Трехмерный массив поступает в последовательный порт в неправильном порядке

Для университетского задания я пишу Java-приложение, которое будет запускать некоторую игровую логику для интерактивного светодиодного стола. Сам стол управляется либо 2 Arduino Duemilanove, либо 1 Arduino Mega 2560.

Чтобы предоставить Arduino (-ам) информацию о том, какие светодиоды должны светиться и какого цвета, я отправляю данные через последовательный порт с Raspberry Pi 3b+ на Arduino. Поскольку таблица состоит из 14 светодиодных лент, по 14 светодиодов на каждую светодиодную ленту, и каждый светодиод имеет 3 значения цвета (RGB), я храню данные о таблице в массиве int[14][14][3].

Перед отправкой массива в Arduino я создаю его объект JSON (используя библиотеку Jackson), а затем отправляю массив в виде строки с помощью jSerialComm. В зависимости от того, какую настройку Arduino я использую, я также либо передаю весь массив в JSON, либо разбиваю его на два массива int[7][14][3] перед созданием объекта JSON.

Поскольку данные поступали в последовательный порт в неправильном порядке, когда я использовал 2 Arduino и jSerialComm, теперь я получил новый Arduino Mega 2560 (поскольку другие вопросы SO предполагали, что неправильный порядок данных может возникнуть из-за устаревшего модуля PL2303) и попробовал еще раз с тем же результатом. После некоторых дальнейших исследований я попытался использовать JSSC вместо jSerialComm, но все равно появляется тот же результат.

Класс Java, который я использую для отправки данных в Arduino, выглядит следующим образом (закомментированный код — это код, в котором я использовал jSerialComm/2 Arduinos):

package de.pimatrix.backend;

import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.io.ObjectInputStream;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;
import com.fasterxml.jackson.databind.ObjectMapper;
import com.fazecast.jSerialComm.SerialPort;

import jssc.SerialPortException;

public class SerialThread implements Runnable {

    public static SerialPort arduino1, arduino2;
    private int[][][] matrix = new int[14][14][3];

    private int[][][] matrixLeft = new int[7][14][3];
    private int[][][] matrixRight = new int[7][14][3];

    private Socket localHost;
    private Matrix matrixData;
    private ObjectInputStream in;

    @Override
    public void run() {

        SerialJSONWriter writer = new SerialJSONWriter();

        ServerSocket ss = null;
        localHost = null;
        matrixData = new Matrix(matrix);
        try {
            ss = new ServerSocket(62000); // erstellen eines lokalen Sockets auf Port 62000, um die zu übertragende
                                            // Matrix vom ClientThread
        } catch (IOException e) {
        }

        while (true) {
            try {
                localHost = ss.accept();
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            }
            initializeInputStream();
            waitForMatrix();
            splitMatrix();

            try {
                writer.tryWrite(matrixRight, matrixLeft);
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }

    private void splitMatrix() {
        for (int i = 0; i < 14; i++) {
            for (int j = 0; j < 14; j++) {
                if (i <= 6) {
                    matrixRight[i][j][0] = matrix[i][j][0];
                    matrixRight[i][j][1] = matrix[i][j][1];
                    matrixRight[i][j][2] = matrix[i][j][2];
                } else {
                    matrixLeft[i - 7][j][0] = matrix[i][j][0];
                    matrixLeft[i - 7][j][1] = matrix[i][j][1];
                    matrixLeft[i - 7][j][2] = matrix[i][j][2];
                }
            }
        }
    }

    private void initializeInputStream() {
        try {
            InputStream input = localHost.getInputStream();
            in = new ObjectInputStream(input);
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    public void waitForMatrix() {
        System.out.println("Waiting for Matrix");
        try {
            matrixData = (Matrix) in.readObject();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (ClassNotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        this.matrix = matrixData.matrix;
    }

    class SerialJSONWriter implements AutoCloseable {

        // Zuweisen der seriellen Ports
//      private final SerialPort /*arduino1, arduino2,*/ arduinoMega;
        private jssc.SerialPort arduinoMega;

        public SerialJSONWriter() {
//          arduino1 = SerialPort.getCommPort("COM5");
//          arduino2 = SerialPort.getCommPort("COM6");
//          arduinoMega = SerialPort.getCommPort("COM7");
            arduinoMega = new jssc.SerialPort("COM7");
            try {
                arduinoMega.openPort();
                arduinoMega.setParams(115200, 8, 1, jssc.SerialPort.PARITY_EVEN);
            } catch (SerialPortException e) {
                e.printStackTrace();
            }
//          arduinoMega.setBaudRate(115200);
//          arduinoMega.setNumDataBits(8);
//          arduinoMega.setNumStopBits(1);
//          arduinoMega.setParity(0);


            // setzen der Timeouts für die Kommunikation mit den Arduinos
//          arduino1.setComPortTimeouts(SerialPort.TIMEOUT_SCANNER, 0, 0);
//          arduino2.setComPortTimeouts(SerialPort.TIMEOUT_SCANNER, 0, 0);
//          arduinoMega.setComPortTimeouts(SerialPort.TIMEOUT_SCANNER, 0, 0);
//          arduino1.setBaudRate(115200);
//          arduino2.setBaudRate(115200);
//          arduinoMega.setBaudRate(115200);
//          arduino1.openPort();
//          arduino2.openPort();
//          arduinoMega.openPort();
//          arduino1.setComPortTimeouts(SerialPort.TIMEOUT_READ_SEMI_BLOCKING | SerialPort.TIMEOUT_WRITE_BLOCKING, 0,
//                  0);
//          arduino2.setComPortTimeouts(SerialPort.TIMEOUT_READ_SEMI_BLOCKING | SerialPort.TIMEOUT_WRITE_BLOCKING, 0,
//                  0);

//          arduinoMega.setComPortTimeouts(SerialPort.TIMEOUT_READ_SEMI_BLOCKING | SerialPort.TIMEOUT_WRITE_BLOCKING, 0,
//                  0);
        }

        public void write() {

        }

        private void tryWrite(Object dataRight, Object dataLeft) throws IOException {
            String dataAsJSONRight = new ObjectMapper().writeValueAsString(dataRight) + "\n";
            String dataAsJSONLeft = new ObjectMapper().writeValueAsString(dataLeft) + "\n";
            try {
                arduinoMega.writeString(dataAsJSONRight);
            } catch (SerialPortException e) {
                e.printStackTrace();
            }
//          for (int i = 0; i < dataAsJSONRight.length(); i++) {
////                arduino1.getOutputStream().write(dataAsJSONRight.getBytes()[i]);
//              System.out.println(dataAsJSONRight);
//              arduinoMega.getOutputStream().write(dataAsJSONRight.getBytes()[i]);
//          }
//          for (int i = 0; i < dataAsJSONLeft.length(); i++) {
////                arduino2.getOutputStream().write(dataAsJSONLeft.getBytes()[i]);
//              arduinoMega.getOutputStream().write(dataAsJSONLeft.getBytes()[i]);
//          }
        }

        @Override
        public void close() throws Exception {
//          arduino1.closePort();
//          arduino2.closePort();
            arduinoMega.closePort();
        }
    }
}

На Arduino (ах) обработка выглядит так:

#include <ArduinoJson.h>
#include <Adafruit_NeoPixel.h>

#define PINROW0 2
#define PINROW1 3
#define PINROW2 4
#define PINROW3 5
#define PINROW4 6
#define PINROW5 7
#define PINROW6 8

#define NUMPIXELS 14 //Amount of pixels per row

Adafruit_NeoPixel row[] = { //Intitialize the array, that contains the addressable LED strips in the Adafruit format
  Adafruit_NeoPixel(NUMPIXELS, PINROW0, NEO_GRB + NEO_KHZ800),
  Adafruit_NeoPixel(NUMPIXELS, PINROW1, NEO_GRB + NEO_KHZ800),
  Adafruit_NeoPixel(NUMPIXELS, PINROW2, NEO_GRB + NEO_KHZ800),
  Adafruit_NeoPixel(NUMPIXELS, PINROW3, NEO_GRB + NEO_KHZ800),
  Adafruit_NeoPixel(NUMPIXELS, PINROW4, NEO_GRB + NEO_KHZ800),
  Adafruit_NeoPixel(NUMPIXELS, PINROW5, NEO_GRB + NEO_KHZ800),
  Adafruit_NeoPixel(NUMPIXELS, PINROW6, NEO_GRB + NEO_KHZ800)
};

#define DELAY 1000 //set refresh cycle to 10 milliseconds
#define NUMSTRIPS 7/*(sizeof(row)/sizeof(row[0]))*/ //Amount of connected LED strips


int values[7][14][3];
int c = 0;
String matrixAsString = "";

void setup() {

  /*Setup serial port on which the Pi connects to the Arduino*/
  Serial.begin(115200); //set baudrate to 115200 Bit per second
  Serial.setTimeout(1000);

  Serial.println(100);

  /*initialize NeoPixel Library*/
  for (int i = 0; i < NUMSTRIPS; i++) {
    row[i].begin();
    row[i].show();
  }
}

void process(String matrixAsString) {
  StaticJsonDocument<4372> doc;
  Serial.println(matrixAsString);
  deserializeJson(doc, matrixAsString);

  for (int i = 0; i < 7; i++) {
    for (int j = 0; i < 14; j++) {
      values[i][j][0] = values[i][j][1] = values[i][j][2] = (int) (doc[i][j][0]);
    }
  }
}

//infinite loop refreshing the matrix
void loop() {

  while (Serial.available()) {
    char c = Serial.read();
    Serial.println(matrixAsString);
    matrixAsString += c;
    if (c == '\n') {
      process(matrixAsString);
      matrixAsString = "";
    }

  }

}

При отправке данных для половинной матрицы (например, int[7][14][3]):

[[[0,0,0],[0,0,0],[0,0,0],[0,0,0],[0,0,0],[0,0,0],[0,0,0],[0,0,0],[0,0,0],[0,0,0],[0,0,0],[0,0,0],[0,0,0],[0,0,0]],[[0,0,0],[0,0,0],[0,0,0],[0,0,0],[0,0,0],[0,0,0],[0,0,0],[0,0,0],[0,0,0],[0,0,0],[0,0,0],[0,0,0],[0,0,0],[0,0,0]],[[0,0,0],[0,0,0],[0,0,0],[0,0,0],[0,0,0],[0,0,0],[0,0,0],[0,0,0],[0,0,0],[0,0,0],[255,0,0],[0,0,0],[0,0,0],[0,0,0]],[[0,0,0],[0,0,0],[0,0,0],[0,0,0],[0,0,0],[0,0,0],[0,0,0],[0,0,0],[0,0,0],[0,0,0],[0,0,0],[0,0,0],[0,0,0],[0,0,0]],[[0,0,0],[0,0,0],[0,0,0],[0,0,0],[0,0,0],[0,0,0],[0,0,0],[0,0,0],[0,0,0],[0,0,0],[0,0,0],[0,0,0],[0,0,0],[0,0,0]],[[0,0,0],[0,0,0],[0,0,0],[0,0,0],[0,0,0],[0,0,0],[0,0,0],[0,0,0],[0,0,0],[0,0,0],[0,0,0],[0,0,0],[0,0,0],[0,0,0]],[[0,0,0],[0,0,0],[0,0,0],[0,0,0],[0,0,0],[0,0,0],[0,0,0],[0,0,0],[0,0,0],[0,0,0],[0,0,0],[0,0,0],[0,0,0],[0,0,0]]]

через последовательный монитор в Arduino IDE я получаю этот вывод от Arduino (начиная с Serial.println() в void loop):

Как видно, первые значения RGB передаются корректно, однако после менее чем одной полной светодиодной ленты данные поступают в неправильном порядке и (как видно в конце картинки) в какой-то момент вообще перестают отображаться, что вероятно, указывает, что данные больше не считываются.

Я перепробовал множество вещей, таких как замена Arduino на случай, если PL2303 устарел или неисправен, а также пробовал разные библиотеки для последовательной связи, однако я не могу понять, что я делаю неправильно. Я потратил более 30 часов, пробуя разные подходы, но безрезультатно, так что все становится очень разочаровывающим для меня.

ОБНОВИТЬ

Как было предложено Б.Летц, я правильно настроил данные, стоповые биты и биты четности (теперь 8 битов данных, 1 стоповый и без битов четности). Прочитав отзывы Arduino, я все еще получил те же результаты, но после некоторой настройки я понял, что проблема, вероятно, заключалась в том, что мой Serial.print, по-видимому, приводил к значительному отставанию Arduino, поэтому он не мог правильно и вовремя обрабатывать все данные. После удаления первого вызова Serial.print перед выполнением обработки я теперь вижу, что первая передаваемая матрица правильно печатается Arduino. Однако почему-то для всех дальнейших передаваемых данных Arduino печатает null. Я попытаюсь увеличить тайм-ауты на случай, если нулевой указатель возникнет из-за тайм-аута на стороне Arduino.

ОБНОВЛЕНИЕ 2

Вопреки моему предположению, перенастройка тайм-аутов не решила проблему. Я также выяснил, что после отправки первого объекта JSON Arduino выводит null на консоль и отправляет мне первый объект JSON только после получения второго объекта JSON. Однако это единственный раз, когда я получаю какую-либо обратную связь от Arduino, кроме null. Я также заметил, что когда я отправляю строку JSON через последовательный монитор, Arduino мгновенно печатает правильную строку НО, а также печатает пустую новую строку и не отвечает ни на какие новые данные.