JNI技術(shù)在Android平臺融合通信終端的應(yīng)用

施月玲，宣 凱，張海平，孫志海

(1.杭州電子科技大學(xué)計算機學(xué)院，浙江 杭州310018;2.杭州電子科技大學(xué)信息工程學(xué)院，浙江 杭州310018)

0 引 言

現(xiàn)代公安應(yīng)急通信系統(tǒng)具有通話頻次高、位置相對固定、多方同時接聽等特點，對講機很好地適應(yīng)了這些特點，并占了絕對地位[1]。但公安集群網(wǎng)絡(luò)主要覆蓋中心城市，覆蓋不到偏遠地區(qū)，出現(xiàn)很多盲區(qū)，不能完全滿足工作需要。本文利用移動通信公網(wǎng)覆蓋范圍廣的特點，實現(xiàn)對講機與Android系統(tǒng)融合，利用后臺調(diào)度系統(tǒng)，將集群網(wǎng)絡(luò)的盲區(qū)用3G 網(wǎng)絡(luò)來彌補，當(dāng)終端處于無集群網(wǎng)絡(luò)信號時，仍然能接收集群網(wǎng)絡(luò)的對講語音信息。

1 融合通信終端架構(gòu)設(shè)計

1.1 功能設(shè)計

終端設(shè)備安裝Android 主板，采用TI的A8 芯片，軟件平臺為Android 2.3.4系統(tǒng)，此外加裝了公安部專用集群對講板，支持MPT1327 信令，具有集群對講功能和常規(guī)對講功能兩種;對講板與Android 主板之間通過20Pin的軟排線相連作為實時通信接口。

終端以集群對講功能為主(常規(guī)與3G 對講功能為輔)，由于集群網(wǎng)絡(luò)范圍有限，當(dāng)終端脫離集群網(wǎng)絡(luò)時將自動(或手動)切換到3G 對講模式，通過后臺系統(tǒng)實現(xiàn)終端在3G 下與集群網(wǎng)絡(luò)語音的轉(zhuǎn)發(fā)，用戶體驗如同一直在集群網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，當(dāng)終端檢測到集群網(wǎng)絡(luò)范圍時，將自動(或手動)切換回集群(常規(guī))APP。在特殊場合還能啟用對講機的常規(guī)對講功能，實現(xiàn)同頻對講。

終端融合軟件層次結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要包括Linux層應(yīng)用、SERVICE 程序、集群(常規(guī))APP 三個部分。功能主要為:1)Linux層應(yīng)用。與對講板硬件直接交互，通過SERVICE控制集群(常規(guī))APP與3G 對講APP 進行切換;通過與集群(常規(guī))APP的交互，實現(xiàn)集群撥號，守候組切換等各種控制;當(dāng)上層APP 崩潰后自啟動時，切換相關(guān)音頻線路與按鍵控制權(quán)，確保產(chǎn)品能作為普通對講機使用。2)SERVICE程序。負責(zé)與Linux層應(yīng)用、集群(常規(guī))APP以及3G 對講APP 交互，實現(xiàn)自動或者手動模式切換;當(dāng)集群(常規(guī))APP 或者3G 對講APP 崩潰后再次啟動APP。3)集群(常規(guī))APP。與Linux層應(yīng)用交互、顯示對講機狀態(tài)、設(shè)置各種參數(shù)以及提供撥號界面并將撥號信息傳給Linux層應(yīng)用操作對講板撥號。4)3G 對講APP。當(dāng)集群網(wǎng)絡(luò)信號不好，避免丟失語音信息時，替代對講功能(需要后臺系統(tǒng)的支持)。

Android系統(tǒng)在內(nèi)存資源不足情況下，會結(jié)束部分APP以釋放內(nèi)存。然而作為一個定位在公安通信系統(tǒng)領(lǐng)域的產(chǎn)品，其功能絕對不能完全依托于APP(Android 應(yīng)用程序)，所以在設(shè)計時采用分層設(shè)計，讓APP 不直接參與硬件控制，即使在使用中發(fā)生上層APP 被關(guān)閉，對講功能仍能正常使用，使用者仍能像操作普通對講機一樣實現(xiàn)正常通信。

1.2 JNI 設(shè)計使用

APP 整體框架如圖2所示，其中基于Linux層的*.so 庫文件使用JNI技術(shù)進行串口開發(fā)，實現(xiàn)上層APP與底層對講板進行交互，交互方式通過AT 指令集來完成。

圖1 融合通信終端架構(gòu)圖

圖2 JNI 開發(fā)架構(gòu)圖

JNI是Java 本地的調(diào)用，可以使Java 同其他編程語言進行交互[1]。Android 編程使用JNI 調(diào)用C/C++語言編寫的代碼，實現(xiàn)同用戶專門定制的硬件進行交互，或是執(zhí)行一些更為復(fù)雜、耗時的操作，從而提高程序的執(zhí)行效率。編程時在程序中加載對應(yīng)的鏈接庫，然后使用鏈接庫中定義的方法。

本地方法是以庫的形式存放(Windows系統(tǒng)中為*.dll 文件的形式，在Unix 機器上是*.so 文件的形式)。調(diào)用本地的庫文件包含的方法，讓Java可以實現(xiàn)與本地機器的緊密聯(lián)系，從而調(diào)用系統(tǒng)級接口方法。

利用Java 同本地已編譯的代碼進行交互，會影響平臺可移植性，但有些情況下必須要這么做。比如，使用一些舊版本的庫、同硬件或底層操作系統(tǒng)進行交互，或為了提高程序自身的性能。JNI 能確保本地代碼在Java 虛擬機中正常工作。

1)Java層功能。在Java 程序中，首先在類中導(dǎo)入程序執(zhí)行所需要的鏈接庫，聲明所調(diào)用的庫名稱，再對要調(diào)用到的方法進行本地聲明，關(guān)鍵字為native，只需要進行聲明，不需要其具體的實現(xiàn)，然后編譯Java 程序，生成class 文件，再使用javah 命令，JNI 就會生成對應(yīng)的C/C++的頭文件。

2)C/C++層功能。對已生成的頭文件，C/C++需要把頭文件中定義的方法進行具體的實現(xiàn)，然后編譯鏈接成庫文件，再把庫文件復(fù)制到Java 程序的文件目錄下面，用Java 調(diào)用C/C++所實現(xiàn)的方法。在具體實現(xiàn)的時候，主要有以下兩種方法原型:

其中JNIEXPORT和JNICALL 都是JNI的關(guān)鍵字，即該函數(shù)將被JNI 調(diào)用。jint以JNI為中介，讓Java中的int數(shù)據(jù)類型與本地的int數(shù)據(jù)類型進行映射，函數(shù)的名稱則是“Java”加上java 程序的包名路徑再加上函數(shù)名稱組成。

Android NDK的全名是Android Native Development Kit，是Android SDK的補充與完善。Android NDK 用來編譯Android 程序的JNI 代碼部分，生成Android 程序需要的鏈接庫文件。NDK 提供了很多能幫助開發(fā)人員快速開發(fā)動態(tài)庫的工具，能自動將*.so 庫文件和Java 代碼一起打包成APK 文件。

2 代碼實現(xiàn)

2.1 串口操作流程設(shè)計

因為Android是基于Linux的操作系統(tǒng)，要對串口進行控制，就需先開發(fā)出一個可以在用戶空間執(zhí)行的程序，使其在Linux系統(tǒng)的文件層對串口設(shè)備進行相關(guān)的讀寫、控制等操作。

JNI 程序遵循C/C++的語法，但此程序要作為Android 程序的庫文件被Android 應(yīng)用所調(diào)用，所以它的格式需要做一些改變[2]。

2.1.1 打開串口

首先進行波特率通信格式轉(zhuǎn)換，然后打開設(shè)備，獲取串口句柄，保存全局串口描述符，清除輸入輸出緩沖區(qū)，接著配置設(shè)備，把終端屬性設(shè)置成原始屬性，設(shè)置輸入輸出波特率和串行通信格式，創(chuàng)建一個文件描述符供上層使用[3-4]，流程如圖3所示。

圖3 打開串口流程圖

2.1.2 關(guān)閉串口

首先將輸入輸出緩沖區(qū)清零，然后釋放文件描述符，其流程如圖4所示。

2.1.3 設(shè)置串口數(shù)據(jù)位，停止位和校驗位

數(shù)據(jù)位為7 或者8，停止位為1 或者2，校驗位取值為N/E/O/S。

2.1.4 直接往串口發(fā)送數(shù)據(jù)

首先將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)為C 字節(jié)，然后開辟內(nèi)存空間，拷貝數(shù)據(jù)，寫入串口，釋放數(shù)據(jù)，其流程如圖5所示。

圖4 關(guān)閉串口流程圖

圖5 串口發(fā)送數(shù)據(jù)流程圖

2.2 JNI 串口操作代碼實現(xiàn)

2.2.1 創(chuàng)建含有本地方法的類

此類中聲明了需要調(diào)用的本地方法，其中的方法有打開串口、關(guān)閉串口、寫數(shù)據(jù)、打開或者關(guān)閉對講板等功能[5]。格式如下:

2.2.2 生成JNI 頭文件

使用Java的Javah 命令生成一個*.so 頭文件，這個頭文件中給出了以上本地方法在C 語言中的聲明，代碼如下所示:

2.2.3 實現(xiàn)C 程序文件

使用C/C++語言來依次實現(xiàn)以上聲明的方法，實現(xiàn)串口設(shè)備的打開、初始化、讀、寫、關(guān)閉等操作。

SerialPort.c 中包含了如下內(nèi)容:

1)波特率通信格式轉(zhuǎn)換的本地函數(shù)getBaudrate(jint baudrate);

2)打開串口的函數(shù)SerialPort _open (JNIEnv * env，jobject thiz，jstring path，jint baudrate);

3)關(guān)閉串口的函數(shù)SerialPort_close (JNIEnv * env，jobject thiz);

4)設(shè)置串口數(shù)據(jù)位、停止位和校驗位的set_Parity(int fd，int databits，int stopbits，int parity);

5)用于控制底層I/O的Serial Port _GPIO (JNIEnv * env，jobject thiz，jint led_nu，jint on);

6)直接往串口發(fā)送數(shù)據(jù)的SerialPort_write (JNIEnv * env，jobject thiz，jstring at);

7)底層設(shè)備控制的SerialPort_writeint (JNIEnv * env，jobject thiz，jint onoff)。

3 試用效果

本文開發(fā)的樣機于2014年8月10日在某市公安局交警大隊進行試用，經(jīng)過2個月的測試運行，用戶反映本產(chǎn)品軟件界面簡潔、使用方便、功能完善，樣機方便攜帶，運行效果良好，解決了多網(wǎng)通信調(diào)度障礙問題。

4 結(jié)束語

本文結(jié)合對講機與Android系統(tǒng)，利用Android的APP 來控制對講機，交互界面友好。對講功能由APP控制，同時與3G 對講APP 一起實現(xiàn)了多網(wǎng)融合調(diào)度，經(jīng)用戶試用反饋良好，具有較強的工程應(yīng)用價值。

[1]王林林.基于Android平臺的集群通信系統(tǒng)終端軟件的設(shè)計與實現(xiàn)[D].成都:西南交通大學(xué)，2012∶6-8.

[2]高海彬.JNI 在Android系統(tǒng)下串口控制的應(yīng)用[J].信息技術(shù)，2013，37(10):173-176.

[3]張譯恬，王純.基于安卓系統(tǒng)JNI 機制的SO 庫加固方案設(shè)計[J].電信技術(shù)，2014，(10):90-93.

[4]唐建東，盧貴主.嵌入式操作系統(tǒng)Linux中的串口應(yīng)用編程[J].單片機與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，2002，(8):82-84.

[5]龔建偉，熊光明.Visual C++/Turbo C 串口通信編程實踐[M].北京:電子工業(yè)出版社，2004:10-63.