利用Android智能手機及USB接口與1-Wire從設備通信

　　引言

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

　　系統(tǒng)布局

　　這種應用的關鍵是智能手機上的USB接口。當智能手機使用USB OTG收發(fā)器時，那么就可利用其作USB主設備來管理其他USB從設備，例如麥克風、閃存、鍵盤，或者本例中的Thermochron。最新版本的Android應用程序接口(API)支持USB在應用層為主的模式。該功能使用戶能夠安裝與USB外設“對話”的應用程序，無需刷機(Root)或在用戶的智能手機上安裝特殊驅動。

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

　　該應用為主/從系統(tǒng)，Android智能手機作為主機，Thermochron數(shù)據(jù)記錄器作為從機。系統(tǒng)采用一個USB和一個1-Wire/iButton適配器把智能手機和數(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從機可利用1-Wire總線進行寄生供電，在總線不通信時對從器件中的內部電容充電。每個1-Wire從機也具有工廠激光刻制的唯一64位編號，所以很容易識別和監(jiān)測總線上的從機。

　　1-Wire傳輸時序(圖2)包括一個給從機的復位脈沖(trst)。復位脈沖通將1-Wire總線拉低預定的時間周期，將全部從機置位成已知的確定狀態(tài)。接著，從機在主機釋放總線后，利用將總線拉低的在位檢測脈沖(tpd)對主機進行應答。

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

　　在我們這個Android例子中，某個ROM命令只要選定，主機即可向每個具體的從設發(fā)送該命令。將諸如Thermochron這樣的溫度記錄器作為從設備，主機的命令可能包括讀/寫其暫存器、存儲器、或轉換溫度。

　　1-Wire接口沒有時鐘線，所以通信分為時隙(tslot)，每個時隙承載一個信息位。在時隙開始，主機將總線短暫拉低，預示數(shù)據(jù)位將開始。當傳輸?shù)氖且粋€0時，主機或從機會使總線繼續(xù)保持為低電平;傳輸是一個1時，主機或從機將釋放總線。主機或從機將在主機指示時隙開始后的規(guī)定時間(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USB端點：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;中斷端口接收實時敏感的信息，如狀態(tài)寄存器的信息和返回的消息。

　　用Android作為USB主設

　　此處介紹的設計已有先例。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。我們的應用在DiCerbo的設計上進行修改，將基本概念擴展至USB至1-Wire適配器，并且微控制器用1-Wire適配器和Thermochron代替。

　　本項目以DiCerbo的示例代碼為基礎。代碼首先詢問用戶是否允許訪問連接至Android智能手記的USB設備。然后程序查詢制造商和設備ID，并設置用于通信的USB端點。代碼提供給conn，用于批傳輸和控制傳輸?shù)腢SB設備連接;配置用于批輸入的USB端點epIN及epOUT。這和所有系統(tǒng)中USB初始化及向從機寫底層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去實現(xiàn)讓Thermochron進行溫度轉換，并讀取溫度結果。每個步驟(表1)均以1-Wire復位開始，然后利用Match ROM命令選擇從機，最后為給它的執(zhí)行命令。

　　由USB傳輸控制執(zhí)行1-Wire復位，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1-Wire Reset、Match ROM或Block I/O。參數(shù)說明請參見數(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/寫存儲器。此處，端點應為epIN或epOUT，取決于我們讀數(shù)據(jù)還是寫數(shù)據(jù)。端點緩沖器儲存要發(fā)送的數(shù)據(jù)，或者為空以儲存要接收來的數(shù)據(jù)，長度為接收或發(fā)送的字節(jié)數(shù)。超時為USB的超時設置，單位為毫秒。

　　// Performs a bulk transaction on the given endpoint.

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