Android NFC开发-理论篇

近距离无线通信技术(Near Field Communication，NFC)，是由飞利浦公司和索尼公司共同开发的一种非接触式识别和互联技术，可以在移动设备、消费类电子产品、PC和智能设备间进行近距离无线通信。NFC提供了一种简单的、非触控式的解决方案，可以让消费者简单直观地交换信息、访问内容与服务。NFC整合了非接触式读卡器、非接触式智能卡和点对点(Peer-to—Peer)通信功能，为消费者开创了全新的便捷生活方式。手机和NFC技术的结合，将会给消费者提供极大的生活便利，例如移动支付、位置服务信息、身份识别、公共交通卡等应用，在医疗保健、优惠券、智能海报等许多领域有也有巨大的应用潜力。

一、NFC的3种工作模式

1. 读卡器模式
   数据在NFC芯片中，可以简单理解成“刷标签”。本质上就是通过支持NFC的手机或其它电子设备从带有NFC芯片的标签、贴纸、名片等媒介中读写信息。通常NFC标签是不需要外部供电的。当支持NFC的外设向NFC读写数据时，它会发送某种磁场，而这个磁场会自动的向NFC标签供电。

2. 仿真卡模式
   数据在支持NFC的手机或其它电子设备中，可以简单理解成“刷手机”。本质上就是将支持NFC的手机或其它电子设备当成借记卡、公交卡、门禁卡等IC卡使用。基本原理是将相应IC卡中的信息凭证封装成数据包存储在支持NFC的外设中 。
   在使用时还需要一个NFC射频器（相当于刷卡器）。将手机靠近NFC射频器，手机就会接收到NFC射频器发过来的信号，在通过一系列复杂的验证后，将IC卡的相应信息传入NFC射频器，最后这些IC卡数据会传入NFC射频器连接的电脑，并进行相应的处理（如电子转帐、开门等操作）。

3. 点对点模式
   该模式与蓝牙、红外差不多，用于不同NFC设备之间进行数据交换，不过这个模式已经没有有“刷”的感觉了。其有效距离一般不能超过4厘米，但传输建立速度要比红外和蓝牙技术快很多，传输速度比红外块得多，如过双方都使用Android4.2，NFC会直接利用蓝牙传输。这种技术被称为Android Beam。所以使用Android Beam传输数据的两部设备不再限于4厘米之内。
   点对点模式的典型应用是两部支持NFC的手机或平板电脑实现数据的点对点传输，例如，交换图片或同步设备联系人。因此，通过NFC，多个设备如数字相机，计算机，手机之间，都可以快速连接，并交换资料或者服务。

二、Android对NFC的支持

不同的NFC标签之间差异很大，有的只支持简单的读写操作，有时还会采用支持一次性写入的芯片，将NFC标签设计成只读的。当然，也存在一些复杂的NFC标签，例如，有一些NFC标签可以通过硬件加密的方式限制对某一区域的访问。还有一些标签自带操作环境，允许NFC设备与这些标签进行更复杂的交互。这些标签中的数据也会采用不同的格式。但Android SDK API主要支持NFC论坛标准（Forum Standard），这种标准被称为NDEF（NFC Data Exchange Format，NFC数据交换格式）。

三、API概览

Class	Description
NfcManager	一个NFC adapter的管理器，可以列出所有此android设备支持的NFC adapter.只不过大部分android 设备只有一个NFC adapter，所以你大部分情况下可以直接用静态方法 getDefaultAdapter(context)来取适配器。
NfcAdapter	表示本设备的NFC adapter,可以定义Intent来请求将系统检测到tags的提醒发送到你的Activity.并提供方法去注册前台tag提醒发布和前台NDEF推送。 前台NDEF推送是当前android版本唯一支持的p2p NFC通信方式。
NdefMessage，NdefRecord	NDEF是NFC论坛定义的数据结构，用来有效的存数据到NFC tags.比如文本，URL，和其他MIME类型。一个NdefMessage扮演一个容器，这个容器存哪些发送和读到的数据。一个NdefMessage对象包含0或多个NdefRecord,每个NDEF record有一个类型，比如文本，URL，智慧型海报/广告，或其他MIME数据。在NDEFMessage里的第一个NfcRecord的类型用来发送tag到一个android设备上的activity.
Tag	标示一个被动的NFC目标，比如tag，card，钥匙挂扣，甚至是一个电话模拟的的NFC卡. 当一个tag被检测到，一个tag对象将被创建并且封装到一个Intent里，然后NFC 发布系统将这个Intent用startActivity发送到注册了接受这种Intent的activity里。你可以用getTechList()方法来得到这个tag支持的技术细节和创建一个android.nfc.tech提供的相应的TagTechnology对象。

四、Tag支持的技术标准

Class	Description
TagTechnology	这个接口是下面所有tag technology类必须实现的。
NfcA	支持ISO 14443-3A 标准的操作。Provides access to NFC-A (ISO 14443-3A) properties and I/O operations.
NfcB	Provides access to NFC-B (ISO 14443-3B) properties and I/O operations.
NfcF	Provides access to NFC-F (JIS 6319-4) properties and I/O operations.
NfcV	Provides access to NFC-V (ISO 15693) properties and I/O operations.
IsoDep	Provides access to ISO-DEP (ISO 14443-4) properties and I/O operations.
Ndef	提供对那些被格式化为NDEF的tag的数据的访问和其他操作。 Provides access to NDEF data and operations on NFC tags that have been formatted as NDEF.
NdefFormatable	对那些可以被格式化成NDEF格式的tag提供一个格式化的操作
MifareClassic	如果android设备支持MIFARE，提供对MIFARE Classic目标的属性和I/O操作。
MifareUltralight	如果android设备支持MIFARE，提供对MIFARE Ultralight目标的属性和I/O操作。

五、Tag发布系统

当android设备扫描到一个NFC tag，通用的行为是自动找最合适的Activity会处理这个tag Intent而不需要用户来选择哪个Activity来处理。因为设备扫描NFC tags是在很短的范围和时间，如果让用户选择的话，那就有可能需要移动设备，这样将会打断这个扫描过程。你应该开发你只处理需要处理的tags的Activity，以防止让用户选择使用哪个Activity来处理的情况。Android提供两个系统来帮助你正确的识别一个NFC tag是否是你的Activity想要处理的：Intent发布系统和前台Activity发布系统。

Intent发布系统检查所有Activities的intent filters，找出那些定义了可以处理此tag的Activity，如果有多个Activity都配置了处理同一个tag Intent，那么将使用Activity选择器来让用户选择使用哪个Activity。用户选择之后，将使用选择的Activity来处理此Intent.

前台发布系统允许一个Activity覆盖掉Intent发布系统而首先处理此tag Intent，这要求你将要处理Tag Intent的Activity运行在前台，这样当一个NFC tag被扫描到，系统先检测前台的Activity是否支持处理此Intent，如果支持，即将此Intent传给此Activity，如果不支持，则转到Intent发布系统。

使用Intent发布系统

Intent发布系统指定了3个intent有不同的优先级。通常当一个tag被检测到之后，Intent就被启动（start）了，这个启动遵循以下行为:

• android.nfc.action.NDEF_DISCOVERED: 这个intent是在一个包含NDEF负载的tag被检测到时启动，这是最高优先级的intent, android系统不会让你指定一个Intent能处理所有的NFC数据类型，你必须在AndroidManifest.xml中指定与NFC tag对应的元素，这样当扫描到的tag传过来的数据类型与你定义的相匹配时，你的Activity就会被调用。

<activity android:name=".NdefActivity"
            android:launchMode="singleTop"
            android:label="读写NDEF格式"
            >
            <intent-filter>
                <action android:name="android.nfc.action.NDEF_DISCOVERED"/>
                <category android:name="android.intent.category.DEFAULT"/>
            intent-filter>
        activity>

如果NDEF_DISCOVERED intent 已经被启动，TECH_DISCOVERED 和 TAG_DISCOVERED intents 将不会被启动。假如一个未知的tag或者不包含NDEF负载的tag被检测到，此Intent就不会被启动。

• android.nfc.action.TECH_DISCOVERED: 如果 NDEF_DISCOVERED intent没启动或者没有一个Activity的filter检测NDEF_DISCOVERED ，并且此tag是已知的，那么此TECH_DISCOVERED Intent将会启动. TECH_DISCOVERED intent要求你在一个资源文件里(xml)里指定你要支持technologies列表。

<activity android:name=".MifareClassicActivity"
            android:launchMode="singleTop"
            android:label="读写MIFARECLASSIC格式"
            >
            <intent-filter>
                <action android:name="android.nfc.action.TECH_DISCOVERED"/>
                <category android:name="android.intent.category.DEFAULT"/>
            intent-filter>
            <meta-data  android:name="android.nfc.action.TECH_DISCOVERED"
                android:resource="@xml/tech_list"
                />
        activity>

• android.nfc.action.TAG_DISCOVERED: 如果没有一个activity处理_DISCOVERED and TECH_DISCOVERED intents或者tag被检测为未知的，那么此Intent将会被启动。

假如你的Activity在AndroidManifest.xml文件里声明了处理android.nfc.action.TECH_DISCOVERED intent ，你必须创建一个Xml格式的资源文件，并加上你的activity支持的technologies到tech-list集合里。这样你的activity将被认作能处理这些tech-list的处理者，如果tag使用的technology属于你的定义的list里，你的Activity将接收此Intent。你可以用getTechList()来获得tag支持的technologies。
例如：如果一个tag被检测到支持MifareClassic, NdefFormatable, 和 NfcA，你的tech-list集合必须指定了其中的一项或者多项来保证你的Activity能处理此Intent。
你也可以指定多个tech-list集合，每个集合都认做独立的。如果任何单个tech-list集合是getTechList()返回的technologies集合的子集，那么你的Activity将被认为匹配了。这个还提供’与’和’或’操作。

tech_filter.xml

<resources>

    <tech-list>
        <tech>android.nfc.tech.Ndeftech>
        <tech>android.nfc.tech.MifareClassictech>
    tech-list>
    
    <tech-list>
        <tech>android.nfc.tech.IsoDeptech>
        <tech>android.nfc.tech.NfcAtech>
        <tech>android.nfc.tech.NfcBtech>
        <tech>android.nfc.tech.NfcFtech>
        <tech>android.nfc.tech.NfcVtech>
        <tech>android.nfc.tech.Ndeftech>
        <tech>android.nfc.tech.NdefFormatabletech>
        <tech>android.nfc.tech.MifareClassictech>
        <tech>android.nfc.tech.MifareUltralighttech>
    tech-list>
resources>

使用前台发布系统

前台发布系统允许一个Activity 拦截一个tag Intent 获得最高优先级的处理，这种方式很容易使用和实现：
1.在OnCreate()方法中创建一个 PendingIntent对象, 这样Android系统就能在一个tag被检测到时定位到这个对象

PendingIntent pendingIntent = PendingIntent.getActivity( 
this, 0, new Intent(this, getClass()).addFlags(Intent.FLAG_ACTIVITY_SINGLE_TOP), 0);

launchMode设为singleTop，这样无论NFC标签靠近手机多少次，保障只有一个Activity实例。（除一次靠近调用OnCreate()方法外，标签每一次靠近都会调用OnNewIntent()方法。）
2. 在主线程里调用enableForegroundDispatch(Activity, PendingIntent, IntentFilter[], String[][])而且Activity在前台（可以在onResume()里调用来保证这点）。

//页面获取到焦点
    @Override
    protected void onResume() {
        super.onResume();
        if (mNfcAdapter!=null){
            mNfcAdapter.enableForegroundDispatch(this,mPendingIntent,null,null);//打开前台发布系统，使页面优于其它nfc处理
        }
    }

    //页面失去焦点
    @Override
    protected void onPause() {
        super.onPause();
        if(mNfcAdapter!=null){
            mNfcAdapter.disableForegroundDispatch(this);//关闭前台发布系统
        }
    }

3.在OnNewIntent中获取Tag对象

@Override
    protected void onNewIntent(Intent intent) {
        super.onNewIntent(intent);
        mTag=intent.getParcelableExtra(NfcAdapter.EXTRA_TAG);
        String[] techList=mTag.getTechList();
        System.out.println("标签支持的tachnology类型：");
        for (String tech:techList){
            System.out.println(tech);
        }
    }

以上，是关于NFC的基础知识，下一篇我们利用这些知识实现对NFC Ndef标签和MifareClassic标签的读写操作。

参考：

1. 基于android的NFC技术与开发实例
2. Android NFC标签 开发深度解析 触碰的艺术
3. android nfc中MifareClassic格式的读写