利用Android智能手機(jī)及USB接口與1-Wire從設(shè)備通信

　　引言

　　本文介紹如何利用安卓Android®智能手機(jī)上的USB口與從設(shè)備通信，而無需計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。文中給出的例子使用Android手機(jī)上的USB端口通過1-Wire®總線與Thermochron® iButton®溫度記錄器通信。

　　系統(tǒng)布局

　　這種應(yīng)用的關(guān)鍵是智能手機(jī)上的USB接口。當(dāng)智能手機(jī)使用USB OTG收發(fā)器時(shí)，那么就可利用其作USB主設(shè)備來管理其他USB從設(shè)備，例如麥克風(fēng)、閃存、鍵盤，或者本例中的Thermochron。最新版本的Android應(yīng)用程序接口(API)支持USB在應(yīng)用層為主的模式。該功能使用戶能夠安裝與USB外設(shè)“對(duì)話”的應(yīng)用程序，無需刷機(jī)(Root)或在用戶的智能手機(jī)上安裝特殊驅(qū)動(dòng)。

　　系統(tǒng)方框圖如圖1所示。Android智能手機(jī)必須使用USB OTG收發(fā)器。一般情況下，電話連接至計(jì)算機(jī)是作為USB從設(shè)備，但USB OTG收發(fā)器允許將其轉(zhuǎn)換為USB主設(shè)備。這種角色轉(zhuǎn)換要求特殊的OTG電纜提供A型USB端口，并指示USB從機(jī)已連接至智能手機(jī)。

　　該應(yīng)用為主/從系統(tǒng)，Android智能手機(jī)作為主機(jī)，Thermochron數(shù)據(jù)記錄器作為從機(jī)。系統(tǒng)采用一個(gè)USB和一個(gè)1-Wire/iButton適配器把智能手機(jī)和數(shù)據(jù)記錄器橋接起來。利用網(wǎng)線中的一根數(shù)據(jù)線和接頭作為1-Wire總線。數(shù)據(jù)記錄器為iButton Thermochron。

　　1-Wire總線的重要角色

　　1-Wire總線是單主和多從系統(tǒng)之間的接口。1-Wire為開漏輸出，采用類似于I2C的上拉電阻工作。有些1-Wire從機(jī)可利用1-Wire總線進(jìn)行寄生供電，在總線不通信時(shí)對(duì)從器件中的內(nèi)部電容充電。每個(gè)1-Wire從機(jī)也具有工廠激光刻制的唯一64位編號(hào)，所以很容易識(shí)別和監(jiān)測(cè)總線上的從機(jī)。

　　1-Wire傳輸時(shí)序(圖2)包括一個(gè)給從機(jī)的復(fù)位脈沖(trst)。復(fù)位脈沖通將1-Wire總線拉低預(yù)定的時(shí)間周期，將全部從機(jī)置位成已知的確定狀態(tài)。接著，從機(jī)在主機(jī)釋放總線后，利用將總線拉低的在位檢測(cè)脈沖(tpd)對(duì)主機(jī)進(jìn)行應(yīng)答。

　　復(fù)位后，從器件根據(jù)唯一的自身編號(hào)，可接收發(fā)送至從機(jī)的各種ROM命令。命令Match ROM將只激活編號(hào)正確匹配的某個(gè)從器件。Search ROM命令用于檢測(cè)總線上所有從機(jī)的編號(hào)。因此，盡管這里我們只介紹一個(gè)從機(jī)，但可應(yīng)用于具有多個(gè)兼容的1-Wire從器件。

　　在我們這個(gè)Android例子中，某個(gè)ROM命令只要選定，主機(jī)即可向每個(gè)具體的從設(shè)發(fā)送該命令。將諸如Thermochron這樣的溫度記錄器作為從設(shè)備，主機(jī)的命令可能包括讀/寫其暫存器、存儲(chǔ)器、或轉(zhuǎn)換溫度。

　　1-Wire接口沒有時(shí)鐘線，所以通信分為時(shí)隙(tslot)，每個(gè)時(shí)隙承載一個(gè)信息位。在時(shí)隙開始，主機(jī)將總線短暫拉低，預(yù)示數(shù)據(jù)位將開始。當(dāng)傳輸?shù)氖且粋€(gè)0時(shí)，主機(jī)或從機(jī)會(huì)使總線繼續(xù)保持為低電平;傳輸是一個(gè)1時(shí)，主機(jī)或從機(jī)將釋放總線。主機(jī)或從機(jī)將在主機(jī)指示時(shí)隙開始后的規(guī)定時(shí)間(tsample)讀取總線。

　　USB與1-Wire適配器通信

　　DS9490R為1-Wire至USB適配器，有四個(gè)USB端點(diǎn)：控制、中斷、批輸入(epIN)和批輸出(epOUT)。通常，控制端用于向1-Wire適配器發(fā)送命令，以及配置傳輸類型;批輸入/輸出用于數(shù)據(jù)傳輸;中斷端口接收實(shí)時(shí)敏感的信息，如狀態(tài)寄存器的信息和返回的消息。

　　用Android作為USB主設(shè)

　　此處介紹的設(shè)計(jì)已有先例。Android API從3.1版開始支持USB主模式，Manuel Di Cerbo1曾通過USB將Arduino®微控制器板與Android電話連接在一起。我們的應(yīng)用在DiCerbo的設(shè)計(jì)上進(jìn)行修改，將基本概念擴(kuò)展至USB至1-Wire適配器，并且微控制器用1-Wire適配器和Thermochron代替。

　　本項(xiàng)目以DiCerbo的示例代碼為基礎(chǔ)。代碼首先詢問用戶是否允許訪問連接至Android智能手記的USB設(shè)備。然后程序查詢制造商和設(shè)備ID，并設(shè)置用于通信的USB端點(diǎn)。代碼提供給conn，用于批傳輸和控制傳輸?shù)腢SB設(shè)備連接;配置用于批輸入的USB端點(diǎn)epIN及epOUT。這和所有系統(tǒng)中USB初始化及向從機(jī)寫底層USB命令使用的基本配置沒什么區(qū)別。

　　現(xiàn)在，我們演示如何利用Android去實(shí)現(xiàn)讓Thermochron進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換，并讀取溫度結(jié)果。每個(gè)步驟(表1)均以1-Wire復(fù)位開始，然后利用Match ROM命令選擇從機(jī)，最后為給它的執(zhí)行命令。

　　由USB傳輸控制執(zhí)行1-Wire復(fù)位，Android API的控制傳輸函數(shù)原代碼如下所示。

　　// Performs a control transaction on endpoint zero for this device.

　　int controlTransfer(int requestType, int request, int value, int index, byte[] buffer, int length, int timeout)

　　傳輸控制用于啟動(dòng)1-Wire Reset、Match ROM或Block I/O。參數(shù)說明請(qǐng)參見數(shù)據(jù)資料。隨后，我們將介紹如何使用該函數(shù)。

　　批數(shù)據(jù)傳輸用于Match ROM以及讀/寫存儲(chǔ)器。此處，端點(diǎn)應(yīng)為epIN或epOUT，取決于我們讀數(shù)據(jù)還是寫數(shù)據(jù)。端點(diǎn)緩沖器儲(chǔ)存要發(fā)送的數(shù)據(jù)，或者為空以儲(chǔ)存要接收來的數(shù)據(jù)，長(zhǎng)度為接收或發(fā)送的字節(jié)數(shù)。超時(shí)為USB的超時(shí)設(shè)置，單位為毫秒。

　　// Performs a bulk transaction on the given endpoint.

　　int bulkTransfer(UsbEndpoint endpoint, byte[] buffer, int length, int timeout)