用Java语言开发物联网设备应用（4）

认识外设

外设通常指输入输出设备，是计算机系统最重要的组成部分之一。物联网设备往往要和五花八门的外设打交道，比如传感器、GPS、按钮、摄像头、显示屏、麦克风、扬声器······凡此种种，不一而足。除了要和网络服务器交互以外，从各种外设上取得数据，或是通过外设进行各种控制，是物联网设备的主要特点。

常见的外设接口

物联网设备的外设虽然五花八门，但是外设和主控芯片（CPU）的接口类型，通常就是那么几种：

UART

就是我们常说的“串口”，主要用来用作通讯。很多物联网常用外设，比如GPS模组、蓝牙模组、2G/4G模组等等，都支持使用UART来和主控芯片通讯。

GPIO

通常叫做“通用IO接口”，这里的IO（或说I/O）是指输入/输出。GPIO的操作非常简单，就是高低电平的输入或者输出，比如点亮一个LED灯，或者从一个开关按钮读取按下状态等等。

SPI

串行外设接口，比起UART，SPI接口能支持很高的数据吞吐率，比如网络控制器、FLASH存储器这些需要高速和CPU交换数据的外设，通常是使用SPI接口的。不过SPI是分主从设备的，数据交换是由主SPI设备发起的从SPI听命于主设备的控制。

IIC

是Inter-Integrated Circuit Bus的简称，通常翻译成“集成电路总线”。IIC的特点是需要的连线少，控制逻辑简单易实现，也适用于一主多从的总线式外设连接布局。实际使用中，很多种类型的传感器产品都支持IIC接口，比如温度传感器、加速度传感器等等。

PWM

Pulse Width Modulation，即“脉冲宽度调制器”，或者不那么准确但是简单地理解为“脉冲波发生器”。在机械控制中用的最多，比如步进电机。也可以用来控制简单的喇叭发声。

ADC/DAC

即“模数/数模转换器”。像电压这样的模拟量，计算机需要将其数字化才能够处理，这就是“模-数”转换。反之则是“数-模”转换。

IIS：

Integrate Inte**ce of Sound。从名字就可以看出来，这个接口是接声音输入输出设备的。一般的音频采集芯片、音频编解码芯片或是音频播放芯片都支持IIS接口。

Java对外设接口的支持

Java在外设控制这方面，以前并没有专门的接口。从OpenJDK 7开始，OpenJDK加入了DeviceIO作为外设控制的标准接口，对物联网设备常见的外设接口做了标准化支持。
JOSH针对小型物联网设备，对DeviceIO进行了小幅改动。通过JOSH DeviceIO API（org.joshvm.j2me.dio.* )，目前支持的接口类型有UART、GPIO、SPI和IIC，Java程序员可以实现用Java语言控制外设，比如控制电平开关、读取传感器数据等等。换言之，可以实现用Java语言编写物联网设备的外设驱动程序，并实现驱动程序的动态安装。
下面，我们通过一些示例，看看是如何通过JOSH DeviceIO API实现外设访问功能的。

输出高低电平——GPIO控制篇

首先创建一个GPIO端口配置。这段代码的主要意思，是配置GPIO#2号端口为输出模式。

GPIOPinConfig cfg1 = new GPIOPinConfig(GPIOPinConfig.UNASSIGNED, 2, 
									   GPIOPinConfig.DIR_OUTPUT_ONLY,
					                   GPIOPinConfig.MODE_OUTPUT_OPEN_DRAIN,
					                   GPIOPinConfig.TRIGGER_NONE, false);

然后通过DeviceManager打开GPIO#2端口

GPIOPin gpioPin