Java串口通信技术探究2:RXTX库单例测试及应用

简介: Java串口通信技术探究2:RXTX库单例测试及应用

本文主要介绍了Java串口通信技术探究,重点分析了RXTX库单例测试以及串口工具的使用。通过实例演示了如何使用SerialPortTool类进行串口操作,包括打开串口、关闭串口、发送数据和接收数据等基本功能。同时,对在运行过程中可能出现的错误进行了分析,并提供了一些解决办法。

一、创建串口工具类

在开始之前,我们需要创建一个简单的Java项目来测试RXTX库。

使用Java IDE(例如:Eclipse、IntelliJ IDEA)创建一个新的Java项目。

在项目中添加RXTX库的Maven依赖。在pom.xml文件中添加以下代码:

<dependency>
            <groupId>com.ruoyi</groupId>
            <artifactId>rxtxcomm</artifactId>
            <version>2.2</version>
            <scope>system</scope>
          <systemPath>D:/Software/Java/jre1.8.0_231/lib/ext/RXTXcomm.jar</systemPath>
        </dependency>
import gnu.io.*;
import org.slf4j.Logger;
import org.slf4j.LoggerFactory;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.io.OutputStream;
import java.util.*;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.ScheduledExecutorService;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
/**
 * Created by Yeats
 * 串口工具类
 */
public class SerialPortTool {
    /**
     * slf4j 日志记录器
     */
    private static final Logger logger = LoggerFactory.getLogger(SerialPortTool.class);
    /**
     * 查找电脑上所有可用 com 端口
     *
     * @return 可用端口名称列表,没有时 列表为空
     */
    public static final ArrayList<String> findSystemAllComPort() {
        /**
         *  getPortIdentifiers:获得电脑主板当前所有可用串口
         */
        Enumeration<CommPortIdentifier> portList = CommPortIdentifier.getPortIdentifiers();
        ArrayList<String> portNameList = new ArrayList<>();
        /**
         *  将可用串口名添加到 List 列表
         */
        while (portList.hasMoreElements()) {
            String portName = portList.nextElement().getName();//名称如 COM1、COM2....
            portNameList.add(portName);
        }
        return portNameList;
    }
    /**
     * 打开电脑上指定的串口
     *
     * @param portName 端口名称,如 COM1,为 null 时,默认使用电脑中能用的端口中的第一个
     * @param b        波特率(baudrate),如 9600
     * @param d        数据位(datebits),如 SerialPort.DATABITS_8 = 8
     * @param s        停止位(stopbits),如 SerialPort.STOPBITS_1 = 1
     * @param p        校验位 (parity),如 SerialPort.PARITY_NONE = 0
     * @return 打开的串口对象,打开失败时,返回 null
     */
    public static final SerialPort openComPort(String portName, int b, int d, int s, int p) {
        CommPort commPort = null;
        try {
            //当没有传入可用的 com 口时,默认使用电脑中可用的 com 口中的第一个
            if (portName == null || "".equals(portName)) {
                List<String> comPortList = findSystemAllComPort();
                if (comPortList != null && comPortList.size() > 0) {
                    portName = comPortList.get(0);
                }
            }
            logger.info("开始打开串口:portName=" + portName + ",baudrate=" + b + ",datebits=" + d + ",stopbits=" + s + ",parity=" + p);
            //通过端口名称识别指定 COM 端口
            CommPortIdentifier portIdentifier = CommPortIdentifier.getPortIdentifier(portName);
            /**
             * open(String TheOwner, int i):打开端口
             * TheOwner 自定义一个端口名称,随便自定义即可
             * i:打开的端口的超时时间,单位毫秒,超时则抛出异常:PortInUseException if in use.
             * 如果此时串口已经被占用,则抛出异常:gnu.io.PortInUseException: Unknown Application
             */
            commPort = portIdentifier.open(portName, 5000);
            /**
             * 判断端口是不是串口
             * public abstract class SerialPort extends CommPort
             */
            if (commPort instanceof SerialPort) {
                SerialPort serialPort = (SerialPort) commPort;
                /**
                 * 设置串口参数:setSerialPortParams( int b, int d, int s, int p )
                 * b:波特率(baudrate)
                 * d:数据位(datebits),SerialPort 支持 5,6,7,8
                 * s:停止位(stopbits),SerialPort 支持 1,2,3
                 * p:校验位 (parity),SerialPort 支持 0,1,2,3,4
                 * 如果参数设置错误,则抛出异常:gnu.io.UnsupportedCommOperationException: Invalid Parameter
                 * 此时必须关闭串口,否则下次 portIdentifier.open 时会打不开串口,因为已经被占用
                 */
                serialPort.setSerialPortParams(b, d, s, p);
                logger.info("打开串口 " + portName + " 成功...");
                return serialPort;
            } else {
                logger.error("当前端口 " + commPort.getName() + " 不是串口...");
            }
        } catch (NoSuchPortException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (PortInUseException e) {
            logger.warn("串口 " + portName + " 已经被占用,请先解除占用...");
            e.printStackTrace();
        } catch (UnsupportedCommOperationException e) {
            logger.warn("串口参数设置错误,关闭串口,数据位[5-8]、停止位[1-3]、验证位[0-4]...");
            e.printStackTrace();
            if (commPort != null) {//此时必须关闭串口,否则下次 portIdentifier.open 时会打不开串口,因为已经被占用
                commPort.close();
            }
        }
        logger.error("打开串口 " + portName + " 失败...");
        return null;
    }
    /**
     * 往串口发送数据
     *
     * @param serialPort 串口对象
     * @param orders     待发送数据
     */
    public static void sendDataToComPort(SerialPort serialPort, byte[] orders) {
        OutputStream outputStream = null;
        try {
            if (serialPort != null) {
                outputStream = serialPort.getOutputStream();
                outputStream.write(orders);
                outputStream.flush();
                logger.info("往串口 " + serialPort.getName() + " 发送数据:" + Arrays.toString(orders) + " 完成...");
            } else {
                logger.error("gnu.io.SerialPort 为null,取消数据发送...");
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            if (outputStream != null) {
                try {
                    outputStream.close();
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
    }
    /**
     * 从串口读取数据
     *
     * @param serialPort 要读取的串口
     * @return 读取的数据
     */
    public static byte[] getDataFromComPort(SerialPort serialPort) {
        InputStream inputStream = null;
        byte[] data = null;
        try {
            if (serialPort != null) {
                inputStream = serialPort.getInputStream();
                // 等待数据接收完成
                Thread.sleep(500);
                // 获取可读取的字节数
                int availableBytes = inputStream.available();
                if (availableBytes > 0) {
                    data = new byte[availableBytes];
                    int readBytes = inputStream.read(data);
                    logger.info("从串口 " + serialPort.getName() + " 接收到数据:" + Arrays.toString(data) + " 完成...");
                } else {
                    logger.warn("从串口 " + serialPort.getName() + " 接收到空数据...");
                }
            } else {
                logger.error("gnu.io.SerialPort 为null,取消数据接收...");
            }
        } catch (IOException | InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            if (inputStream != null) {
                try {
                    inputStream.close();
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
        return data;
    }
    /**
     * 关闭串口
     *
     * @param serialPort 待关闭的串口对象
     */
    public static void closeComPort(SerialPort serialPort) {
        if (serialPort != null) {
            serialPort.close();
            logger.info("关闭串口 " + serialPort.getName());
        }
    }
    /**
     * 16进制字符串转十进制字节数组
     * 这是常用的方法,如某些硬件的通信指令就是提供的16进制字符串,发送时需要转为字节数组再进行发送
     *
     * @param strSource 16进制字符串,如 "455A432F5600",每两位对应字节数组中的一个10进制元素
     *                  默认会去除参数字符串中的空格,所以参数 "45 5A 43 2F 56 00" 也是可以的
     * @return 十进制字节数组, 如 [69, 90, 67, 47, 86, 0]
     */
    public static byte[] hexString2Bytes(String strSource) {
        if (strSource == null || "".equals(strSource.trim())) {
            System.out.println("hexString2Bytes 参数为空,放弃转换.");
            return null;
        }
        strSource = strSource.replace(" ", "");
        int l = strSource.length() / 2;
        byte[] ret = new byte[l];
        for (int i = 0; i < l; i++) {
            ret[i] = Integer.valueOf(strSource.substring(i * 2, i * 2 + 2), 16).byteValue();
        }
        return ret;
    }
    /**
     * 给串口设置监听
     *
     * @param serialPort serialPort 要读取的串口
     * @param listener   SerialPortEventListener监听对象
     * @throws TooManyListenersException 监听对象太多
     */
    public static void setListenerToSerialPort(SerialPort serialPort, SerialPortEventListener listener) throws TooManyListenersException {
        //给串口添加事件监听
        serialPort.addEventListener(listener);
        //串口有数据监听
        serialPort.notifyOnDataAvailable(true);
        //中断事件监听
        serialPort.notifyOnBreakInterrupt(true);
    }
}

二、串口工具测试

如果电脑有串口,可以直接使用串口线连接硬件使用,如果没有串口,可以使用虚拟串口工具。

Virtual Serial Port Driver是一款虚拟串口工具,简称为VSPD,VSPD官方安装指南:https://www.virtual-serial-port.org/user-guides/standard/installation.html

public static void main(String[] args)
            throws TooManyListenersException, NoSuchPortException, PortInUseException, UnsupportedCommOperationException {
        // 获得系统端口列表
        SerialPortTool.findSystemAllComPort();
        // 开启端口COM5,波特率9600,数据位8,停止位1,校验位0
        SerialPort serialPort = SerialPortTool.openComPort("COM5", 9600, 8, 1, 0);
        // 定时发送数据
        ScheduledExecutorService executorService = Executors.newSingleThreadScheduledExecutor();
        executorService.scheduleAtFixedRate(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                //发送数据
                SerialPortTool.sendDataToComPort(serialPort, "A1".getBytes());
            }
        }, 0, 5, TimeUnit.SECONDS);
        // 设置监听
        SerialPortTool.setListenerToSerialPort(serialPort, new SerialPortEventListener() {
            // 串口事件监听
            @Override
            public void serialEvent(SerialPortEvent arg0) {
                // 数据接收事件
                if (arg0.getEventType() == SerialPortEvent.DATA_AVAILABLE) {
                    // 获取接收到的数据
                    byte[] bytes = SerialPortTool.getDataFromComPort(serialPort);
                    System.out.println("收到的数据长度:" + bytes.length);
                    System.out.println("收到的数据:" + new String(bytes));
                }
            }
        });
    }

这里输入A1时,实际上是将字符’A’和字符’1’转换成了ASCII码,分别为65和49,因此发送的数据是[65, 49]。

接收到的数据是从串口接收到的字节数据,接收到的数据是[65, 49],然后转换成字符A1。

三、运行时会遇到的错误

如果在运行时遇到以下错误

JVM崩溃

如果用高版本的JDK使用在使用RXTX接收串口消息时会出现的错误

#
# A fatal error has been detected by the Java Runtime Environment:
#
#  EXCEPTION_ACCESS_VIOLATION (0xc0000005) at pc=0x0000000180004465, pid=6856, tid=0x00000000000061dc
#
# JRE version: Java(TM) SE Runtime Environment (8.0_361) (build 1.8.0_361-b09)
# Java VM: Java HotSpot(TM) 64-Bit Server VM (25.361-b09 mixed mode windows-amd64 compressed oops)
# Problematic frame:
# C  [rxtxSerial.dll+0x4465]
#
# Failed to write core dump. Minidumps are not enabled by default on client versions of Windows
#
# An error report file with more information is saved as:
# D:\Project\hs_err_pid6856.log
#
# If you would like to submit a bug report, please visit:
#   http://bugreport.java.com/bugreport/crash.jsp
# The crash happened outside the Java Virtual Machine in native code.
# See problematic frame for where to report the bug.
#

从错误消息中,我们可以看到错误类型为EXCEPTION_ACCESS_VIOLATION (0xc0000005),表示Java虚拟机试图访问受限制的内存区域。这是Java程序崩溃的一种常见原因,通常是由于内存泄漏、缓冲区溢出或其他与内存管理相关的错误引起的。

要解决这个问题,我们需要先找出崩溃的原因。从错误消息中可以看出,崩溃发生在rxtxSerial.dll文件的第0x4465行,代码存在一个缓冲区溢出漏洞。当程序执行到这一行代码时,它会尝试写入更多的数据到缓冲区,但缓冲区已经满了。这会导致程序崩溃,并显示上述错误消息。

在控制台中输入java -version即可查看Java版本号

这里建议使用低版本的JDK8是jdk-8u231,下载地址:https://www.oracle.com/cn/java/technologies/javase/javase8u211-later-archive-downloads.html

无法找到指定的类

Exception in thread "main" java.lang.NoClassDefFoundError: gnu/io/SerialPortEventListener

java.lang.NoClassDefFoundError 是一个运行时异常,表示程序在运行时无法找到指定的类。程序无法找到 gnu/io/SerialPortEventListener 这个类,需要确保您的项目中包含了这个类。

或者

java.lang.UnsatisfiedLinkError no rxtxSerial in java.library.path

java.lang.UnsatisfiedLinkError 是一个运行时异常,表示程序在运行时无法找到指定的类或动态链接库(DLL)。在这个例子中,程序无法找到 no rxtxSerial 这个类。

在IDEA的Project Structure中,确保你的正确安装了我推荐的低版本的JDK

并且在JDK中Classpath加入了RXTXcomm.jar包,

同时为了确保RXTX中的DLL(动态链接库)文件能使用,不仅放在jre/bin里边,还需放在C:\Windows\System32中


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