基于CH559单片机Android AOA协议的USB通讯设计实例

宋元浩

基于CH559单片机Android AOA协议的USB通讯设计实例 [复制链接]

单片机和安卓系统有线通讯可通过安卓设备上的Micro USB接口来实现，主要有两种方式：①安卓设备做主机，Micro USB工作在OTG模式下，这时可通过CH340芯片来实现USB转串口，实现安卓设备扩展串口。②安卓USB做设备，单片机USB做主机，对安卓设备供电，单片机USB作为通信发起方，这就要用到AOA协议。AOA协议是Google公司推出的用于实现Android设备与外围设备之间的USB通讯的协议，该协议拓展了Android设备USB接口的功能，本文主要介绍了51单片机CH559通过AOA协议与Android设备配件模式进行通讯，并实现和APP数据交互。

一、总体概述

(1)、AOA 协议
AOA协议用于Android配件模式下通过USB与主机进行通信。基于AOA协议实现Android USB通信方式称为配件模式。此模式下，与Android终端通讯的另一端设备称为Android配件，两者都必须支持AOA协议。在USB通讯过程中，Android终端充当USB从机，Android配件充当USB主机并为总线供电。Android配件需要具有主机控制器并支持AOA协议。CH559，CH554都内置USB主机控制器并支持AOA协议。通讯逻辑框图如下：

(2)、AOA协议通讯流程

具体如下：
   A.等待安卓设备连接；
   B.确定手机支持附属模式（配件模式）；
当安卓设备接入USB主机时，一定处于以下3种模式之一：
   *a.支持附属模式，并且已经在处于这种模式中；
   *b.支持附属模式，但是还没有进入该模式；
   *c.不支持附属模式；
   当连接初始化时，处理器需要检测安卓设备的VID（供应商ID）和PID（产品ID）。如果设备已经在附属模式（case a），VID需要匹配谷歌ID 0x18D1,PID应是0x2D00或者0x2D01。如果满足以上条件，处理器就可以和安卓设备建立数据通路，使用协议通过批量端点进行通讯。在配件模式，没有必要启动设备。
NOTE：
   0x2D00用于支持配件模式的安卓设备；
   0x2D01用于支持配件模式和ADB (Android Debug Bridge)协议，额外开放了2个端点的二次端口用于安卓调试，如果你可以在PC上进行模拟处理器，就可以用这2个端点进行调试。通常，不要使用这个接口除非（In general, do not use this interface unless your accessory is implementing a passthrough to ADB on the device.）。
   C.如果VID和PID不符合安卓设备的配件模式，处理器就不能辨别这个安卓设备是否支持配件模式（目前不在该状态）或者（不支持该模式）。这是因为设备并不会在一开始就报告VID和PID，因此，处理器应该尝试让设备进入配件模式，以判定设备是否支持该模式。
主机尝试启动Android配件模式：
   ●发送一个0x33控制请求（Get Protocol），来得出设备是否支持（ the Android accessory protocol），返回一个非零的数字，这个数字代表了该设备支持的协议版本号；这是一个端点0的控制请求，主要有以下特性：
requestType: USB_DIR_IN | USB_TYPE_VENDOR(0xC0)
request:       0x33
value:       0
index:       0
data:    protocol version number (16 bits little endian sent from the device to the          accessory)

   ●如果设备返回合理的协议版本，处理器将向设备发送一个标识字符串，这个字符串信息将为设备找一个合适的应用（APP），如果不存在合适的应用(APP)，将会提供一个URL。这些是端点0的控制请求（对于每个不同的字符串ID），有以下特性：
requestType: USB_DIR_OUT | USB_TYPE_VENDOR(0x40)
request:       0x34
value:       0
index:       string ID
data          zero terminated UTF8 string sent from accessory to device

*以下字符串ID是被支持的，每个字符串ID最大长度不超过256B，并且一定以 `\0`结尾

manufacturer name: 0
model name:       1
description:       2
version:          3
URI:             4
serial number:    5

   ●当发送标识字符串时，需要设备启用配件模式,这是一个端点0的控制请求，主要有以下特性：
requestType: USB_DIR_OUT | USB_TYPE_VENDOR(0x40)
request:       0x35
value:       0
index:       0
data:          none

   在发送完最后一个控制请求后，连接的USB设备应该在配件模式下向总线重新报告自己的信息，处理器可以重新枚举该设备（进行一次复位操作）；如果设备成功切换至配件模式，VID和PID会不同，并且符合谷歌的VID和PID，而不是制造商ID，处理器可以和安卓设备建立通讯。
如果以上任何一个步骤出错，设备都无法支持配件模式，处理器需要等待下一个设备连接。
建立通讯连接
   C．如果处于accessory mode的安卓设备被插上，处理器查询设备的接口和端点描述符去获取和设备通信的批量端点。一个PID是0x2D00的安卓设备拥有一个包含2个批量端点的接口，用于数据上下传。一个PID是0x2D01的安卓设备拥有2个接口，2个批量端点分别用于2个接口的数据上下传，第一个接口是标准通信（standard communication），第二个接口主要用于ADB  communication。为了能够和接口通讯，需要找到一个批量上下传端点，使用SET_CONFIGURATION (0x09) 请求设置配置为1，然后就可以和端点通讯了。

二、硬件设计
   CH559是一款兼容MCS51的增强型E8051内核单片机，79%的指令是单字节单周期指令，内置63K Code Flash，6K+256B Ram。CH559 内嵌USB控制器和双USB收发器，支持 USB-Host 主机模式和 USB-Device 设备模式，支持 USB 2.0 全速 12Mbps 或者低速 1.5Mbps，USB 主机模式下可以通过双端口 Root-HUB 同时管理两个 USB 设备。支持最大 64 字节数据包，内置 FIFO，支持 DMA。
CH554是一款兼容MCS51的增强型E8051内核单片机，79%的指令是单字节单周期指令，内置24MHz时钟源，内置1K+256B RAM，16KB iFlash-ROM。CH554提供丰富的接口资源，包括ADC模数转换、3组定时器和信号捕捉及PWM、双异步串口、SPI等。CH554提供6通道电容检测模块，互电容方式支持最多15个触摸按键。CH554内嵌全速USB控制器,支持USB HOST主机模式和USB DEVICE设备模式。

三、软件设计
   (1)、USB主机功能开启
         InitUSB_Host( );
   (2)、等待USB设备连接
      if ( UIF_DETECT )          // 如果有USB主机检测中断则处理
      {
         UIF_DETECT = 0;       // 清中断标志
         AccessoryModeOpenSuc = 0;//清除模式设置标志位
         s = AnalyzeRootHub( ); // 分析ROOT-HUB状态
         if ( s == ERR_USB_CONNECT )
         {
            FoundNewDev = 1;
         }
      }
   (3)、设置Android配件模式
   s = InitRootDevice( );  // 初始化USB设备,Accessory mode预设置
   s = InitRootDevice( );  // 设置Android配件模式
获取批量传输端点
   (4)获取AOA协议版本、关联URL、启动配件模式
      AOAModeInit();       // AOA初始化函数
   (5)、批量数据通讯
四、可拓展功能
CH559的IO、SPI、串口、并口等接口资源可以连接需要扩展的功能模块：
      A.连接其他传感器进行数据采集上传；
      B.通过串口连接其他串口模块进行数据的转发、透传或者加密；
      C.其他硬件采集模块数据与Android手持终端的数据交互等；
五、应用场合
      汽车电子、手机周边、游戏产品等。
六、源码