基于安卓平臺的USB接口與串口通信轉(zhuǎn)換的實現(xiàn)

馮生強(qiáng) 張新龍

【摘要】 在數(shù)據(jù)通信中，接口的使用尤其重要，特別是USB接 口以及串口的應(yīng)用較為廣泛，隨著智能家居、物聯(lián)網(wǎng)以及安卓系統(tǒng)的飛速發(fā)展，基于安卓系統(tǒng)的多個通信接口之間轉(zhuǎn)換成為拓展應(yīng)用空間、延伸應(yīng)用領(lǐng)域的有效通聯(lián)手段。本文提出一種基于安卓系統(tǒng)的USB接口與串口通信的設(shè)計，尤其是對硬件系統(tǒng)的設(shè)計提出方案，并在軟件設(shè)計中指出了注意事項以及方式方法，為開發(fā)人員實現(xiàn)接口轉(zhuǎn)換的實現(xiàn)具有一定指導(dǎo)意義。

【關(guān)鍵詞】 Android USB 串口

一、總體設(shè)計

安卓操作系統(tǒng)，是谷歌公司于2007年11月在全球正式發(fā)布的最新智能手機(jī)軟件開發(fā)平臺。該系統(tǒng)內(nèi)核心模塊全部來自linux技術(shù)，整個系統(tǒng)的與以前的所有手機(jī)系統(tǒng)不同之處在于它是一個全新并且全部開放式的開發(fā)方式，直至今天，安卓系統(tǒng)儼然已是全世界應(yīng)用最廣、用戶最多、最受手機(jī)應(yīng)用開發(fā)商推 崇的智能系統(tǒng)之首。隨著智能家居、物聯(lián)網(wǎng)的飛速發(fā)展，目前使用智能手機(jī)來實現(xiàn)實時了解家居信息，跟蹤了解信息動態(tài)的需求越來越大。尤其是要實現(xiàn)多個通信接口之間的信息通聯(lián)成為拓展應(yīng)用空間、延伸應(yīng)用領(lǐng)域的基本途徑和手段。本文提出了一種基于安卓開發(fā)平臺，實現(xiàn)usb接口與串口之間通信轉(zhuǎn)換的硬件連接方式，特別是在現(xiàn)代工業(yè)以及智能家居控領(lǐng)域，usb接口、RS485、RS232等接口最為普遍，由于這些接口的發(fā)展歷史較為悠久，目前絕大部分領(lǐng)域都在普遍應(yīng)用，如：常用的程序燒寫接口、機(jī)械類控制系統(tǒng)、云臺操作系統(tǒng)等等，都將此類接口用于必要的通訊使用。

二、硬件設(shè)計

系統(tǒng)的硬件部分一共分為兩個部分，一個是實現(xiàn)系統(tǒng)的主要控制芯片，另外一個是實現(xiàn)USB和串口轉(zhuǎn)換電路。

2.1主控芯片 選擇

在本設(shè)計中，我們把主控芯片定為韓國Samsung公司生產(chǎn)的S5P4418，（基于Cortex-A9的微處理器芯片）。整個芯片多達(dá)180個管腳，它采取“郵票孔”的核心板和底板相結(jié)合的設(shè)計方式，并且核心板擴(kuò)展性很強(qiáng)，總體來看有一下幾個特點：1.工作穩(wěn)定可靠，采用8層沉金PCB工藝設(shè)計，電氣特性和抗干擾性能較好。2.可擴(kuò)展性好，核心板板載了PMU，帶庫侖計的充電管理，可以廣泛應(yīng)用于MID，POS，PDA，PND，智能家居，手機(jī)，車機(jī)，學(xué)習(xí)機(jī)，游戲機(jī)以及其他各種工控領(lǐng)域。3.運行速度快，其整體運行速度最高可達(dá)到1.4GHZ，能夠滿足大多工業(yè)控制上的需求。4.設(shè)計集成度高，在電平上，S5P4418為3.3V（GPIO），而與以往的1.8V相比，更便于客戶設(shè)計使用。

2.2 接口轉(zhuǎn)換電路

轉(zhuǎn)換電路設(shè)計采用的是FTDI公司生產(chǎn)的FT232RL作為主要接口轉(zhuǎn)換芯片，此芯片可以實現(xiàn)USB到串行UART接口的轉(zhuǎn)換，甚至可轉(zhuǎn)換到同步、異步Bit-Bang接口模式。FTDI公司提供各種操作系統(tǒng)（os）下的驅(qū)動程序，電路設(shè)計容易上手 ，內(nèi)部整合了上電復(fù)位電路，在芯片內(nèi)部自身能產(chǎn)生時鐘，不用外掛晶振，而且電源去耦RC電路在芯片內(nèi)部集成，操作使用方便；整合了電平轉(zhuǎn)換器，其輸入/輸出電平在2.8V到5V范圍之內(nèi)，整體兼容性較好；此外，輸入/輸出引腳驅(qū)動能力強(qiáng)，能夠驅(qū)動較長數(shù)據(jù)線路甚至可驅(qū)動多個設(shè)備。

三、系統(tǒng)軟件實現(xiàn)

在安卓操作系統(tǒng)上研發(fā)的大多應(yīng)用程序，基本上是使用java語言實現(xiàn)的，而要在本設(shè)計中使用C或是C++來實現(xiàn)，就必須采用NDK。NDK的全稱為Native Development Kit。這是工具集，主要用途是集成了安卓的交叉編譯環(huán)境，為并提供了一套比較方便的makefile，主要有兩個優(yōu)點：一是合理的使用現(xiàn)有代碼。二是提高程序的執(zhí)行效率。需要注意的是，在使用NDK前，我們必須先安裝SDK。此外，在Windows環(huán)境下研發(fā)，則需要使用cygwin（Win環(huán)境下linux模擬器）

安卓NDK開發(fā)一般有以下四個步驟：一是實現(xiàn)接口設(shè)計；二是采用C或者C++實現(xiàn)本地方法；三是進(jìn)一步生成動態(tài)鏈接庫；四是把動態(tài)鏈接庫拷貝到j(luò)ava工程中，直接生成apk的文件。其中需要注意的是：在創(chuàng)建一個NDK工程中，必須在這個文件夾下同時建立名為src和jni的2個目錄，其中src作為調(diào)用c庫的java接口文件，而jni則是用來保存c文件。緊接著再創(chuàng)建文件名為jni/serialPort.c，主要用途是實現(xiàn)串口的關(guān)閉跟打開。

結(jié)束語：本文提出一種基于安卓平臺的USB接口與串口通信的設(shè)計，在系統(tǒng)硬件設(shè)計上提出了方案，在軟件設(shè)計中指出了注意事項以及方式方法，由于版面原因，未一一列出開發(fā)程序，總體來看，本設(shè)計能夠為以后開發(fā)人員實現(xiàn)通信接口轉(zhuǎn)換有一定現(xiàn)實指導(dǎo)意義。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]楊豐盛.Android 應(yīng)用開發(fā)揭秘[M]北京：機(jī)械工業(yè)出版社.2010：484

[2]張怡，黃勁松，鄭樂.基于串口通信的虛擬儀器平臺的設(shè)計與測試[J]航空計算技術(shù).2010（9）