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(wú)需計算機系統。文中給出的例子使用Android手機上的USB端口通過(guò)1-Wire®總線(xiàn)與Thermochron® iButton®溫度記錄器通信。

　　系統布局

　　這種應用的關(guān)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(shí)，那么就可利用其作USB主設備來(lái)管理其他USB從設備，例如麥克風(fēng)、閃存、鍵盤(pán)，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(hù)能夠安裝與USB外設“對話(huà)”的應用程序，無(wú)需刷機(Root)或在用戶(hù)的智能手機上安裝特殊驅動(dòng)。

　　系統方框圖如圖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(huà)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，Android智能手機作為主機，Thermochron數據記錄器作為從機。系統采用一個(gè)USB和一個(gè)1-Wire/iButton適配器把智能手機和數據記錄器橋接起來(lái)。利用網(wǎng)線(xiàn)中的一根數據線(xiàn)和接頭作為1-Wire總線(xiàn)。數據記錄器為iButton Thermochron。

　　1-Wire總線(xiàn)的重要角色

　　1-Wire總線(xiàn)是單主和多從系統之間的接口。1-Wire為開(kāi)漏輸出，采用類(lèi)似于I2C的上拉電阻工作。有些1-Wire從機可利用1-Wire總線(xiàn)進(jìn)行寄生供電，在總線(xiàn)不通信時(shí)對從器件中的內部電容充電。每個(gè)1-Wire從機也具有工廠(chǎng)激光刻制的唯一64位編號，所以很容易識別和監測總線(xiàn)上的從機。

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

　　復位后，從器件根據唯一的自身編號，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(gè)從器件。Search ROM命令用于檢測總線(xiàn)上所有從機的編號。因此，盡管這里我們只介紹一個(gè)從機，但可應用于具有多個(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，主機即可向每個(gè)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(xiě)其暫存器、存儲器、或轉換溫度。

　　1-Wire接口沒(méi)有時(shí)鐘線(xiàn)，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(kāi)始，主機將總線(xiàn)短暫拉低，預示數據位將開(kāi)始。當傳輸的是一個(gè)0時(shí)，主機或從機會(huì )使總線(xiàn)繼續保持為低電平;傳輸是一個(gè)1時(shí)，主機或從機將釋放總線(xiàn)。主機或從機將在主機指示時(shí)隙開(kāi)始后的規定時(shí)間(tsample)讀取總線(xiàn)。

　　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(lèi)型;批輸入/輸出用于數據傳輸;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

　　此處介紹的設計已有先例。Android API從3.1版開(kāi)始支持USB主模式，Manuel Di Cerbo1曾通過(guò)USB將Arduino®微控制器板與Android電話(huà)連接在一起。我們的應用在DiCerbo的設計上進(jìn)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(xún)問(wèn)用戶(hù)是否允許訪(fǎng)問(wèn)連接至Android智能手記的USB設備。然后程序查詢(xún)制造商和設備ID，并設置用于通信的USB端點(diǎn)。代碼提供給conn，用于批傳輸和控制傳輸的USB設備連接;配置用于批輸入的USB端點(diǎn)epIN及epOUT。這和所有系統中USB初始化及向從機寫(xiě)底層USB命令使用的基本配置沒(méi)什么區別。

　　現在，我們演示如何利用Android去實(shí)現讓Thermochron進(jìn)行溫度轉換，并讀取溫度結果。每個(gè)步驟(表1)均以1-Wire復位開(kāi)始，然后利用Match ROM命令選擇從機，最后為給它的執行命令。

　　由USB傳輸控制執行1-Wire復位，Android API的控制傳輸函數原代碼如下所示。

　　// 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。參數說(shuō)明請參見(jiàn)數據資料。隨后，我們將介紹如何使用該函數。

　　批數據傳輸用于Match ROM以及讀/寫(xiě)存儲器。此處，端點(diǎn)應為epIN或epOUT，取決于我們讀數據還是寫(xiě)數據。端點(diǎn)緩沖器儲存要發(fā)送的數據，或者為空以?xún)Υ嬉邮諄?lái)的數據，長(cháng)度為接收或發(fā)送的字節數。超時(shí)為USB的超時(shí)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)