Android USB开发—USB通信
<p>USB通信两端分别称为：HOST(USB主机) 与 Device(USB从机/USB配件)，常见的主机就是我们的计算机。而Android 可以支持USB主机模式与USB配件模式，意思就是Android既可以是主机也可以是配件。<br><img src="https://img2023.cnblogs.com/blog/835426/202305/835426-20230531104748373-1632720238.png" alt="" loading="lazy"><br>
Android作为配件与其通信的主机必须设计为与Android设备兼容，即遵循Android配件通信协议(AOA协议)。也就是说需要按照此协议进行USB主机设备的开发。</p>
<h2 id="配件模式">配件模式</h2>
<p>有兴趣的可以在《4、AOA协议》中了解，此处不再过多描述。</p>
<h2 id="主机模式">主机模式</h2>
<p>主机模式表示Android设备作为主机为USB总线供电与外部设备进行通信。进行USB通信的大致流程如下：<br>
<img src="https://img2023.cnblogs.com/blog/835426/202305/835426-20230531105037810-1456202503.png" alt="" loading="lazy"></p>
<h3 id="1连接检测">1、连接检测</h3>
<p>这一步由电气工程师负责，软件开发人员无需关心(如果感兴趣可以看<code>圈圈教你玩USB1</code>：链接：https://pan.baidu.com/s/1dOen5533QWN5IMtGAO_zXw 提取码：wvs9 )。</p>
<p>以低速设备连接检测为例：<br>
<img src="https://img2023.cnblogs.com/blog/835426/202305/835426-20230531105129652-114529049.png" alt="" loading="lazy"></p>
<ol>
<li>USB主机端口在D+（正极）和D-（负极）上都有15K的下拉电阻，在没有设备连接时，在下拉电阻的作用下，使得两条数据线的电压都是近地的，也就是0V；</li>
<li>低速USB设备在D-上有1.5K的上拉电阻；</li>
<li>在设备连接后，此时主机上D-的下拉电阻和设备上D-的上拉电阻构成分压。此时在D-上会出现3V左右的电压，D+仍然是0V；</li>
<li>主机检测电压维持2ms，则认为当前有USB设备连接，并且是一个低速USB设备。</li>
</ol>
<h3 id="2枚举设备">2、枚举设备</h3>
<p>USB只是一个总线，只提供一个数据通路而已。USB总线驱动程序并不知道一个设备具体如何操作，有哪些行为。具体设备实现什么功能，由设备自己决定，USB主机需要通过描述符了解。这些描述符主要包括：</p>
<ul>
<li><strong>设备描述符</strong>：一个设备只有一个，固定18字节长度，指出设备设备使用的USB协议号、设备信息、厂商和产品ID（vid与pid）等；</li>
<li><strong>配置描述符</strong>：描述设备配置的集合，包含的接口数、配置编号、供电方式、电流需求量等，每个配置描述符中又定义了此配置里有多少接口；</li>
<li><strong>接口描述符</strong>：每个接口有一个接口描述符，接口描述符定义了该接口的编号、接口端点数、接口的类、子类、协议等，每个端点对应一个端点描述符；</li>
<li><strong>端点描述符</strong>：定义了端点大小，类型（读、写）等。</li>
</ul>
<p>枚举设备就是从设备获取各种描述符，选择不同的接口(功能)，根据端点完成通信。</p>
<h4 id="描述符间的关系">描述符间的关系</h4>
<p>USB设备会分出一些端点，如端点0、端点1等，因此USB主机要和设备通信，光有设备地址还不够，还需要一个端点地址。有了设备地址和端点地址，就可以准确的对端点发送和读取数据。<br>
<img src="https://img2023.cnblogs.com/blog/835426/202305/835426-20230531110201383-205798486.png" alt="image" loading="lazy"></p>
<p>就好像我们在一台主机上运行多个Java程序，不同的Java程序就是不同的配置，而接口就是一个Java程序中实现个多个功能，包括文件操作、用户操作等功能。文件操作功能中开启多个Socket，其中Socket1接收文件数据，提供完成文件上传；Socket2发送文件数据，提供文件下载。我们需要通过主机IP地址与不同的Socket绑定的端口号去完成通信。</p>
<p><strong>枚举阶段就是从设备获取各种描述符，选择不同的接口（功能）</strong></p>
<h4 id="android-枚举设备">Android 枚举设备</h4>
<h5 id="21枚举设备">2.1、枚举设备</h5>
<p>在Android SDK中已经完成了枚举的封装。Android提供两种方式进行枚举：</p>
<h6 id="211通过intent过滤器">2.1.1、通过Intent过滤器</h6>
<pre><code class="language-xml"><activity ...>
...
<intent-filter>
<action
android:name="android.hardware.usb.action.USB_DEVICE_ATTACHED" />
</intent-filter>
<meta-data
android:name="android.hardware.usb.action.USB_DEVICE_ATTACHED"
android:resource="@xml/device_filter" />
</activity>
</code></pre>
<p>除了指定 Intent 过滤器 之外，还需要指定一个资源文件来指定支持处理的USB设备的属性，在工程<code>res/xml</code>目录下创建 <code>device_filter.xml</code> 文件，文件内容如下：</p>
<pre><code class="language-xml"><?xml version="1.0" encoding="utf-8"?>
<resources>
<usb-device vendor-id="1234" product-id="5678" />
</resources>
</code></pre>
<p>表示只对<code>vid：1234，pid：5678</code> 感兴趣，其他设备接入并不会调起我们的Activity。</p>
<blockquote>
<p>VID：供应商ID，由供应商向USB-IF(Implementers Forum,应用者论坛)申请；<br>
PID：产品ID，由供应商自行决定。不同的产品、相同产品的不同型号、相同型号的不同设计的产品采用不同的PID，以便区别相同厂家的不同设备。</p>
</blockquote>
<p>如果需要处理所有USB设备，则需要将内容修改为：</p>
<pre><code class="language-xml"><?xml version="1.0" encoding="utf-8"?>
<resources>
<usb-device />
</resources>
</code></pre>
<p>配置完成后，在USB设备加入时，就能通过以下方式从 <code>Intent</code> 获取代表所连接设备的 <code>UsbDevice</code> ：</p>
<pre><code class="language-java">@Override
protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
super.onCreate(savedInstanceState);
setContentView(R.layout.activity_main);
UsbDevice device = getIntent().getParcelableExtra(UsbManager.EXTRA_DEVICE);
}
@Override
protected void onNewIntent(Intent intent) {
super.onNewIntent(intent);
UsbDevice device = getIntent().getParcelableExtra(UsbManager.EXTRA_DEVICE);
}
</code></pre>
<h6 id="212主动枚举设备">2.1.2、主动枚举设备</h6>
<p>除了使用<code>Intent</code>过滤器在设备插入时接收连接设备的 <code>UsbDevice</code> 之外，还可以使用 <code>getDeviceList()</code> 方法获取连接的所有 <code>USB</code> 设备的哈希映射。</p>
<pre><code>UsbManager usbManager = (UsbManager) getSystemService(Context.USB_SERVICE);
...
Map<String, UsbDevice> deviceMap = usbManager.getDeviceList();
Collection<UsbDevice> values = deviceMap.values();
Iterator<UsbDevice> iterator = values.iterator();
while (iterator.hasNext()) {
devices.add(iterator.next());
}
</code></pre>
<h5 id="22获得通信权限">2.2、获得通信权限</h5>
<p>如果应用使用 <code>Intent</code> 过滤器来发现已连接的 <code>USB</code> 设备，则它会在用户允许应用处理 <code>Intent</code> 时自动获得权限。否则，必须在应用中明确请求权限，然后才能连接到设备。因此在尝试与设备通信之前，必须先检查是否具有访问设备的权限。</p>
<p>如果还未具备设备访问权限则需要通过 <code>requestPermission()</code> 完成请求：</p>
<pre><code class="language-java">@Override
protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
super.onCreate(savedInstanceState);
UsbReceiver usbReceiver = new UsbReceiver();
IntentFilter filter = new IntentFilter(UsbReceiver.ACTION_PERMISSION);
registerReceiver(usbReceiver, filter);
if (!usbManager.hasPermission(usbDevice)) {
//申请权限，系统弹出对话框，用户选择后发出广播，触发注册的广播接收者
PendingIntent permissionIntent = PendingIntent.getBroadcast(this, 0,
new Intent(UsbReceiver.ACTION_PERMISSION), 0);
usbManager.requestPermission(usbDevice, permissionIntent);
}
}
public class UsbReceiver extends BroadcastReceiver {
public static final String ACTION_PERMISSION = "com.zxj.usb.USB_PERMISSION";
@Override
public void onReceive(Context context, Intent intent) {
String action = intent.getAction();
if (ACTION_PERMISSION.equals(action)) {
UsbDevice device = intent.getParcelableExtra(UsbManager.EXTRA_DEVICE);
if (intent.getBooleanExtra(UsbManager.EXTRA_PERMISSION_GRANTED, false)) {
Log.d("Lance", "获取权限 ");
} else {
Log.d("Lance", "没有权限 ");
}
}
}
}
</code></pre>
<h4 id="根据描述符筛选设备">根据描述符筛选设备</h4>
<p>在获得通信权限进行通信之前，一般会根据USB设备的描述信息来判断程序是否支持当前设备的通信。<br>
如下示例为判断是否为大容量存储设备（U盘）：<br>
https://www.usb.org/defined-class-codes</p>
<pre><code class="language-java">for (int i = 0; i < usbDevice.getInterfaceCount(); i++) {
UsbInterface usbInterface = usbDevice.getInterface(i);
// 1、类为：USB_CLASS_MASS_STORAGE 0x08
// 2、子类为：0x06 （大部分U盘使用）
// 3、协议为：0x50 (Bulk-Only协议 批量传输)
if (usbInterface.getInterfaceClass() == UsbConstants.USB_CLASS_MASS_STORAGE//大容量设备
&& usbInterface.getInterfaceSubclass() == 0x06//U盘
&& usbInterface.getInterfaceProtocol() == 0x50) {//通信协议采用Bulk-Only协议
//每个存储设备一定有两个端点：in 和 out
UsbEndpoint outEndpoint = null, inEndpoint = null;
for (int j = 0; j < usbInterface.getEndpointCount(); j++) {
UsbEndpoint endpoint = usbInterface.getEndpoint(j);//获取到端点
if (endpoint.getType() == UsbConstants.USB_ENDPOINT_XFER_BULK) {
if (endpoint.getDirection() == UsbConstants.USB_DIR_OUT) {
outEndpoint = endpoint;//写端点
} else {
inEndpoint = endpoint;//读端点
}
}
}
}
}
</code></pre>
<h4 id="3数据传输">3、数据传输</h4>
<p>在完成设备枚举后，选定 <code>UsbDevice</code> 对象并获取权限后，接下来就可以与之进行数据交互。在USB通信过程中主要有四种数据传输方式：<code>Control Transaction</code>(控制传输)、<code>Interrupt Transaction</code>(中断传输)、<code>Bulk Transaction</code>(批量传输)和<code>Isochronous Transaction</code>(等时传输)。</p>
<ul>
<li><strong>控制传输</strong>：<br>
所有USB设备与主机必须支持的方式，特点是数据量小、正确性高，一般用于信息获取、命令控制与参数配置等。在获取设备描述符阶段采用此方式。</li>
<li><strong>中断传输</strong>：<br>
中断传输是一种保证查询频率的传输，主机会保证在小于这个时间间隔的范围内安排一次传输，常用于数据量不大，但是对时间要求严格的设备，比如键盘按一个键值，鼠标移动的位移量。</li>
<li><strong>批量传输</strong>:<br>
主要用于传输大量的，但是对时间无要求的数据，比如读取U盘的数据。</li>
<li><strong>等时传输</strong>：<br>
适用于数据量大且恒定的数据，比如USB摄像头。</li>
</ul>
<p><img src="https://img2023.cnblogs.com/blog/835426/202305/835426-20230531114457327-788104583.png" alt="image" loading="lazy"><br>
Android提供使用 批量传输<code>bulkTransfer()</code>与控制传输<code>controlTransfer()</code>在端点上传输的数据</p>
<blockquote>
<p>如果要完成中断与等时传输可以借助后面介绍的第三方C库：libusb。</p>
</blockquote>
<p>在进行传输之前，首先需要获取设备对应的<code>UsbDeviceConnection</code>对象</p>
<pre><code class="language-java">UsbDeviceConnection deviceConnection = usbManager.openDevice(usbDevice);
//锁定此UsbInterface （其实就是锁定端口，同时只能一处使用）
deviceConnection.claimInterface(usbInterface, true);
// 控制传输
byte[] maxLun = new byte;
deviceConnection.controlTransfer(requestType,request, value, index, bytes, bytes.length, TIMEOUT);
// 批量传输
deviceConnection.bulkTransfer(endpoint, bytes, bytes.length, TIMEOUT);
</code></pre>
<h4 id="4关闭通信">4、关闭通信</h4>
<p>当完成与设备的通信后，需要调用 <code>releaseInterface()</code> 和 <code>close()</code> 来关<br>
闭 <code>UsbInterface</code> 和 <code>UsbDeviceConnection</code> 。</p>
<pre><code class="language-java">//关闭
deviceConnection.releaseInterface(usbInterface);
deviceConnection.close();
</code></pre>
<p>而如果是设备断开连接，可以通过广播监听：</p>
<pre><code class="language-java">BroadcastReceiver usbReceiver = new BroadcastReceiver() {
public void onReceive(Context context, Intent intent) {
String action = intent.getAction();
//某个USB设备断开连接
if (UsbManager.ACTION_USB_DEVICE_DETACHED.equals(action)) {
UsbDevice device =
intent.getParcelableExtra(UsbManager.EXTRA_DEVICE);
if (device != null && //当前通信设备) {
deviceConnection.releaseInterface(usbInterface);
deviceConnection.close();
}
}
}
</code></pre><br><br>
来源：https://www.cnblogs.com/zuojie/p/17445653.html
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