摘  要： 介紹了Java實現(xiàn)串口通信編程的技術(shù)處理。著重就串口通信的連接、數(shù)據(jù)緩沖區(qū)資源的多線程訪問控制以及數(shù)據(jù)讀取中的超時控制等問題進行了詳細討論，有效地實現(xiàn)了主機與下位單片機之間的數(shù)據(jù)傳遞。該通信方式已用于基于工控機的絕緣電阻檢測應用中。
關(guān)鍵詞： Java；串口通信；多線程；comm包

　嵌入式系統(tǒng)或傳感器網(wǎng)絡(luò)的很多應用都需要通過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。串口通信可以是上位機與下位機之間的直接串口通信，也可以是在串口上連接無線通信模塊，通過串口進行無線通信。RS-232-C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信的標準。RS-232是一個全雙工的通信協(xié)議，它可以同時進行數(shù)據(jù)接收和發(fā)送的工作。
　Java實現(xiàn)串口通信的編程方式通常采用SUN發(fā)布的串口通信API，它是以獨立jar包形式提供的一個標準擴展。其中包含3個文件：comm.jar提供了通信用的java API；win32com.dll提供了串口通信的本地驅(qū)動接口；javax.comm.properties是這個驅(qū)動的類配置文件。Java讀寫串口過程主要是調(diào)用javax.comm包中的API函數(shù)。在javax.comm包中，串口的讀寫操作是數(shù)據(jù)流形式，串口初始化后，通過CommPort類的getInputStream（）和getOutputStream（）方法即可分別取得端口的輸入流和輸出流。
　串口通信應用程序有兩種模式：一種是實現(xiàn)SerialPortEventListener接口，通過監(jiān)聽串口事件并作相應處理；另一種就是建立一個獨立的接收線程負責數(shù)據(jù)的接收。本文采用的是后一種方式。
　本文的串口通信是上位工控機與下位單片機之間的通信。工控機通過觸摸屏方式來使用系統(tǒng)，下位單片機連接絕緣檢測筆實現(xiàn)絕緣電阻的檢測，并將檢測過程的結(jié)果發(fā)送給上位機。本文僅介紹主機方的Java串口通信編程處理技術(shù)，如圖1所示的虛線上方部分，包含消息接收線程、Swing事件驅(qū)動應用界面、消息緩沖區(qū)、消息分析處理程序。其中：①在圖形應用界面中通過用戶的操作來觸發(fā)事件實現(xiàn)與單片機的通信；②主機通過串口向單片機發(fā)送啟動檢測的消息；③單片機在收到消息后，將啟動檢測，并將傳感器獲取的數(shù)據(jù)通過串口發(fā)送給主機作為響應；④數(shù)據(jù)接收線程將收到的數(shù)據(jù)放到一個緩存中；⑤消息分析處理程序從緩存中獲取數(shù)據(jù)并進行分析處理。主機和單片機間每次通信傳送1 B。

1 串口緩沖區(qū)的控制
　串口緩沖區(qū)（SerialBuffer類）實現(xiàn)從串口接收到的一個完整消息的封裝，本系統(tǒng)的消息按協(xié)議設(shè)計為11 B，其中包含消息的起始標記、識別標識和數(shù)據(jù)字節(jié)。消息緩沖區(qū)是消息接收線程和消息分析處理Bean之間的橋梁，只有在接收到一條完整的消息后才可以進行消息的分析解析。串口緩沖區(qū)安排有3個重要屬性：
?。?）Content屬性：存放11 B的消息；
?。?）Available屬性：標識消息是否可用；
?。?）LengthNeeded屬性：統(tǒng)計收到的消息字節(jié)長度。
該類還定義了兩個重要方法：（1）public synchronized byte[] GetMsg（）：從緩沖區(qū)讀取消息；（2）public synchronized void putbyte（int c）：寫一個字節(jié)到緩沖區(qū)。方法定義中均含有synchronized關(guān)鍵詞，也就是要使用這兩個方法必須取得緩沖區(qū)的對象鎖，從而實現(xiàn)對緩沖區(qū)這個共享資源的訪問互斥操作。
2 消息接收線程
　消息接收線程（ReadSerial類）循環(huán)從串口讀取數(shù)據(jù)并將其存放到消息緩沖區(qū)中，串口無數(shù)據(jù)或緩沖區(qū)滿時它將處于資源等待狀態(tài)。以下為線程的run方法代碼：
    public void run（） {
        try  {
            while （true）  {
               int c = ComPort.read（）；      
//從串口讀1 B
               ComBuffer.putbyte（c）；       
 //將數(shù)據(jù)放入消息緩沖區(qū)
            }
        } catch （IOException e） { }
    }
3 消息分析處理Bean
　消息分析處理Bean（SerialBean類）是Swing界面處理程序?qū)Υ谶M行操作訪問的調(diào)用接口。其中封裝有3個方法：Initialize方法實現(xiàn)串口的初始化；ReadPort（）方法從消息緩沖區(qū)讀消息并進行分析；WritePort（byte[] Msg）方法寫消息到串口。串口初始化只執(zhí)行1次，包括如下工作：
?。?）打開串口
portId=CommPortIdentifier.getPortIdentifier（串口名）；
serialPort=（SerialPort）portId.open（“串口所有者名稱”，超時等待時間）；
?。?）獲取串口的輸入/輸出流
in=serialPort.getInputStream（）；
out=serialPort.getOutputStream（）；
?。?）設(shè)置串口參數(shù)
serialPort.setSerialPortParams（9 600，SerialPort.
DATABITS_8，
SerialPort.STOPBITS_1，SerialPort.PARITY_NONE）；
?。?）創(chuàng)建消息緩沖區(qū)對象
SB=new SerialBuffer（）；
?。?）創(chuàng)建并啟動消息接受線程
RT=new ReadSerial（SB， in）；
RT.start（）；  
4 串口通信驅(qū)動程序的裝載
　串口驅(qū)動程序的裝載是實現(xiàn)串口初始化的前提，如果程序在Spring STS開發(fā)環(huán)境中運行，會從JDK的運行環(huán)境裝載驅(qū)動程序。這種情況下，必須事先將comm.jar拷貝到JDK安裝目錄的jre\lib\ext 目錄下，將win32com.dll 拷貝到JDK安裝目錄的jre\bin目錄下，將javax.comm.properties拷貝到JDK安裝目錄的jre\lib目錄[2]下。
　如果將開發(fā)的應用導出為獨立的可運行的JAR文件，則必須將以上的3個文件安排到應用工程的src所在目錄路徑下，并在程序中用如下程序代碼進行裝載。
Import javax.comm.CommDriver；
import javax.swing.JOptionPane；
public class CurrentStatus {
    public static SerialBean SB ；  //消息分析處理Bean
    public static void init（int n）{   //n為串口編號
        String driverName=“com.sun.comm.Win32Driver”；
        CommDriver driver=null；
        try   {
            System.loadLibrary（“win32com”）；  //裝載DLL
            driver=（CommDriver）Class.forName
            （driverName）.newInstance（）；
        } 
        catch（Exception e1）{ e1.printStackTrace（）；} 
        driver.initialize（）； //驅(qū)動程序初始化
        SB=new SerialBean（n）； 
        if （SB.Initialize（）==-1）
            JOptionPane.showMessageDialog（null，”串口初始
化錯誤”）；
    }
}
　這樣，在程序中可通過執(zhí)行init方法實現(xiàn)具體串口的通信初始化。例如：
　CurrentStatus.init（1）；  //初始化串口1
5 在圖形界面中實現(xiàn)通信調(diào)用
　在電氣設(shè)備的絕緣電阻檢測應用中，圖2為應用界面。當用戶點擊某個檢測項對應的按鈕時，通過注冊按鈕點擊事件觸發(fā)執(zhí)行代碼，將通過消息分析處理Bean的WritePort方法給串口發(fā)送檢測命令，并利用循環(huán)等待讀取來自單片機的檢測結(jié)果。由于單片機在檢測過程中將發(fā)送系列檢測結(jié)果，因此，要循環(huán)讀取數(shù)據(jù)，直到超過一定時間無數(shù)據(jù)可讀或接收到結(jié)束標志的消息為止。具體工作過程如圖3所示。其中，數(shù)據(jù)庫的訪問處理采用Spring的JdbcTemplate類提供的功能實現(xiàn)。

　本文介紹了Java實現(xiàn)串口通信編程的典型編程處理要點，可有效地實現(xiàn)上位工控機與單片機之間的數(shù)據(jù)通信。系統(tǒng)通過多線程及對消息緩沖區(qū)資源的訪問控制、延時等待控制等措施，保證了上下位機之間通信的可靠傳遞。實際應用中要根據(jù)具體的消息格式來組織通信過程中數(shù)據(jù)的分析處理。
參考文獻
[1] 吳金鋒，劉偉平，黃紅斌.Java串口通信數(shù)據(jù)采控系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J].微計算機信息，2010（10）.
[2] 唐未香.Java程序與ZigBee串口通訊的實現(xiàn)[J].福建電腦，2010（5）.