家共同制定的用于串行通訊的標準。RS232是一個全雙工的通訊協(xié)議，它可以同時進行數(shù)據(jù)接收和發(fā)送的工作。 1 常見的Java串口包目前，常見的Java串口包有SUN在1998年發(fā)布的串口通信API：comm2.0.jar(Windows下)、comm3.0.jar(Linux/Solaris);IBM的串口通信API以及一個開源的實現(xiàn)。鑒于在Windows下SUN的API比較常用以及IBM的實現(xiàn)和SUN的在API層面都是一樣的，那個開源的實現(xiàn)又不像兩家大廠的產(chǎn)品那樣讓人放心，這里就只介紹SUN的串口通信API在Windows平臺下的使用。串口包的安裝(Windows下)

3、到SUN的網(wǎng)站下載javacomm20-win32.zip，包含的東西如下所示：按照其使用說明(Readme.html)的說法，要想使用串口包進行串口通信，除了設(shè)置好環(huán)境變量之外，還要將win32com.dll復(fù)制到bin目錄下;將comm.jar復(fù)制到lib;把perties也同樣拷貝到lib 目錄下。然而在真正運行使用串口包的時候，僅作這些是不夠的。因為通常當運行“java MyApp”的時候，是由JRE下的虛擬機啟動MyApp的。而我們只復(fù)制上述文件到JDK相應(yīng)目錄下，所以應(yīng)用程序?qū)崾菊也坏酱凇＝鉀Q這個問題的方法很簡單，我們只須將上面提到的文件放到JRE相應(yīng)的目錄下就可以

4、了。值得注意的是，在網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序中使用串口API的時候，還會遇到其他更復(fù)雜問題。有興趣的話，你可以查看CSDN社區(qū)中“關(guān)于網(wǎng)頁上Applet用javacomm20讀取客戶端串口的問題”的帖子。2 串口API概覽2.1 m.CommPort這是用于描述一個被底層系統(tǒng)支持的端口的抽象類。它包含一些高層的IO控制方法，這些方法對于所有不同的通訊端口來說是通用的。 SerialPort 和ParallelPort都是它的子類，前者用于控制串行端口而后者用于控這并口，二者對于各自底層的物理端口都有不同的控制方法。這里我們只關(guān)心 SerialPort。2.2 m.CommPortIdentifier這個類

5、主要用于對串口進行管理和設(shè)置，是對串口進行訪問控制的核心類。主要包括以下方法確定是否有可用的通信端口為IO操作打開通信端口決定端口的所有權(quán)處理端口所有權(quán)的爭用管理端口所有權(quán)變化引發(fā)的事件(Event)2.3 m.SerialPort這個類用于描述一個RS-232串行通信端口的底層接口，它定義了串口通信所需的最小功能集。通過它，用戶可以直接對串口進行讀、寫及設(shè)置工作。2.4 串口API實例大段的文字怎么也不如一個小例子來的清晰，下面我們就一起看一下串口包自帶的例子-SerialDemo中的一小段代碼來加深對串口API核心類的使用方法的認識。2.4.1 列舉出本機所有可用串口void listPo

6、rtChoices() CommPortIdentifier portId;Enumeration en = CommPortIdentifier.getPortIdentifiers();/ iterate through the ports.while (en.hasMoreElements() portId = (CommPortIdentifier) en.nextElement();if (portId.getPortType() = CommPortIdentifier.PORT_SERIAL) System.out.println(portId.getName();portCho

7、ice.select(parameters.getPortName();以上代碼可以列舉出當前系統(tǒng)所有可用的串口名稱，我的機器上輸出的結(jié)果是COM1和COM3。2.4.2 串口參數(shù)的配置串口一般有如下參數(shù)可以在該串口打開以前配置進行配置：包括波特率，輸入/輸出流控制，數(shù)據(jù)位數(shù)，停止位和齊偶校驗。SerialPort sPort;try sPort.setSerialPortParams(BaudRate,Databits,Stopbits,Parity);/設(shè)置輸入/輸出控制流sPort.setFlowControlMode(FlowControlIn | FlowControlOut); c

8、atch (UnsupportedCommOperationException e) 2.4.3 串口的讀寫對串口讀寫之前需要先打開一個串口：CommPortIdentifier portId = CommPortIdentifier.getPortIdentifier(PortName);try SerialPort sPort = (SerialPort) portId.open("串口所有者名稱", 超時等待時間); catch (PortInUseException e) /如果端口被占用就拋出這個異常throw new SerialConnectionExcept

9、ion(e.getMessage();/用于對串口寫數(shù)據(jù)OutputStream os = new BufferedOutputStream(sPort.getOutputStream();os.write(int data);/用于從串口讀數(shù)據(jù)InputStream is = new BufferedInputStream(sPort.getInputStream();int receivedData = is.read();讀出來的是int型，你可以把它轉(zhuǎn)換成需要的其他類型。這里要注意的是，由于Java語言沒有無符號類型，即所有的類型都是帶符號的，在由byte到int的時候應(yīng)該尤其注意。因

10、為如果byte的最高位是1，則轉(zhuǎn)成int類型時將用1來占位。這樣，原本是10000000的byte類型的數(shù)變成int型就成了1111111110000000，這是很嚴重的問題，應(yīng)該注意避免。3 串口通信的通用模式及其問題終于嘮叨完我最討厭的基礎(chǔ)知識了，下面開始我們本次的重點-串口應(yīng)用的研究。由于向串口寫數(shù)據(jù)很簡單，所以這里我們只關(guān)注于從串口讀數(shù)據(jù)的情況。通常，串口通信應(yīng)用程序有兩種模式，一種是實現(xiàn)SerialPortEventListener接口，監(jiān)聽各種串口事件并作相應(yīng)處理;另一種就是建立一個獨立的接收線程專門負責數(shù)據(jù)的接收。由于這兩種方法在某些情況下存在很嚴重的問題(至于什么問題這里先賣個

11、關(guān)子J)，所以我的實現(xiàn)是采用第三種方法來解決這個問題。3.1 事件監(jiān)聽模型現(xiàn)在我們來看看事件監(jiān)聽模型是如何運作的：首先需要在你的端口控制類(例如SManager)加上“implements SerialPortEventListener”在初始化時加入如下代碼：try SerialPort sPort.addEventListener(SManager); catch (TooManyListenersException e) sPort.close();throw new SerialConnectionException("too many listeners added&quo

12、t;);sPort.notifyOnDataAvailable(true);覆寫public void serialEvent(SerialPortEvent e)方法，在其中對如下事件進行判斷：BI -通訊中斷.CD -載波檢測.CTS -清除發(fā)送.DATA_AVAILABLE -有數(shù)據(jù)到達.DSR -數(shù)據(jù)設(shè)備準備好.FE -幀錯誤.OE -溢位錯誤.OUTPUT_BUFFER_EMPTY -輸出緩沖區(qū)已清空.PE -奇偶校驗錯.RI -振鈴指示.一般最常用的就是DATA_AVAILABLE-串口有數(shù)據(jù)到達事件。也就是說當串口有數(shù)據(jù)到達時，你可以在serialEvent中接收并處理所收到的數(shù)

13、據(jù)。然而在我的實踐中，遇到了一個十分嚴重的問題。首先描述一下我的實驗：我的應(yīng)用程序需要接收傳感器節(jié)點從串口發(fā)回的查詢數(shù)據(jù)，并將結(jié)果以圖標的形式顯示出來。串口設(shè)定的波特率是 115200，川口每隔128毫秒返回一組數(shù)據(jù)(大約是30字節(jié)左右)，周期(即持續(xù)時間)為31秒。實測的時候在一個周期內(nèi)應(yīng)該返回4900多個字節(jié)，而用事件監(jiān)聽模型我最多只能收到不到1500字節(jié)，不知道這些字節(jié)都跑哪里去了，也不清楚到底丟失的是那部分數(shù)據(jù)。值得注意的是，這是我將 serialEvent()中所有處理代碼都注掉，只剩下打印代碼所得的結(jié)果。數(shù)據(jù)丟失的如此嚴重是我所不能忍受的，于是我決定采用其他方法。3.2 串口讀數(shù)據(jù)

14、的線程模型這個模型顧名思義，就是將接收數(shù)據(jù)的操作寫成一個線程的形式:public void startReadingDataThread() Thread readDataProcess = new Thread(new Runnable() public void run() while (newData != -1) try newData = is.read();System.out.println(newData);/其他的處理過程. catch (IOException ex) System.err.println(ex);return;readDataProcess.start()

15、;在我的應(yīng)用程序中，我將收到的數(shù)據(jù)打包放到一個緩存中，然后啟動另一個線程從緩存中獲取并處理數(shù)據(jù)。兩個線程以生產(chǎn)者消費者模式協(xié)同工作，數(shù)據(jù)的流向如下圖所示：這樣，我就圓滿解決了丟數(shù)據(jù)問題。然而，沒高興多久我就又發(fā)現(xiàn)了一個同樣嚴重的問題：雖然這回不再丟數(shù)據(jù)了，可是原本一個周期(31秒)之后，傳感器節(jié)電已經(jīng)停止傳送數(shù)據(jù)了，但我的串口線程依然在努力的執(zhí)行讀串口操作，在控制臺也可以看見收到的數(shù)據(jù)仍在不斷的打印。原來，由于傳感器節(jié)點發(fā)送的數(shù)據(jù)過快，而我的接收線程處理不過來，所以InputStream就先把已到達卻還沒處理的字節(jié)緩存起來，于是就導(dǎo)致了明明傳感器節(jié)點已經(jīng)不再發(fā)數(shù)據(jù)了，而控制臺卻還能看見數(shù)據(jù)不斷

16、打印這一奇怪的現(xiàn)象。唯一值得慶幸的是最后收到數(shù)據(jù)確實是4900左右字節(jié)，沒出現(xiàn)丟失現(xiàn)象。然而當處理完最后一個數(shù)據(jù)的時候已經(jīng)快1分半鐘了，這個時間遠遠大于節(jié)點運行周期。這一延遲對于一個實時的顯示系統(tǒng)來說簡直是災(zāi)難!后來我想，是不是由于兩個線程之間的同步和通信導(dǎo)致了數(shù)據(jù)接收緩慢呢?于是我在接收線程的代碼中去掉了所有處理代碼，僅保留打印收到數(shù)據(jù)的語句，結(jié)果依然如故。看來并不是線程間的通信阻礙了數(shù)據(jù)的接收速度，而是用線程模型導(dǎo)致了對于發(fā)送端數(shù)據(jù)發(fā)送速率過快的情況下的數(shù)據(jù)接收延遲。這里申明一點，就是對于數(shù)據(jù)發(fā)送速率不是如此快的情況下前面者兩種模型應(yīng)該還是好用的，只是特殊情況還是應(yīng)該特殊處理。3.3 第三

17、種方法痛苦了許久(Boss天天催我L)之后，偶然的機會，我聽說TinyOS中(又是開源的)有一部分是和我的應(yīng)用程序類似的串口通信部分，于是我下載了它的1.x版的Java代碼部分，參考了它的處理方法。解決問題的方法說穿了其實很簡單，就是從根源入手。根源不就是接收線程導(dǎo)致的嗎，那好，我就干脆取消接收線程和作為中介的共享緩存，而直接在處理線程中調(diào)用串口讀數(shù)據(jù)的方法來解決問題(什么，為什么不把處理線程也一并取消?-都取消應(yīng)用程序界面不就鎖死了嗎?所以必須保留)于是程序變成了這樣：public byte getPack()while (true) / PacketLength為數(shù)據(jù)包長度byte msg

18、Pack = new bytePacketLength;for(int i = 0; i < PacketLength; i+)if( (newData = is.read() != -1)msgPacki = (byte) newData;System.out.println(msgPacki);return msgPack;在處理線程中調(diào)用這個方法返回所需要的數(shù)據(jù)序列并處理之，這樣不但沒有丟失數(shù)據(jù)的現(xiàn)象行出現(xiàn)，也沒有數(shù)據(jù)接收延遲了。這里唯一需要注意的就是當串口停止發(fā)送數(shù)據(jù)或沒有數(shù)據(jù)的時候is.read()一直都返回-1，如果一旦在開始接收數(shù)據(jù)的時候發(fā)現(xiàn)-1就不要理它，繼續(xù)接收，直到收到真正的數(shù)據(jù)為止。4 結(jié)束語本文介紹了串口通信的基本知識，以及常用的幾種模式。通過實踐，提出了一些問題，并在最后加以解決。值得注意的是對于第一種方法，我曾將傳感器發(fā)送的時間由128毫