Wywołanie C z Javy - JNI

Ponieważ pracuję jako programista JAVA to właśnie ten język programowania znam najlepiej. Swego czasu kupiłem czujnik temperatury DHT 11. Podłączyłem go wg schematu ze strony:

http://malinowepi.pl/post/80178679087/dht11-czujnik-temperatury-i-wilgotnosci-uklad

następnie wykorzystałem kod w języku python z: http://www.uugear.com/portfolio/dht11-humidity-temperature-sensor-module/

Wszystko działało ok jednak postanowiłem napisać kod w Javie. Zwykła konwersja kodu z Pythona na Jave nie przyniosła żadnego pożądanego skutku. Thread.sleep czy inne znalezione w internecie metody nie dają wymaganej precyzji.


Poniżej opisuję jak wywołać kod z języka C w Javie. W tym celu wykorzystam JNI tj Java Native Interface. Biblioteka obecnie ma wyświetlać hello world, ale docelowo zostanie rozbudowana i posłuży do pobrania temperatury z czujnika DHT11.


W pierwszej kolejności musimy przygotować klasę w javie. Muszą być w niej zawarte metody, które później napiszemy w C. Klasę nazwałem tak, jak będzie się nazywać moja biblioteka. Poniżej przykład:

public class DHT11
{
   static
   {
      System.loadLibrary("DHT11"); // Load native library at runtime
                                        DHT11.dll (Windows) or libDHT11.so (Unixes)
   }

   public native void runTest();

}

Wgrywamy na Raspberry, przechodzimy do folderu gdzie wgralismy plik java i kompilujemy:

javac DHT11.java

Następnie za pomocą Javy generujemy plik nagłówkowy języka C.

javah DHT11

W wyniku powyższej operacji utworzy się plik DHT11.h. W moim przypadku wygląda on tak:

/* DO NOT EDIT THIS FILE - it is machine generated */

#include <jni.h>

/* Header for class DHT11 */



#ifndef _Included_DHT11

#define _Included_DHT11

#ifdef __cplusplus

extern "C" {

#endif

/*

 * Class:     DHT11

 * Method:    runTest

 * Signature: ()V

 */

JNIEXPORT void JNICALL Java_DHT11_runTest

  (JNIEnv *, jobject);





#ifdef __cplusplus

}

#endif

#endif

Utworzony plik *.h zalecam skopiować do:  /usr/local/include/. Nie jest to konieczne, ale dzięki temu nie trzeba będzie zmieniać ścieżek podczas kompilowania.

Kolejna rzecz którą musimy ustawić to zmienna środowiskowa JAVA_HOME. Najpierw należy sprawdzić czy jest ustawiona aby to zrobić należy wywołać:

echo $JAVA_HOME

Jeśli zostanie zwrócony pusty wynik to trzeba ustawić tą zmienną przez polecenie:

export JAVA_HOME="scieżkaDoJavy"

Następnie programujemy klasę w C. Musi się ona nazywać jak nasza biblioteka i kalsa Javy. Otwieramy wygenerowany plik nagłówkowy DHT11.h i kopiujemy metody:

JNIEXPORT void JNICALL Java_DHT11_runTest

  (JNIEnv *, jobject)

Następnie do skopiowanych metod dodajemy nazwy obiektów, nawiasy klamrowe i uzupełniamy co ma robić metoda, w tym wypadku wyświetlić na ekranie napis "hello world". Includujemy również potrzebne biblioteki:

#include <jni.h>
#include <stdio.h>
#include "DHT11.h"

JNIEXPORT void JNICALL Java_DHT11_runTest(JNIEnv *env, jobject thisObj)
{
           printf("Hello World\n");
           return;
}

Gdy kod w C jest już gotowy to musimy go skompilować

gcc -fPIC -c DHT11.c -I $JAVA_HOME/include

Jeśli będzie błąd fatal error: jni_md.h: No such file or directory to należy dodać powiązania symboliczne. Szczegóły tutaj: http://stackoverflow.com/questions/24996017/jdk-1-8-on-linux-missing-include-file a w moim przypadku wyglądało to tak:

sudo ln -s /usr/lib/jvm/jdk-8-oracle-arm-vfp-hflt/include/linux/jni_md.h /usr/lib/jvm/jdk-8-oracle-arm-vfp-hflt//include/jni_md.h

sudo ln -s /usr/lib/jvm/jdk-8-oracle-arm-vfp-hflt/include/linux/jawt_md.h /usr/lib/jvm/jdk-8-oracle-arm-vfp-hflt//include/jawt_md.h

Po poprawnym skompilowaniu pojawi się nam plik DHT11.so. Ostatni krok to utworzenie już pliku SO:

gcc DHT11.o -shared -o libDHT11.so -Wl,-soname,DHT11

Jeśli wszystko zostało wykonane prawidłowo to utworzy się plik libDHT11.so. Zostało napisanie klasy w javie która odwoła się do utworzonej biblioteki. Przykładowy kod javy:

public class DHT11
{

 static
 {
  System.loadLibrary("DHT11"); // Load native library at runtime
          // DHT11.dll (Windows) or libDHT11.so (Unixes)
 }

 public native void runTest();


 public static void main(String[] args) throws InterruptedException
 {
  new DHT11().runTest();
  Thread.sleep(4000);
  System.out.println("Wychodze");
 }
}

Zapisujemy i wgrywamy na Raspberry Pi. Do folderu z powyższą klasą wgrywamy bibliotekę libDHT11.so. Kompilujemy i uruchamiamy:

javac DHT11.java

java DHT11

niestety wyskoczy błąd:
Exception in thread "main" java.lang.UnsatisfiedLinkError: no DHT11in java.library.path

Błąd wynika z tego, że domyślnie java nie wie gdzie jest plik libDHT11.so. Ponieważ skopiowaliśmy go do folderu gdzie jest skompilowana klasa to możemy dodać parametr do maszyny wirtualnej javy -Djava.library.path i wskazać bieżący folder:

java -Djava.library.path=. DHT11

Tym razem już powinno być ok i program wyświetli na ekranie hello world.