Программируем Arduino. Основы работы со скетчами

Плата хоста USB и библиотека

Плата хоста USB и сопутствующие библиотеки созданы довольно давно и в настоящее время поддерживают широкий диапазон периферийных устройств. Первая плата хоста USB была разработана в [email protected] (www.circuitsathome.com). Нынче доступны совместимые платы USB, производимые компаниями Sparkfun, SainSmart и, возможно, другими. На рис. 11.3 изображена плата Sparkfun USB Host, подключенная к Arduino Uno. Обратите внимание на то, что на момент написания данных строк эти платы были несовместимы с Arduino Leonardo, а также с другими моделями, более экзотичными, чем Uno. Поэтому перед приобретением убедитесь в совместимости плат.

Рис. 11.3. Плата Sparkfun USB Host

Данная конкретная плата имеет область, удобную для макетирования, где можно спаять дополнительные компоненты. Альтернативой платам расширения может служить плата Freetronics USBDroid (рис. 11.4). На ней имеются два порта USB: порт микроUSB для программирования и полноразмерный разъем USB для подключения клавиатуры и подобных устройств.

Рис. 11.4. Плата Freetronics USBDroid

При работе с USBDroid или неофициальными моделями плат хостов USB следует использовать оригинальную библиотеку USB_Host_Shield от [email protected] При работе с официальной платой следует использовать библиотеку USB_Host_Shield_2, поддерживающую более широкий спектр устройств.

Программирование интерфейса USB с применением упомянутых библиотек — не самая простая задача. Библиотеки предоставляют крайне низкоуровневый доступ к шине USB. На веб-сайте автора (www.simonmonk.org) можно найти пример скетча sketch_11_03_host_keyboard, реализующего подключение клавиатуры с использованием платы хоста USB.

Этот скетч является адаптацией одного из примеров, сопровождающих библиотеку USB_Host_Shield. В нем, в отличие от оригинала, информация о нажатых клавишах выводится в монитор последовательного порта вместо жидкокристаллического дисплея.

Этот скетч (и пример, на котором он основан) может служить отличным шаблоном для создания собственных скетчей, так как оба они корректно обрабатывают нажатия всех клавиш. Если вас интересуют только цифровые клавиши и клавиши управления курсором, вы можете существенно упростить свой скетч.

Скетч слишком длинный, чтобы привести его здесь целиком, поэтому я покажу только наиболее важные фрагменты. Возможно, вам будет полезно загрузить этот скетч и заглядывать в него, читая описание в книге.

Скетч импортирует три библиотеки:

#include <Spi.h>

#include <Max3421e.h>

#include <Usb.h>

Библиотека Spi.h необходима для взаимодействий с контроллером хоста USB. В роли контроллера используется микросхема Max3421e, поэтому следует импортировать одноименную библиотеку. И наконец, нужно подключить еще одну библиотеку (Usb.h), основанную на библиотеке Max3421e.h, которая скрывает некоторые сложности выполнения операций с контроллером.

За командами импортирования библиотек следуют определения констант, например:

#define BANG        (0x1E)

Это просто еще один способ определения констант в C. Данную константу можно было бы определить иначе:

cons tint BANG = 0x1E;

Далее создаются объекты типов MAX3421E и USB, и в функции setup вызывается функция powerOn объекта Max:

MAX3421E Max;

USB Usb;

В функции loop вызываются функции Task обоих объектов, Max и Usb. Они проверяют готовность интерфейса USB.

void loop() {

    Max.Task();

    Usb.Task();

    if( Usb.getUsbTaskState() == USB_STATE_CONFIGURING ) {  // ждать завершения настройки

        kbd_init();

        Usb.setUsbTaskState( USB_STATE_RUNNING );

    }

    if( Usb.getUsbTaskState() == USB_STATE_RUNNING ) {  // опросить клавиатуру

        kbd_poll();

    }

}

При первом запуске интерфейс USB переходит в состояние настройки USB_STATE_CONFIGURING, в котором находится, пока с помощью kbd_init не будет установлено соединение с клавиатурой. Эта функция использует структуру записи конечной точки (ep_record), куда помещаются части сообщения, необходимого для установки соединения с клавиатурой:

ep_record[ 0 ] = *( Usb.getDevTableEntry( 0,0 ));

ep_record[ 1 ].MaxPktSize = EP_MAXPKTSIZE;

ep_record[ 1 ].Interval  = EP_POLL;

ep_record[ 1 ].sndToggle = bmSNDTOG0;

ep_record[ 1 ].rcvToggle = bmRCVTOG0;

Usb.setDevTableEntry( 1, ep_record );

/* Настроить устройство */

rcode = Usb.setConf( KBD_ADDR, 0, 1 );

После инициализации, вероятнее всего, клавиатура перейдет в состояние нормального функционирования (USB_STATE_RUNNING), обнаружив которое скетч вызовет kbd_poll для проверки нажатия клавиши на клавиатуре.

Ключевая строка в kbd_poll

rcode = Usb.inTransfer( KBD_ADDR, KBD_EP, 8, buf );

читает скан-код клавиши, чтобы определить, была ли нажата какая-нибудь клавиша. Этот код не является кодом ASCII. Преобразование скан-кодов в коды ASCII осуществляется в функции HIDtoA. Эта функция — самая сложная в скетче, но вы можете просто копировать ее в свои скетчи, не вдаваясь в детали ее работы. Список скан-кодов и порядок их преобразования в коды ASCII можно найти по адресу www.win.tue.nl/~aeb/linux/kbd/scancodes-1.html.

Одной из интересных особенностей протокола USB-устройств для взаимодействия с человеком (Human Interface Device, HID), используемого для работы с клавиатурой, является возможность управления светодиодными индикаторами Scroll Lock, Caps Lock и Num Lock. Функция kbd_poll включает и выключает эти индикаторы в ответ на нажатия клавиш Scroll Lock, Caps Lock и Num Lock, однако вы можете написать коротенький скетч, например sketch_11_04_host_scroll_lock, который просто мигает светодиодными индикаторами на клавиатуре.

Ключевая функция в этом скетче:

void toggleLEDs( void )

{

  if (leds == 0) {

    leds = 0b00000111;

  }

  else {

    leds = 0;

  }

  Usb.setReport( KBD_ADDR, 0, 1, KBD_IF, 0x02, 0, &leds );

}

Три младших бита в байте — это три флага, управляющих состояниями индикаторов на клавиатуре.

Хост USB на плате Arduino Due

Плата Arduino Due способна действовать как встроенный хост USB. На момент написания этих строк данная возможность рассматривалась командой разработчиков Arduino как экспериментальная. Загляните в официальную документацию Arduino (http://arduino.cc/en/Reference/USBHost), чтобы определить текущее состояние дел в этой области и выяснить, произошли ли изменения в способе ее использования.

Модель Due не имеет полноразмерного разъема USB, к которому можно было бы подключить клавиатуру или мышь. Для подключения таких устройств требуется использовать кабель Micro USB OTG Host Cable (рис. 11.5). На этом снимке к плате Arduino Due подключен адаптер беспроводной клавиатуры, но точно так же можно подключить обычную клавиатуру USB.

Библиотеки поддержки USB в Arduino Due имеют более простой интерфейс, чем библиотека обслуживания хоста USB, и вместо скан-кодов

Рис. 11.5. Arduino Due с подключенным кабелем Micro USB OTG Host Cable и клавиатурой

возвращают коды ASCII нажатых клавиш. Следующий пример демонстрирует взаимодействие с клавиатурой. Он просто выводит в монитор последовательного порта символы, соответствующие нажатым клавишам:

// sketch_11_05_keyboard_due

#include <KeyboardController.h>

USBHost usb;

KeyboardController keyboard(usb);

void setup()

{

  Serial.begin(9600);

  Serial.println("Program started");

  delay(200);

}

void loop()

{