基于安卓平臺的USB接口與串口通信轉換的實現

馮生強 張新龍

【摘要】 在數據通信中，接口的使用尤其重要，特別是USB接 口以及串口的應用較為廣泛，隨著智能家居、物聯網以及安卓系統的飛速發展，基于安卓系統的多個通信接口之間轉換成為拓展應用空間、延伸應用領域的有效通聯手段。本文提出一種基于安卓系統的USB接口與串口通信的設計，尤其是對硬件系統的設計提出方案，并在軟件設計中指出了注意事項以及方式方法，為開發人員實現接口轉換的實現具有一定指導意義。

【關鍵詞】 Android USB 串口

一、總體設計

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

二、硬件設計

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

2.1主控芯片 選擇

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

2.2 接口轉換電路

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

三、系統軟件實現

在安卓操作系統上研發的大多應用程序，基本上是使用java語言實現的，而要在本設計中使用C或是C++來實現，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境，為并提供了一套比較方便的makefile，主要有兩個優點：一是合理的使用現有代碼。二是提高程序的執行效率。需要注意的是，在使用NDK前，我們必須先安裝SDK。此外，在Windows環境下研發，則需要使用cygwin（Win環境下linux模擬器）

安卓NDK開發一般有以下四個步驟：一是實現接口設計；二是采用C或者C++實現本地方法；三是進一步生成動態鏈接庫；四是把動態鏈接庫拷貝到java工程中，直接生成apk的文件。其中需要注意的是：在創建一個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。緊接著再創建文件名為jni/serialPort.c，主要用途是實現串口的關閉跟打開。

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

參 考 文 獻

[1]楊豐盛.Android 應用開發揭秘[M]北京：機械工業出版社.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計與測試[J]航空計算技術.2010（9）