Java如何通过usb通信

Java通过USB通信可以利用JDK提供的javax.usb包、第三方库如usb4java、JUSB等，具体步骤包括识别USB设备、打开通信端口、发送和接收数据。

其中，利用usb4java库进行USB通信是一个较为详细且可靠的方法。usb4java是一个开放源码的Java API，用于访问USB设备，支持不同操作系统，并且提供了丰富的功能。以下是利用usb4java进行USB通信的详细步骤。

一、安装和配置usb4java库

1. 引入usb4java库：首先，需要在项目中引入usb4java库，可以通过Maven或直接下载jar包。

<dependency>

    <groupId>org.usb4java</groupId>
    <artifactId>usb4java</artifactId>
    <version>1.3.0</version>
</dependency>

2. 配置本地环境：usb4java依赖于本地的libusb库，因此需要在系统中安装libusb。对于不同的操作系统，其安装方法各异：

   • Windows：可以从libusb官网下载安装包，然后解压并配置环境变量。
   • Linux：通常可以通过包管理器安装，例如在Debian系系统上执行sudo apt-get install libusb-1.0-0-dev。
   • MacOS：可以通过Homebrew安装，执行brew install libusb。

二、识别和连接USB设备

1. 初始化LibUsb：在进行任何USB通信之前，需要初始化LibUsb库。

import org.usb4java.LibUsb;

import org.usb4java.Context;
public class UsbCommunication {
    private Context context;
    public UsbCommunication() {
        context = new Context();
        int result = LibUsb.init(context);
        if (result != LibUsb.SUCCESS) {
            throw new RuntimeException("Unable to initialize libusb: " + LibUsb.strError(result));
        }
    }
    public void close() {
        LibUsb.exit(context);
    }
}

2. 获取USB设备列表：初始化完成后，可以获取系统中所有的USB设备。

import org.usb4java.DeviceList;

import org.usb4java.Device;
public class UsbCommunication {
    // ... previous code ...
    public DeviceList getUsbDevices() {
        DeviceList list = new DeviceList();
        int result = LibUsb.getDeviceList(context, list);
        if (result < 0) {
            throw new RuntimeException("Unable to get device list: " + LibUsb.strError(result));
        }
        return list;
    }
}

3. 识别目标设备：通过遍历设备列表，识别出目标设备。可以通过设备的VID（Vendor ID）和PID（Product ID）进行识别。

import org.usb4java.DeviceDescriptor;

public class UsbCommunication {
    // ... previous code ...
    public Device findDevice(short vendorId, short productId) {
        DeviceList list = getUsbDevices();
        try {
            for (Device device : list) {
                DeviceDescriptor descriptor = new DeviceDescriptor();
                int result = LibUsb.getDeviceDescriptor(device, descriptor);
                if (result != LibUsb.SUCCESS) {
                    continue;
                }
                if (descriptor.idVendor() == vendorId && descriptor.idProduct() == productId) {
                    return device;
                }
            }
        } finally {
            LibUsb.freeDeviceList(list, true);
        }
        return null;
    }
}

三、打开通信端口

1. 打开设备：在识别到目标设备后，打开设备以进行通信。

import org.usb4java.DeviceHandle;

public class UsbCommunication {
    // ... previous code ...
    public DeviceHandle openDevice(Device device) {
        DeviceHandle handle = new DeviceHandle();
        int result = LibUsb.open(device, handle);
        if (result != LibUsb.SUCCESS) {
            throw new RuntimeException("Unable to open USB device: " + LibUsb.strError(result));
        }
        return handle;
    }
}

2. 设置配置和接口：打开设备后，通常需要设置配置和接口。

public class UsbCommunication {

    // ... previous code ...
    public void configureDevice(DeviceHandle handle, int configId, int interfaceNumber) {
        int result = LibUsb.setConfiguration(handle, configId);
        if (result != LibUsb.SUCCESS) {
            throw new RuntimeException("Unable to set configuration: " + LibUsb.strError(result));
        }
        result = LibUsb.claimInterface(handle, interfaceNumber);
        if (result != LibUsb.SUCCESS) {
            throw new RuntimeException("Unable to claim interface: " + LibUsb.strError(result));
        }
    }
}

四、发送和接收数据

1. 发送数据：通过控制传输、批量传输或中断传输发送数据。

import org.usb4java.LibUsb;

import org.usb4java.BufferUtils;
import java.nio.ByteBuffer;
public class UsbCommunication {
    // ... previous code ...
    public int sendData(DeviceHandle handle, byte[] data, int endpoint) {
        ByteBuffer buffer = BufferUtils.allocateByteBuffer(data.length);
        buffer.put(data);
        buffer.rewind();
        int transferred = LibUsb.bulkTransfer(handle, (byte) endpoint, buffer, 1000);
        if (transferred < 0) {
            throw new RuntimeException("Bulk transfer failed: " + LibUsb.strError(transferred));
        }
        return transferred;
    }
}

2. 接收数据：同样，通过控制传输、批量传输或中断传输接收数据。

public class UsbCommunication {

    // ... previous code ...
    public byte[] receiveData(DeviceHandle handle, int endpoint, int size) {
        ByteBuffer buffer = BufferUtils.allocateByteBuffer(size);
        int transferred = LibUsb.bulkTransfer(handle, (byte) endpoint, buffer, 1000);
        if (transferred < 0) {
            throw new RuntimeException("Bulk transfer failed: " + LibUsb.strError(transferred));
        }
        byte[] data = new byte[transferred];
        buffer.get(data, 0, transferred);
        return data;
    }
}

五、关闭设备和释放资源

1. 释放接口和关闭设备：完成数据传输后，释放接口并关闭设备。

public class UsbCommunication {

    // ... previous code ...
    public void releaseDevice(DeviceHandle handle, int interfaceNumber) {
        int result = LibUsb.releaseInterface(handle, interfaceNumber);
        if (result != LibUsb.SUCCESS) {
            throw new RuntimeException("Unable to release interface: " + LibUsb.strError(result));
        }
        LibUsb.close(handle);
    }
}

2. 清理资源：在程序结束时，确保清理资源。

public class UsbCommunication {

    // ... previous code ...
    public void cleanup() {
        close();
    }
}

六、完整示例

public class UsbCommunication {

    private Context context;
    public UsbCommunication() {
        context = new Context();
        int result = LibUsb.init(context);
        if (result != LibUsb.SUCCESS) {
            throw new RuntimeException("Unable to initialize libusb: " + LibUsb.strError(result));
        }
    }
    public void close() {
        LibUsb.exit(context);
    }
    public DeviceList getUsbDevices() {
        DeviceList list = new DeviceList();
        int result = LibUsb.getDeviceList(context, list);
        if (result < 0) {
            throw new RuntimeException("Unable to get device list: " + LibUsb.strError(result));
        }
        return list;
    }
    public Device findDevice(short vendorId, short productId) {
        DeviceList list = getUsbDevices();
        try {
            for (Device device : list) {
                DeviceDescriptor descriptor = new DeviceDescriptor();
                int result = LibUsb.getDeviceDescriptor(device, descriptor);
                if (result != LibUsb.SUCCESS) {
                    continue;
                }
                if (descriptor.idVendor() == vendorId && descriptor.idProduct() == productId) {
                    return device;
                }
            }
        } finally {
            LibUsb.freeDeviceList(list, true);
        }
        return null;
    }
    public DeviceHandle openDevice(Device device) {
        DeviceHandle handle = new DeviceHandle();
        int result = LibUsb.open(device, handle);
        if (result != LibUsb.SUCCESS) {
            throw new RuntimeException("Unable to open USB device: " + LibUsb.strError(result));
        }
        return handle;
    }
    public void configureDevice(DeviceHandle handle, int configId, int interfaceNumber) {
        int result = LibUsb.setConfiguration(handle, configId);
        if (result != LibUsb.SUCCESS) {
            throw new RuntimeException("Unable to set configuration: " + LibUsb.strError(result));
        }
        result = LibUsb.claimInterface(handle, interfaceNumber);
        if (result != LibUsb.SUCCESS) {
            throw new RuntimeException("Unable to claim interface: " + LibUsb.strError(result));
        }
    }
    public int sendData(DeviceHandle handle, byte[] data, int endpoint) {
        ByteBuffer buffer = BufferUtils.allocateByteBuffer(data.length);
        buffer.put(data);
        buffer.rewind();
        int transferred = LibUsb.bulkTransfer(handle, (byte) endpoint, buffer, 1000);
        if (transferred < 0) {
            throw new RuntimeException("Bulk transfer failed: " + LibUsb.strError(transferred));
        }
        return transferred;
    }
    public byte[] receiveData(DeviceHandle handle, int endpoint, int size) {
        ByteBuffer buffer = BufferUtils.allocateByteBuffer(size);
        int transferred = LibUsb.bulkTransfer(handle, (byte) endpoint, buffer, 1000);
        if (transferred < 0) {
            throw new RuntimeException("Bulk transfer failed: " + LibUsb.strError(transferred));
        }
        byte[] data = new byte[transferred];
        buffer.get(data, 0, transferred);
        return data;
    }
    public void releaseDevice(DeviceHandle handle, int interfaceNumber) {
        int result = LibUsb.releaseInterface(handle, interfaceNumber);
        if (result != LibUsb.SUCCESS) {
            throw new RuntimeException("Unable to release interface: " + LibUsb.strError(result));
        }
        LibUsb.close(handle);
    }
    public void cleanup() {
        close();
    }
    public static void main(String[] args) {
        UsbCommunication usbComm = new UsbCommunication();
        try {
            Device device = usbComm.findDevice((short) 0x1234, (short) 0x5678);
            if (device == null) {
                System.out.println("Device not found");
                return;
            }
            DeviceHandle handle = usbComm.openDevice(device);
            usbComm.configureDevice(handle, 1, 0);
            byte[] dataToSend = "Hello USB".getBytes();
            int endpointOut = 0x01; // Replace with actual endpoint address
            usbComm.sendData(handle, dataToSend, endpointOut);
            int endpointIn = 0x81; // Replace with actual endpoint address
            byte[] receivedData = usbComm.receiveData(handle, endpointIn, 64);
            System.out.println("Received data: " + new String(receivedData));
            usbComm.releaseDevice(handle, 0);
        } finally {
            usbComm.cleanup();
        }
    }
}

总结

通过上述步骤，可以在Java中利用usb4java库进行USB通信。该方法包括了从识别设备、打开通信端口到发送和接收数据的完整过程。usb4java库提供了丰富的功能，支持多种类型的USB传输，能够满足大部分的USB通信需求。确保在每个步骤中处理错误和释放资源，以避免内存泄露和其他潜在问题。

相关问答FAQs：

1. 如何在Java中使用USB通信？

USB通信是一种常见的硬件设备与计算机之间进行数据传输的方式。要在Java中使用USB通信，您可以使用Java的javax.usb库来实现。首先，您需要安装Java USB驱动程序，并将其添加到您的项目中。然后，您可以使用javax.usb库中的类和方法来与USB设备进行通信。

2. 在Java中，如何连接和识别USB设备？

要连接和识别USB设备，您可以使用Java的javax.usb库中的UsbHostManager类。通过使用UsbHostManager类的getUsbServices()方法，您可以获取USB服务对象。然后，使用UsbServices对象的getRootUsbHub()方法获取根USB集线器，并使用getRootUsbHub()方法的getAttachedUsbDevices()方法来获取连接到计算机的USB设备列表。通过遍历这个列表，您可以识别和连接USB设备。

3. 在Java中，如何发送和接收数据通过USB？

要发送和接收数据通过USB，在Java中，您可以使用javax.usb库中的UsbDevice类和UsbPipe类。首先，您需要获取对特定USB设备的引用。然后，使用UsbDevice对象的getUsbConfigurationList()方法来获取USB设备的配置列表。通过遍历配置列表，并找到包含您要使用的USB接口的配置，您可以获取对该USB接口的引用。接下来，使用UsbInterface对象的getUsbEndpointList()方法来获取USB接口的端点列表。通过遍历端点列表，您可以找到要发送和接收数据的端点。最后，使用UsbPipe类的方法来发送和接收数据。

请注意，Java的javax.usb库提供了许多其他类和方法，可用于更复杂的USB通信需求。您可以根据自己的具体要求进一步研究和使用这些类和方法。