Android USB开发—USB通信
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。
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。
配件模式
有兴趣的可以在《4、AOA协议》中了解,此处不再过多描述。
主机模式
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:
1、连接检测
这一步由电气工程师负责,软件开发人员无需关心(如果感兴趣可以看圈圈教你玩USB1
:链接:https://pan.baidu.com/s/1dOen5533QWN5IMtGAO_zXw 提取码:wvs9 )。
以低速设备连接检测为例:
- 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;
- 低速USB设备在D-上有1.5K的上拉电阻;
- 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;
- 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。
2、枚举设备
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:
- 设备描述符: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;
- 配置描述符: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;
- 接口描述符: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;
- 端点描述符:定义了端点大小,类型(读、写)等。
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。
描述符间的关系
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。
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。
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)
Android 枚举设备
2.1、枚举设备
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:
2.1.1、通过Intent过滤器
<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>
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res/xml
目录下创建 device_filter.xml
文件,文件内容如下:
<?xml version="1.0" encoding="utf-8"?> <resources> <usb-device vendor-id="1234" product-id="5678" /> </resources>
表示只对vid:1234,pid:5678
感兴趣,其他设备接入并不会调起我们的Activity。
VID:供应商ID,由供应商向USB-IF(Implementers Forum,应用者论坛)申请;
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。
如果需要处理所有USB设备,则需要将内容修改为:
<?xml version="1.0" encoding="utf-8"?> <resources> <usb-device /> </resources>
配置完成后,在USB设备加入时,就能通过以下方式从 Intent
获取代表所连接设备的 UsbDevice
:
@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); }
2.1.2、主动枚举设备
除了使用Intent
过滤器在设备插入时接收连接设备的 UsbDevice
之外,还可以使用 getDeviceList()
方法获取连接的所有 USB
设备的哈希映射。
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()); }
2.2、获得通信权限
如果应用使用 Intent
过滤器来发现已连接的 USB
设备,则它会在用户允许应用处理 Intent
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。
如果还未具备设备访问权限则需要通过 requestPermission()
完成请求:
@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 "); } } } }
根据描述符筛选设备
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。
如下示例为判断是否为大容量存储设备(U盘):
https://www.usb.org/defined-class-codes
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 } } } } }
3、数据传输
在完成设备枚举后,选定 UsbDevice
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:Control Transaction
(控制传输)、Interrupt Transaction
(中断传输)、Bulk Transaction
(批量传输)和Isochronous Transaction
(等时传输)。
- 控制传输:
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。 - 中断传输:
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。 - 批量传输:
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。 - 等时传输:
适用于数据量大且恒定的数据,比如USB摄像头。
Android提供使用 批量传输bulkTransfer()
与控制传输controlTransfer()
在端点上传输的数据
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。
在进行传输之前,首先需要获取设备对应的UsbDeviceConnection
对象
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[1]; deviceConnection.controlTransfer(requestType,request, value, index, bytes, bytes.length, TIMEOUT); // 批量传输 deviceConnection.bulkTransfer(endpoint, bytes, bytes.length, TIMEOUT);
4、关闭通信
当完成与设备的通信后,需要调用 releaseInterface()
和 close()
来关
闭 UsbInterface
和 UsbDeviceConnection
。
//关闭 deviceConnection.releaseInterface(usbInterface); deviceConnection.close();
而如果是设备断开连接,可以通过广播监听:
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(); } } }
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