基于安卓平台的USB接口与串口通信转换的实现

冯生强 张新龙

【摘要】 在数据通信中，接口的使用尤其重要，特别是USB接 口以及串口的应用较为广泛，随着智能家居、物联网以及安卓系统的飞速发展，基于安卓系统的多个通信接口之间转换成为拓展应用空间、延伸应用领域的有效通联手段。本文提出一种基于安卓系统的USB接口与串口通信的设计，尤其是对硬件系统的设计提出方案，并在软件设计中指出了注意事项以及方式方法，为开发人员实现接口转换的实现具有一定指导意义。

【关键词】 Android USB 串口

一、总体设计

安卓操作系统，是谷歌公司于2007年11月在全球正式发布的最新智能手机软件开发平台。该系统内核心模块全部来自linux技术，整个系统的与以前的所有手机系统不同之处在于它是一个全新并且全部开放式的开发方式，直至今天，安卓系统俨然已是全世界应用最广、用户最多、最受手机应用开发商推 崇的智能系统之首。随着智能家居、物联网的飞速发展，目前使用智能手机来实现实时了解家居信息，跟踪了解信息动态的需求越来越大。尤其是要实现多个通信接口之间的信息通联成为拓展应用空间、延伸应用领域的基本途径和手段。本文提出了一种基于安卓开发平台，实现usb接口与串口之间通信转换的硬件连接方式，特别是在现代工业以及智能家居控领域，usb接口、RS485、RS232等接口最为普遍，由于这些接口的发展历史较为悠久，目前绝大部分领域都在普遍应用，如：常用的程序烧写接口、机械类控制系统、云台操作系统等等，都将此类接口用于必要的通讯使用。

二、硬件设计

系统的硬件部分一共分为两个部分，一个是实现系统的主要控制芯片，另外一个是实现USB和串口转换电路。

2.1主控芯片 选择

在本设计中，我们把主控芯片定为韩国Samsung公司生产的S5P4418，（基于Cortex-A9的微处理器芯片）。整个芯片多达180个管脚，它采取“邮票孔”的核心板和底板相结合的设计方式，并且核心板扩展性很强，总体来看有一下几个特点：1.工作稳定可靠，采用8层沉金PCB工艺设计，电气特性和抗干扰性能较好。2.可扩展性好，核心板板载了PMU，带库仑计的充电管理，可以广泛应用于MID，POS，PDA，PND，智能家居，手机，车机，学习机，游戏机以及其他各种工控领域。3.运行速度快，其整体运行速度最高可达到1.4GHZ，能够满足大多工业控制上的需求。4.设计集成度高，在电平上，S5P4418为3.3V（GPIO），而与以往的1.8V相比，更便于客户设计使用。

2.2 接口转换电路

转换电路设计采用的是FTDI公司生产的FT232RL作为主要接口转换芯片，此芯片可以实现USB到串行UART接口的转换，甚至可转换到同步、异步Bit-Bang接口模式。FTDI公司提供各种操作系统（os）下的驱动程序，电路设计容易上手 ，内部整合了上电复位电路，在芯片内部自身能产生时钟，不用外挂晶振，而且电源去耦RC电路在芯片内部集成，操作使用方便；整合了电平转换器，其输入/输出电平在2.8V到5V范围之内，整体兼容性较好；此外，输入/输出引脚驱动能力强，能够驱动较长数据线路甚至可驱动多个设备。

三、系统软件实现

在安卓操作系统上研发的大多应用程序，基本上是使用java语言实现的，而要在本设计中使用C或是C++来实现，就必须采用NDK。NDK的全称为Native Development Kit。这是工具集，主要用途是集成了安卓的交叉编译环境，为并提供了一套比较方便的makefile，主要有两个优点：一是合理的使用现有代码。二是提高程序的执行效率。需要注意的是，在使用NDK前，我们必须先安装SDK。此外，在Windows环境下研发，则需要使用cygwin（Win环境下linux模拟器）

安卓NDK开发一般有以下四个步骤：一是实现接口设计；二是采用C或者C++实现本地方法；三是进一步生成动态链接库；四是把动态链接库拷贝到java工程中，直接生成apk的文件。其中需要注意的是：在创建一个NDK工程中，必须在这个文件夹下同时建立名为src和jni的2个目录，其中src作为调用c库的java接口文件，而jni则是用来保存c文件。紧接着再创建文件名为jni/serialPort.c，主要用途是实现串口的关闭跟打开。

结束语：本文提出一种基于安卓平台的USB接口与串口通信的设计，在系统硬件设计上提出了方案，在软件设计中指出了注意事项以及方式方法，由于版面原因，未一一列出开发程序，总体来看，本设计能够为以后开发人员实现通信接口转换有一定现实指导意义。

参 考 文 献

[1]杨丰盛.Android 应用开发揭秘[M]北京：机械工业出版社.2010：484

[2]张怡，黄劲松，郑乐.基于串口通信的虚拟仪器平台的设计与测试[J]航空计算技术.2010（9）