JNI技術在Android平臺融合通信終端的應用

施月玲，宣 凱，張海平，孫志海

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

0 引 言

現代公安應急通信系統具有通話頻次高、位置相對固定、多方同時接聽等特點，對講機很好地適應了這些特點，并占了絕對地位[1]。但公安集群網絡主要覆蓋中心城市，覆蓋不到偏遠地區，出現很多盲區，不能完全滿足工作需要。本文利用移動通信公網覆蓋范圍廣的特點，實現對講機與Android系統融合，利用后臺調度系統，將集群網絡的盲區用3G 網絡來彌補，當終端處于無集群網絡信號時，仍然能接收集群網絡的對講語音信息。

1 融合通信終端架構設計

1.1 功能設計

終端設備安裝Android 主板，采用TI的A8 芯片，軟件平臺為Android 2.3.4系統，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(常規與3G 對講功能為輔)，由于集群網絡范圍有限，當終端脫離集群網絡時將自動(或手動)切換到3G 對講模式，通過后臺系統實現終端在3G 下與集群網絡語音的轉發，用戶體驗如同一直在集群網絡狀態，當終端檢測到集群網絡范圍時，將自動(或手動)切換回集群(常規)APP。在特殊場合還能啟用對講機的常規對講功能，實現同頻對講。

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

Android系統在內存資源不足情況下，會結束部分APP以釋放內存。然而作為一個定位在公安通信系統領域的產品，其功能絕對不能完全依托于APP(Android 應用程序)，所以在設計時采用分層設計，讓APP 不直接參與硬件控制，即使在使用中發生上層APP 被關閉，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正常通信。

1.2 JNI 設計使用

APP 整體框架如圖2所示，其中基于Linux層的*.so 庫文件使用JNI技術進行串口開發，實現上層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 融合通信終端架構圖

圖2 JNI 開發架構圖

JNI是Java 本地的調用，可以使Java 同其他編程語言進行交互[1]。Android 編程使用JNI 調用C/C++語言編寫的代碼，實現同用戶專門定制的硬件進行交互，或是執行一些更為復雜、耗時的操作，從而提高程序的執行效率。編程時在程序中加載對應的鏈接庫，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系統中為*.dll 文件的形式，在Unix 機器上是*.so 文件的形式)。調用本地的庫文件包含的方法，讓Java可以實現與本地機器的緊密聯系，從而調用系統級接口方法。

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，首先在類中導入程序執行所需要的鏈接庫，聲明所調用的庫名稱，再對要調用到的方法進行本地聲明，關鍵字為native，只需要進行聲明，不需要其具體的實現，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，然后編譯鏈接成庫文件，再把庫文件復制到Java 程序的文件目錄下面，用Java 調用C/C++所實現的方法。在具體實現的時候，主要有以下兩種方法原型:

其中JNIEXPORT和JNICALL 都是JNI的關鍵字，即該函數將被JNI 調用。jint以JNI為中介，讓Java中的int數據類型與本地的int數據類型進行映射，函數的名稱則是“Java”加上java 程序的包名路徑再加上函數名稱組成。

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人員快速開發動態庫的工具，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

2.1 串口操作流程設計

因為Android是基于Linux的操作系統，要對串口進行控制，就需先開發出一個可以在用戶空間執行的程序，使其在Linux系統的文件層對串口設備進行相關的讀寫、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 應用所調用，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換，然后打開設備，獲取串口句柄，保存全局串口描述符，清除輸入輸出緩沖區，接著配置設備，把終端屬性設置成原始屬性，設置輸入輸出波特率和串行通信格式，創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 關閉串口

首先將輸入輸出緩沖區清零，然后釋放文件描述符，其流程如圖4所示。

2.1.3 設置串口數據位，停止位和校驗位

數據位為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 直接往串口發送數據

首先將數據轉為C 字節，然后開辟內存空間，拷貝數據，寫入串口，釋放數據，其流程如圖5所示。

圖4 關閉串口流程圖

圖5 串口發送數據流程圖

2.2 JNI 串口操作代碼實現

2.2.1 創建含有本地方法的類

此類中聲明了需要調用的本地方法，其中的方法有打開串口、關閉串口、寫數據、打開或者關閉對講板等功能[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C 程序文件

使用C/C++語言來依次實現以上聲明的方法，實現串口設備的打開、初始化、讀、寫、關閉等操作。

SerialPort.c 中包含了如下內容:

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

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

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

4)設置串口數據位、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)直接往串口發送數據的SerialPort_write (JNIEnv * env，jobject thiz，jstring at);

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

3 試用效果

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

4 結束語

本文結合對講機與Android系統，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 一起實現了多網融合調度，經用戶試用反饋良好，具有較強的工程應用價值。

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

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

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

[4]唐建東，盧貴主.嵌入式操作系統Linux中的串口應用編程[J].單片機與嵌入式系統應用，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:電子工業出版社，2004:10-63.