一、引言

Java程序具有一次编译、到处运行的跨平台特性，随着Java在嵌入式系统中的广泛应用，研究Java的串行通信程序具有日益重要的意义。文献[1]实现了基于Java事件驱动的串行通信，在该文献及Sun公司中国技术社区的蒋清野的基础之上，设计了通用的串行通信类，跟文献[2]相比，这些类更简洁、健壮，而且可以方便地处理任何字节，并可以将一批数据作为一个整体来提交，方便用户的下一步处理。这里的通用串口类由两个Java类组成，OperateCOM类用来初始化串口，并启动数据接收进程；ReadCOM类用来读取串口数据，并将一批数据作为整体提交。SerialExample类利用OperateCOM和ReadCOM类进行串行通信的测试，并利用文献[3]中的工具进行各种格式的显示。

二、OperateCOM类

OperateCOM与ReadCOM类的包名均为SerialPort。OperateCOM类主要完成的工作是：取得串口ID、打开串口、获取输入输出流、设置串口参数、启动串口数据读取进程。然后，就是常用的读取串口数据、从串口发送数据，以及关闭串口。

１.public OperateCOM (int PortID, int nLen )

这是OperateCOM类的构造方法，PortID表示需要操作的串口号，“1”表示“COM1”，“2”表示“COM2”……以此类推；nLen表示串口的输入缓冲区大小，最小值为1。构造方法的源代码如下：

    public OperateCOM(int PortID, int nLen) {

        PortName = "COM"+PortID;

        nMaxLength = nLen;

        if (nLen < 1) nMaxLength = 1;

    }   

２.public int GetPortID()    

该方法通过串口名字，如COM1，取得串口的ID，如果正确则返回Serial_Success（常数1）；如果错误，则抛出没有此串口的异常NoSuchPortException，并返回Serial_Error（常数-1），其源代码如下：

    public int GetPortID(){

        try {

            portID = CommPortIdentifier.getPortIdentifier(PortName);

        } catch (NoSuchPortException e) {

            return Serial_Error;

        }

        return Serial_Success;

    }

３.public int Open(String AppName, int nTime)

该方法通过获取的串口portID打开串口，输入参数AppName是程序的名称，nTime表示延迟的毫秒数。如果该串口正在被使用，则会抛出PortInUseException异常；如果打开串口成功，则根据serialPort继续获取串口的输入输出流，其源代码如下：

    public int Open(String AppName, int nTime){

        try {

            serialPort = (SerialPort)portID.open(AppName, nTime);

        } catch (PortInUseException e) {

            return Serial_Error;

        }

        try {

            in = serialPort.getInputStream();

            out = serialPort.getOutputStream();

        } catch (IOException e) {

            return Serial_Error;

        }

        return Serial_Success;

    }

４.public int SetParams(int baudrate, int dataBits, int stopBits, int parity)

该方法用来设置串口参数。输入参数分别对应波特率、数据位、停止位和校验方式。在Java Communications API的Javadoc中，有相应的常数代号，例如，DATABITS_8表示整数8，STOPBITS_1表示整数1等。源代码如下：

    public int SetParams(int baudrate, int dataBits, int stopBits, int parity){

        try {

            serialPort.setSerialPortParams(baudrate, dataBits, stopBits, parity);

        } catch (UnsupportedCommOperationException e) {

            return Serial_Error;

        }

        return Serial_Success;

    }

５.public void StartCom(int nDelay)

该方法启动数据接收进程，nDelay是延迟的毫秒数，表示凡是时间间隔在nDelay毫秒之内的数据，都作为一个整体来处理。从文献[1]中的测试效果可知，串行通信的数据确实是不连续的，需要进行累加处理。ReadCOM是Thread类的子类，本方法根据给定的参数，生成一个多线程的实例，并启动多线程。OperateCOM类直接控制ReadCOM类的实例的生成、多线程的销毁与数据的读取等。StartCom的源代码如下：

    public void StartCom(int nDelay){

        readThread = new ReadCOM(in, nDelay, nMaxLength);

        readThread.start();

    }

６.public byte[] ReadPort()

读取串口数据，并且根据要求的时间片将数据作为整体处理，是串行通信中的难点。ReadCOM类很好地实现了这个功能，其方法GetComBuffer()可以取得以字节数组形式的完整的数据包。ReadPort()的源代码如下：

    public byte[] ReadPort(){

        return readThread.GetComBuffer();

    }

７.public void WritePort(byte bData[], int off, int len)

该方法用来从串口发送数据，其参数包括需要发送的字节数组、数组的偏移量与发送的长度，其源代码如下。

    public void WritePort(byte bData[], int off, int len){

        try {

            out.write(bData, off, len);

        } catch (IOException e) {

            System.out.println("IOException:"+e);

        }

    }

８.public void ClosePort()

OperateCOM类的Open方法打开串口，ClosePort则用于关闭串口。由于读取串口数据的多线程是一个死循环，关闭串口前，需要首先关闭多线程。在多线程中，有一个布尔变量，可以通过公共方法DestroyReadThread调用，用来设置为true，从而使多线程退出。纯粹给多线程实例readThread赋值null，并不能迫使多线程退出，在NetBeans 5.0 的调试环境下可以发现这一点。另外，Thread的Destroy方法已经抛弃不用了。关闭多线程后，再关闭串口即可。ClosePort方法的源代码如下：

    public void ClosePort(){

        readThread.DestroyReadThread();

        readThread = null;

        serialPort.close();

    }  

三、ReadCOM类

ReadCOM类派生于Thread类，其主要方法为构造方法及run方法，其他方法被run方法所调用。

１.public ReadCOM(InputStream Port, int steps, int nLen)

该方法是ReadCOM类的构造方法，需要传入输入流Port；需要等待的节拍数（即毫秒数）steps，在此时间片内的数据将被当作一个整体来处理；nLen则是输入缓冲区的大小，根据该数据调用ByteBuffer类的allocate方法分配缓冲区。构造方法的源代码如下：

    public ReadCOM(InputStream Port, int steps, int nLen) {

        ComPort = Port;

        TimeToWait = steps;

        nPackageLen = nLen;

        ComBuffer = ByteBuffer.allocate(nLen);

    }   

２.public void run()

该方法是一个多线程方法，是ReadCOM类中的核心方法，本类中的其他方法几乎都是为该方法服务的。run方法是一个while循环，不停地检测串口的输入流有无数据。这个循环由3组并列的条件语句组成：

l         bDestroy为true，则退出循环，该变量的设置通过公共方法DestroyReadThread完成；

l         如果输入流中有数据，即ComPort.available()>0，则读取当前字节，lStart中记录当前字节到达的时间。第一个字节到达后，通过方法SetAvailable(false)将当前数据包设置为不可用，因为数据还没有接收组装完成；

l         如果当前字节到达的时间lStart大于0，则计算当前时间与lStart之间的时间间隔，如果大于规定的数值TimeToWait（在构造方法中设置），则认为数据接收结束，通过方法SetAvailable(true)将当前数据包设置为可用。run方法的源代码如下：

    public void run(){

        byte bIn;   //存放读取的当前字节

        try {

            while(true){

                if(bDestroy == true) return;

                if (ComPort.available()>0){

                    bIn = (byte)ComPort.read();

                    if (lStart == 0) SetAvailable(false); //清空缓冲区

                    PutByte(bIn);  //保存数据

                    sTime = Calendar.getInstance();

                    lStart = sTime.getTimeInMillis(); //当前读取数据的时间

                }

                if (lStart>0){

                    sTime = Calendar.getInstance();

                    lInterval = sTime.getTimeInMillis() - lStart;

                    if (lInterval >= TimeToWait) {

                        SetAvailable(true);

                    }

                }

            }

        } catch (IOException e) {

            System.out.println("IOException Error"+e);

        }

    }

３.private synchronized void PutByte(byte bIn)

该方法是私有方法，被run方法调用，将当前从串口输入流ComPort中读取的字节存入串口输入缓冲区ComBuffer中，如果缓冲区的最后一个字节的位置已经大于最大值nPackageLen（在构造方法中设置），则提示缓冲区溢出，同时，将缓冲区指针复位。ComBuffer.put((byte)bIn)语句将字节bIn存入缓冲区，这将使得缓冲区的指针（位置）后移一个字节，源代码如下：

    private synchronized void PutByte(byte bIn){

        if (ComBuffer.position() >= nPackageLen){

            System.out.println("ComBuffer overflow!");

            ComBuffer.rewind();  //指针复位

        }

        ComBuffer.put((byte)bIn); 

    }

４.private void SetAvailable(boolean bGet)

该方法是私有方法，被run方法和GetComBuffer方法调用。如果设置为false，则串口缓冲区ComBuffer中的内容被清除，指针（位置）复位，在首次收到数据包的头部数据时，执行该动作；如果在run方法中等待的时间片大于TimeToWait，则表示一个数据包接收结束，设置为true，同时，令lStart为0，表示如果收到新的数据，则认为是下一个数据包中的内容。SetAvailable方法的源代码如下：

    private void SetAvailable(boolean bGet){

        bAvailable = bGet;

        if(bGet == false) {

            ComBuffer.clear();

            ComBuffer.rewind();

        }

        if(bGet == true) lStart = 0;

    }

５.public void DestroyReadThread()

该公有方法用来将bDestroy的值设置为true，从而让run方法从while循环中退出，达到杀死进程的目的。其源代码如下：

    public void DestroyReadThread(){

        bDestroy = true;

    }

６.public byte[] GetComBuffer()

该方法是公有方法，用来返回完整的数据包。输入缓冲区ComBuffer的指针（位置）即为数据包的长度。如果数据接收完成，则bAvailable为true，就先取得数据的长度，然后，将ComBuffer缓冲区的指针（位置）复位，这样，就可以从位置0处开始读取给定的字节。数据读取完毕，就通过SetAvailable(false)方法销毁数据，以免数据被重复读取，如此模仿Visual Basic 6.0 中的MSComm控件的动作。如果没有数据或者数据没有准备好，就返回null。

    public byte[] GetComBuffer(){

        int bLen;

        byte[] bReceive;

        if (bAvailable == true){   //数据接收结束

            bLen = ComBuffer.position();

            bReceive = new byte[bLen];

            ComBuffer.rewind();

            ComBuffer.get(bReceive, 0, bLen);

            SetAvailable(false);  //销毁数据

            return bReceive;

        }

        else return null; //没有数据或数据没有准备好

    }    

四、串口类的发布

在NetBeans 5.0环境下完成代码编写后，可以单击项目名称，然后，选择生成项目，即可在项目的build\classes\SerialPort目录下，看到OperateCOM.class和ReadCOM.class。在C盘建立一个目录，如C:\JarPackage，将包含类文件的SerialPort文件夹复制到该文件夹。在DOS环境下进入JarPackage目录，输入如下命令（下划线所示）：

C:\JarPackage> jar cvf SerialPort.jar *

即可得到将以上两个类打包后的jar文件。该命令的“c”表示创建新的文档，“v”表示生成详细信息到标准输出上，“f”表示制定存档文件名。

可以将该串口包复制到jre目录下的lib中，并在CLASSPATH系统环境变量中包含该包的绝对路径，即可通过“import SerialPort.*;”来使用串口类，并在DOS环境下利用javac命令对java源代码进行编译。如果在NetBeans 5.0环境下使用串口包，则需要添加库，并指出库的绝对路径。

五、串口类的测试

测试源代码除了需要引用上文生成的SerialPort包外，还要使用文献[3]中的ComputerMonitor包，用来灵活地处理数据，并以需要的形式进行显示。测试程序首先初始化串口，然后，在while循环中读取数据，以各种形式显示，如果收到的数据包的第一个字节为0x21（即字符”!”）则退出程序。测试类SerialExample的源代码如下：

import SerialPort.*;

import ComputerMonitor.*;

    /** Creates a new instance of SerialExample */

    public static void main(String[] args) {

        OperateCOM SB = new OperateCOM(1, 1024);

        // open COM1, the max length of package is 1024 bytes

        if (SB.GetPortID() == -1) {

            System.out.println("No such port!");

            System.exit(1);

        }

        if (SB.Open("SerialExample", 100) == -1) {

            System.out.println("Port in use now!");

            System.exit(1);

        }

        if (SB.SetParams(9600, 8, 1, 0) == -1){

            System.out.println("Unsupported operation!");

            System.exit(1);

        }

        SB.StartCom(150); //延迟150毫秒

        while(true){

            byte[] bData = SB.ReadPort();

            if (bData != null){

                System.out.println("Receive and send back: ");

                System.out.println("UTF-8:     " +

                                ByteProcess.BytesToEnString(bData));

                System.out.println("UTF-16BE:  " +

                                ByteProcess.UnicodeToString(bData));

                System.out.println("Bytes:     " +

                                ByteProcess.InsertSpaceToHexChars(

                                ByteProcess.BytesToHexChars(bData)));

                SB.WritePort(bData,0,bData.length);

                if(bData[0] == 0x21){  //The first char is "!", so stop now!

                    SB.ClosePort();

                    return;

                }

            }       

        }

    }