JNI技术在Android平台融合通信终端的应用

施月玲，宣 凯，张海平，孙志海

(1.杭州电子科技大学计算机学院，浙江 杭州310018;2.杭州电子科技大学信息工程学院，浙江 杭州310018)

0 引 言

现代公安应急通信系统具有通话频次高、位置相对固定、多方同时接听等特点，对讲机很好地适应了这些特点，并占了绝对地位[1]。但公安集群网络主要覆盖中心城市，覆盖不到偏远地区，出现很多盲区，不能完全满足工作需要。本文利用移动通信公网覆盖范围广的特点，实现对讲机与Android系统融合，利用后台调度系统，将集群网络的盲区用3G 网络来弥补，当终端处于无集群网络信号时，仍然能接收集群网络的对讲语音信息。

1 融合通信终端架构设计

1.1 功能设计

终端设备安装Android 主板，采用TI的A8 芯片，软件平台为Android 2.3.4系统，此外加装了公安部专用集群对讲板，支持MPT1327 信令，具有集群对讲功能和常规对讲功能两种;对讲板与Android 主板之间通过20Pin的软排线相连作为实时通信接口。

终端以集群对讲功能为主(常规与3G 对讲功能为辅)，由于集群网络范围有限，当终端脱离集群网络时将自动(或手动)切换到3G 对讲模式，通过后台系统实现终端在3G 下与集群网络语音的转发，用户体验如同一直在集群网络状态，当终端检测到集群网络范围时，将自动(或手动)切换回集群(常规)APP。在特殊场合还能启用对讲机的常规对讲功能，实现同频对讲。

终端融合软件层次结构如图1所示，主要包括Linux层应用、SERVICE 程序、集群(常规)APP 三个部分。功能主要为:1)Linux层应用。与对讲板硬件直接交互，通过SERVICE控制集群(常规)APP与3G 对讲APP 进行切换;通过与集群(常规)APP的交互，实现集群拨号，守候组切换等各种控制;当上层APP 崩溃后自启动时，切换相关音频线路与按键控制权，确保产品能作为普通对讲机使用。2)SERVICE程序。负责与Linux层应用、集群(常规)APP以及3G 对讲APP 交互，实现自动或者手动模式切换;当集群(常规)APP 或者3G 对讲APP 崩溃后再次启动APP。3)集群(常规)APP。与Linux层应用交互、显示对讲机状态、设置各种参数以及提供拨号界面并将拨号信息传给Linux层应用操作对讲板拨号。4)3G 对讲APP。当集群网络信号不好，避免丢失语音信息时，替代对讲功能(需要后台系统的支持)。

Android系统在内存资源不足情况下，会结束部分APP以释放内存。然而作为一个定位在公安通信系统领域的产品，其功能绝对不能完全依托于APP(Android 应用程序)，所以在设计时采用分层设计，让APP 不直接参与硬件控制，即使在使用中发生上层APP 被关闭，对讲功能仍能正常使用，使用者仍能像操作普通对讲机一样实现正常通信。

1.2 JNI 设计使用

APP 整体框架如图2所示，其中基于Linux层的*.so 库文件使用JNI技术进行串口开发，实现上层APP与底层对讲板进行交互，交互方式通过AT 指令集来完成。

图1 融合通信终端架构图

图2 JNI 开发架构图

JNI是Java 本地的调用，可以使Java 同其他编程语言进行交互[1]。Android 编程使用JNI 调用C/C++语言编写的代码，实现同用户专门定制的硬件进行交互，或是执行一些更为复杂、耗时的操作，从而提高程序的执行效率。编程时在程序中加载对应的链接库，然后使用链接库中定义的方法。

本地方法是以库的形式存放(Windows系统中为*.dll 文件的形式，在Unix 机器上是*.so 文件的形式)。调用本地的库文件包含的方法，让Java可以实现与本地机器的紧密联系，从而调用系统级接口方法。

利用Java 同本地已编译的代码进行交互，会影响平台可移植性，但有些情况下必须要这么做。比如，使用一些旧版本的库、同硬件或底层操作系统进行交互，或为了提高程序自身的性能。JNI 能确保本地代码在Java 虚拟机中正常工作。

1)Java层功能。在Java 程序中，首先在类中导入程序执行所需要的链接库，声明所调用的库名称，再对要调用到的方法进行本地声明，关键字为native，只需要进行声明，不需要其具体的实现，然后编译Java 程序，生成class 文件，再使用javah 命令，JNI 就会生成对应的C/C++的头文件。

2)C/C++层功能。对已生成的头文件，C/C++需要把头文件中定义的方法进行具体的实现，然后编译链接成库文件，再把库文件复制到Java 程序的文件目录下面，用Java 调用C/C++所实现的方法。在具体实现的时候，主要有以下两种方法原型:

其中JNIEXPORT和JNICALL 都是JNI的关键字，即该函数将被JNI 调用。jint以JNI为中介，让Java中的int数据类型与本地的int数据类型进行映射，函数的名称则是“Java”加上java 程序的包名路径再加上函数名称组成。

Android NDK的全名是Android Native Development Kit，是Android SDK的补充与完善。Android NDK 用来编译Android 程序的JNI 代码部分，生成Android 程序需要的链接库文件。NDK 提供了很多能帮助开发人员快速开发动态库的工具，能自动将*.so 库文件和Java 代码一起打包成APK 文件。

2 代码实现

2.1 串口操作流程设计

因为Android是基于Linux的操作系统，要对串口进行控制，就需先开发出一个可以在用户空间执行的程序，使其在Linux系统的文件层对串口设备进行相关的读写、控制等操作。

JNI 程序遵循C/C++的语法，但此程序要作为Android 程序的库文件被Android 应用所调用，所以它的格式需要做一些改变[2]。

2.1.1 打开串口

首先进行波特率通信格式转换，然后打开设备，获取串口句柄，保存全局串口描述符，清除输入输出缓冲区，接着配置设备，把终端属性设置成原始属性，设置输入输出波特率和串行通信格式，创建一个文件描述符供上层使用[3-4]，流程如图3所示。

图3 打开串口流程图

2.1.2 关闭串口

首先将输入输出缓冲区清零，然后释放文件描述符，其流程如图4所示。

2.1.3 设置串口数据位，停止位和校验位

数据位为7 或者8，停止位为1 或者2，校验位取值为N/E/O/S。

2.1.4 直接往串口发送数据

首先将数据转为C 字节，然后开辟内存空间，拷贝数据，写入串口，释放数据，其流程如图5所示。

图4 关闭串口流程图

图5 串口发送数据流程图

2.2 JNI 串口操作代码实现

2.2.1 创建含有本地方法的类

此类中声明了需要调用的本地方法，其中的方法有打开串口、关闭串口、写数据、打开或者关闭对讲板等功能[5]。格式如下:

2.2.2 生成JNI 头文件

使用Java的Javah 命令生成一个*.so 头文件，这个头文件中给出了以上本地方法在C 语言中的声明，代码如下所示:

2.2.3 实现C 程序文件

使用C/C++语言来依次实现以上声明的方法，实现串口设备的打开、初始化、读、写、关闭等操作。

SerialPort.c 中包含了如下内容:

1)波特率通信格式转换的本地函数getBaudrate(jint baudrate);

2)打开串口的函数SerialPort _open (JNIEnv * env，jobject thiz，jstring path，jint baudrate);

3)关闭串口的函数SerialPort_close (JNIEnv * env，jobject thiz);

4)设置串口数据位、停止位和校验位的set_Parity(int fd，int databits，int stopbits，int parity);

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

6)直接往串口发送数据的SerialPort_write (JNIEnv * env，jobject thiz，jstring at);

7)底层设备控制的SerialPort_writeint (JNIEnv * env，jobject thiz，jint onoff)。

3 试用效果

本文开发的样机于2014年8月10日在某市公安局交警大队进行试用，经过2个月的测试运行，用户反映本产品软件界面简洁、使用方便、功能完善，样机方便携带，运行效果良好，解决了多网通信调度障碍问题。

4 结束语

本文结合对讲机与Android系统，利用Android的APP 来控制对讲机，交互界面友好。对讲功能由APP控制，同时与3G 对讲APP 一起实现了多网融合调度，经用户试用反馈良好，具有较强的工程应用价值。

[1]王林林.基于Android平台的集群通信系统终端软件的设计与实现[D].成都:西南交通大学，2012∶6-8.

[2]高海彬.JNI 在Android系统下串口控制的应用[J].信息技术，2013，37(10):173-176.

[3]张译恬，王纯.基于安卓系统JNI 机制的SO 库加固方案设计[J].电信技术，2014，(10):90-93.

[4]唐建东，卢贵主.嵌入式操作系统Linux中的串口应用编程[J].单片机与嵌入式系统应用，2002，(8):82-84.

[5]龚建伟，熊光明.Visual C++/Turbo C 串口通信编程实践[M].北京:电子工业出版社，2004:10-63.