利用Android智能手机及USB接口与1-Wire从设备通信

　　引言

　　本文介绍如何利用安卓Android®智能手机上的USB口与从设备通信，而无需计算机系统。文中给出的例子使用Android手机上的USB端口通过1-Wire®总线与Thermochron® iButton®温度记录器通信。

　　系统布局

　　这种应用的关键是智能手机上的USB接口。当智能手机使用USB OTG收发器时，那么就可利用其作USB主设备来管理其他USB从设备，例如麦克风、闪存、键盘，或者本例中的Thermochron。最新版本的Android应用程序接口(API)支持USB在应用层为主的模式。该功能使用户能够安装与USB外设“对话”的应用程序，无需刷机(Root)或在用户的智能手机上安装特殊驱动。

　　系统方框图如图1所示。Android智能手机必须使用USB OTG收发器。一般情况下，电话连接至计算机是作为USB从设备，但USB OTG收发器允许将其转换为USB主设备。这种角色转换要求特殊的OTG电缆提供A型USB端口，并指示USB从机已连接至智能手机。

　　该应用为主/从系统，Android智能手机作为主机，Thermochron数据记录器作为从机。系统采用一个USB和一个1-Wire/iButton适配器把智能手机和数据记录器桥接起来。利用网线中的一根数据线和接头作为1-Wire总线。数据记录器为iButton Thermochron。

　　1-Wire总线的重要角色

　　1-Wire总线是单主和多从系统之间的接口。1-Wire为开漏输出，采用类似于I2C的上拉电阻工作。有些1-Wire从机可利用1-Wire总线进行寄生供电，在总线不通信时对从器件中的内部电容充电。每个1-Wire从机也具有工厂激光刻制的唯一64位编号，所以很容易识别和监测总线上的从机。

　　1-Wire传输时序(图2)包括一个给从机的复位脉冲(trst)。复位脉冲通将1-Wire总线拉低预定的时间周期，将全部从机置位成已知的确定状态。接着，从机在主机释放总线后，利用将总线拉低的在位检测脉冲(tpd)对主机进行应答。

　　复位后，从器件根据唯一的自身编号，可接收发送至从机的各种ROM命令。命令Match ROM将只激活编号正确匹配的某个从器件。Search ROM命令用于检测总线上所有从机的编号。因此，尽管这里我们只介绍一个从机，但可应用于具有多个兼容的1-Wire从器件。

　　在我们这个Android例子中，某个ROM命令只要选定，主机即可向每个具体的从设发送该命令。将诸如Thermochron这样的温度记录器作为从设备，主机的命令可能包括读/写其暂存器、存储器、或转换温度。

　　1-Wire接口没有时钟线，所以通信分为时隙(tslot)，每个时隙承载一个信息位。在时隙开始，主机将总线短暂拉低，预示数据位将开始。当传输的是一个0时，主机或从机会使总线继续保持为低电平;传输是一个1时，主机或从机将释放总线。主机或从机将在主机指示时隙开始后的规定时间(tsample)读取总线。

　　USB与1-Wire适配器通信

　　DS9490R为1-Wire至USB适配器，有四个USB端点：控制、中断、批输入(epIN)和批输出(epOUT)。通常，控制端用于向1-Wire适配器发送命令，以及配置传输类型;批输入/输出用于数据传输;中断端口接收实时敏感的信息，如状态寄存器的信息和返回的消息。

　　用Android作为USB主设

　　此处介绍的设计已有先例。Android API从3.1版开始支持USB主模式，Manuel Di Cerbo1曾通过USB将Arduino®微控制器板与Android电话连接在一起。我们的应用在DiCerbo的设计上进行修改，将基本概念扩展至USB至1-Wire适配器，并且微控制器用1-Wire适配器和Thermochron代替。

　　本项目以DiCerbo的示例代码为基础。代码首先询问用户是否允许访问连接至Android智能手记的USB设备。然后程序查询制造商和设备ID，并设置用于通信的USB端点。代码提供给conn，用于批传输和控制传输的USB设备连接;配置用于批输入的USB端点epIN及epOUT。这和所有系统中USB初始化及向从机写底层USB命令使用的基本配置没什么区别。

　　现在，我们演示如何利用Android去实现让Thermochron进行温度转换，并读取温度结果。每个步骤(表1)均以1-Wire复位开始，然后利用Match ROM命令选择从机，最后为给它的执行命令。

　　由USB传输控制执行1-Wire复位，Android API的控制传输函数原代码如下所示。

　　// 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)

　　传输控制用于启动1-Wire Reset、Match ROM或Block I/O。参数说明请参见数据资料。随后，我们将介绍如何使用该函数。

　　批数据传输用于Match ROM以及读/写存储器。此处，端点应为epIN或epOUT，取决于我们读数据还是写数据。端点缓冲器储存要发送的数据，或者为空以储存要接收来的数据，长度为接收或发送的字节数。超时为USB的超时设置，单位为毫秒。

　　// Performs a bulk transaction on the given endpoint.

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