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一粒金砂(中级)

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
        CH559_AOA.rar 
      AOA原版英文协议文档(双击打开):   Android Open Accessory Protocol 2_0 Android Open Source.zip 


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不错帖子 APP那边需要怎么做?


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一粒金砂(中级)

感谢分享,CH559有评估板,评估板压缩包有USB主机应用例子,支持ROOTHUB上连接安卓设备与APP进行通讯。

点评

是的,目前的国产芯的资料越来越丰富  详情 回复 发表于 2020-9-11 22:23

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一粒金砂(中级)

kasireking 发表于 2020-9-9 00:43 感谢分享,CH559有评估板,评估板压缩包有USB主机应用例子,支持ROOTHUB上连接安卓设备与APP进行通讯。

是的,目前的国产芯的资料越来越丰富


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