Android USB通信

Android USB通信

• Author: 迷你小猪
• Date: 2020-09-07
• Email: [email protected]

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知识简介：

1. Android 通过 USB 配件和 USB 主机两种模式支持各种 USB 外围设备和 Android USB 配件（实现 Android 配件协议的硬件）。

   • 在 USB 配件模式下，外部 USB 硬件充当 USB 主机，配件包括机器人控制器、扩展坞、音乐设备、自助服务终端、读卡器等。不具备主机功能的 Android 设备就能够与 USB 硬件互动。Android USB 配件必须设计为与 Android 设备兼容，并且必须遵守 Android 配件通信协议。

   • 在 USB 主机模式下，Android 设备充当主机，设备包括数码相机、键盘、鼠标和游戏控制器等。针对各类应用和环境设计的 USB 设备仍可与能够与设备正常通信的 Android 应用互动。

2. 下图展示了这两种模式之间的差异。

   • 当 Android 设备处于主机模式时，它会充当 USB 主机并为总线供电。

   • 当 Android 设备处于 USB 配件模式时，所连接的 USB 硬件（本例中为 Android USB 配件）充当主机并为总线供电。
     [外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-OuBVIJUv-1605706806773)(https://developer.android.com/images/usb-host-accessory.png)]

3. Android 3.1（API 级别 12）或更高版本的平台直接支持 USB 配件和主机模式。USB 配件模式还作为插件库向后移植到 Android 2.3.4（API 级别 10）中，以支持更广泛的设备。设备制造商可以选择是否在设备的系统映像中添加该插件库。

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USB通信模式简称：

1. Accessory Mode: 配件模式，以下简称 AM

2. Host Mode: 主机模式，以下简称 HM

3. USB 设备管理器：

   • Android 2.3.4 版本：

     UsbManager manager = UsbManager.getInstance(this);
     

   • Android 3.1 版本：

     UsbManager manager = (UsbManager) getSystemService(Context.USB_SERVICE);
     

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USB AM介绍：

获取指定的配件设备：

1. 获取已连接的配件(通过清单文件结合IntentFilter获取)：

   • Android 2.3.4 版本：

     UsbAccessory accessory = UsbManager.getAccessory(intent);
     

   • Android 3.1 版本：

     UsbAccessory accessory = (UsbAccessory) intent.getParcelableExtra(UsbManager.EXTRA_ACCESSORY);
     

2. 配置 AndroidManifest.xml：

   • Android 2.3.4 版本：

     • 添加 元素来声明您的应用使用 com.android.future.usb.accessory 功能

       <uses-feature android:name="com.android.future.usb.accessory" android:required="true"/>
       <uses-sdk android:minSdkVersion="10" />
       

   • Android 3.1 版本：

     • 添加 元素来声明您的应用使用 android.hardware.usb.accessory 功能

       <uses-feature android:name="android.hardware.usb.accessory" android:required="true"/>
       <uses-sdk android:minSdkVersion="12" />
       

3. 如果需要动态监听 USB 配件的连接或断开，需要在 Activity 的标签中制定 和 元素。其中， 元素指向一个外部 XML 资源文件，该文件位于 res/xml/ 路径下，声明了关于要检测的配件的识别信息。该 XML 资源文件中，为要过滤的配件声明 元素。每个 可以包含属性：manufacturer、model 、version。

   • activity 标签配置示例：

     
     	
     	
     		...
     		
         		
     		
     
     		
     	
     
     

   • 型号、制造商、版本信息的 xml 文件如：

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获取设备列表：

• 获取已连接的所有 USB 配件的列表

  UsbManager manager = (UsbManager) getSystemService(Context.USB_SERVICE);
  UsbAccessory[] accessoryList = manager.getAccessoryList();
  

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AM通信开发指南：

1. 发现配件：

   • 有两种方式发现配件：使用在用户连接配件时会收到通知的 Intent 过滤器，或者获取已连接的配件列表。

   • 如果需要应用能够自动检测所需的配件，那么使用 Intent 过滤器会很便捷。

   • 如果需要获得所有已连接配件的列表，或者您的应用没有 Intent 过滤器，那么枚举已连接的配件很便捷。

2. 使用配件：当用户将 USB 配件连接到 Android 设备时，Android 系统可以确定您的应用是否对所连接的配件感兴趣。如果感兴趣，您可以根据需要设置与该配件的通信。为此，您的应用必须执行以下操作：

   • 发现连接的配件，方法是使用 Intent 过滤器来过滤配件连接事件，或者枚举所连接的配件并找到适合的配件。

   • 请求用户授予与配件通信的权限（如果尚未获得该权限）。

   • 通过在适当的接口端点读取和写入数据来与配件通信。

3. 获取与配件通信的权限：

   • 要明确获取权限，请先创建一个广播接收器。此接收器监听在您调用 requestPermission() 时接收广播的 Intent。调用 requestPermission() 会向用户显示一个对话框，请求授予连接到配件的权限。以下示例代码展示了如何创建广播接收器：

     private static final String ACTION_USB_PERMISSION = "com.android.example.USB_PERMISSION";
     
     private final BroadcastReceiver usbReceiver = new BroadcastReceiver() {
     	public void onReceive(Context context, Intent intent) {
     		String action = intent.getAction();
     		if (ACTION_USB_PERMISSION.equals(action)) {
     			synchronized (this) {
     				UsbAccessory accessory = (UsbAccessory) intent.getParcelableExtra(UsbManager.EXTRA_ACCESSORY);
     				if (intent.getBooleanExtra(UsbManager.EXTRA_PERMISSION_GRANTED, false)) {
     					if(accessory != null) {
     						// call method to set up accessory communication
     					}
     				} else {
     					Log.d(TAG, "permission denied for accessory " + accessory);
     				}
     			}
     		}
     	}
     };
     

   • 注册广播接收器，请将以下代码添加到您的 Activity 中的 onCreate() 方法中：

     UsbManager usbManager = (UsbManager) getSystemService(Context.USB_SERVICE);
     permissionIntent = PendingIntent.getBroadcast(this, 0, new Intent(ACTION_USB_PERMISSION), 0);
     IntentFilter filter = new IntentFilter(ACTION_USB_PERMISSION);
     registerReceiver(usbReceiver, filter);
     

   • 要显示对话框来向用户请求连接到配件的权限，请调用 requestPermission() 方法：

     UsbAccessory accessory;
     if (BUILD.VERSION.SDK_INIT >= 10 && BUILD.VERSION.SDK_INIT < 12) {
     	accessory = UsbManager.getAccessory(intent);
     } else {
     	accessory = (UsbAccessory) intent.getParcelableExtra(UsbManager.EXTRA_ACCESSORY);
     }
     usbManager.requestPermission(accessory, permissionIntent);
     

   • 当用户在该对话框中作出回复时，您的广播接收器会收到包含 EXTRA_PERMISSION_GRANTED extra 的 Intent，该 extra 是代表用户回复的布尔值。在连接到配件之前，请检查此 extra 的值是否为 true。

4. 与配件进行通信：

   • 使用 UsbManager 来获取文件描述符，然后设置输入和输出流来向描述符读写数据，以此与配件通信。这些流表示配件的输入和输出批量端点。您应该在另一个线程中设置设备和配件之间的通信，这样就不会锁定主界面线程。在线程的 run() 方法中，您可以使用 FileInputStream 或 FileOutputStream 对象来读写配件。

   • 使用 FileInputStream 对象从配件读取数据时，请确保您使用的缓冲区足以存储 USB 数据包数据。Android 配件协议支持最大 16384 字节的数据包缓冲区，因此为了简单起见，您可以选择始终将缓冲区声明为此大小。

   • 在较低的 API 级别，USB 全速配件的数据包为 64 字节，USB 高速配件的数据包为 512 字节。为简单起见，Android 配件协议将全速和高速数据包打包到一个逻辑数据包中。

   • 以下示例展示了如何打开配件以与之通信：

     UsbAccessory accessory;
     ParcelFileDescriptor fileDescriptor;
     FileInputStream inputStream;
     FileOutputStream outputStream;
     ...
     
     private void openAccessory() {
         Log.d(TAG, "openAccessory: " + accessory);
         fileDescriptor = usbManager.openAccessory(accessory);
         if (fileDescriptor != null) {
             FileDescriptor fd = fileDescriptor.getFileDescriptor();
             inputStream = new FileInputStream(fd);
             outputStream = new FileOutputStream(fd);
             Thread thread = new Thread(null, new Runnable() {
             		@override
             		public void run() {
             			// TODO
             		}
             }, "AccessoryThread");
             thread.start();
         }
     }
     

5. 终止与配件通信：

   • 当完成与配件的通信后或者配件断开连接后，请调用 close() 来关闭您打开的文件描述符。

   • 在应用内（而不是清单中）创建广播接收器，可让应用仅在运行时才处理断开连接事件。这样，断开连接事件只会发送到当前正在运行的应用，而不会广播到所有应用。

   • 要监听断开连接事件，请创建如下所示的广播接收器：

     BroadcastReceiver usbReceiver = new BroadcastReceiver() {
     	public void onReceive(Context context, Intent intent) {
         	String action = intent.getAction();
         	if (UsbManager.ACTION_USB_ACCESSORY_DETACHED.equals(action)) {
             	UsbAccessory accessory = (UsbAccessory)intent.getParcelableExtra(UsbManager.EXTRA_ACCESSORY);
             	if (accessory != null) {
                 	// call your method that cleans up and closes communication with the accessory
             	}
         	}
     	}
     };
     

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USB HM介绍：

• 当您的 Android 设备处于 USB 主机模式时，它会充当 USB 主机，为总线供电并枚举连接的 USB 设备。Android 3.1 及更高版本支持 USB 主机模式。

• 在开始前，请务必了解您需要使用的类。下表介绍了 android.hardware.usb 软件包中的 USB 主机 API：

  类	说明
  UsbManager	可以枚举连接的 USB 设备并与之通信。
  UsbDevice	表示连接的 USB 设备，并包含用于访问其标识信息、接口和端点的方法。
  UsbInterface	表示接口端点，是此接口的通信通道。一个接口可以具有一个或多个端点，并且通常具有用于与设备进行双向通信的输入和输出端点。
  UsbDeviceConnection	表示与设备的连接，可在端点上传输数据。借助此类，您能够以同步或异步方式反复发送数据。
  UsbRequest	表示通过 UsbDeviceConnection 与设备通信的异步请求。
  UsbConstants	定义与 Linux 内核的 linux/usb/ch9.h 中的定义相对应的 USB 常量。

• 在大多数情况下，您需要在与 USB 设备通信时使用所有这些类（只有在进行异步通信时才需要 UsbRequest）。一般来说，您需要获取 UsbManager 才能检索所需的 UsbDevice。当您有了设备后，需要找到相应的 UsbInterface 和该接口的 UsbEndpoint 以进行通信。获得正确的端点后，打开 UsbDeviceConnection 以与 USB 设备通信。

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获取指定的 USB 设备：

1. 在 Activity 中，您可以通过以下方式从 Intent 获取代表所连接设备的 UsbDevice：

   UsbDevice device = (UsbDevice) intent.getParcelableExtra(UsbManager.EXTRA_DEVICE);
   

2. 配置 AndroidManifest.xml：

   • 添加 元素来声明您的应用使用 android.hardware.usb.host 功能。

   • 将应用的最低 SDK 设置为 API 级别 12 或更高级别。USB 主机 API 在更早的 API 级别中不存在。

3. 如果您希望应用接收有关连接的 USB 设备的通知，请为主 Activity 中的 android.hardware.usb.action.USB_DEVICE_ATTACHED Intent 指定 和 元素对。 元素指向外部 XML 资源文件，用于声明有关要检测的设备的标识信息。
   在 XML 资源文件中，为要过滤的 USB 设备声明 元素。下表介绍了 的属性。一般来说，如果您想过滤某个特定设备，请使用供应商 ID 和产品 ID；如果您想过滤一组 USB 设备（例如大容量存储设备或数码相机），请使用类、子类和协议。您可以指定所有这些属性，也可以不指定任何属性。如果不指定任何属性，则会与每个 USB 设备进行匹配，因此只在应用需要时才这样做：vendor-id、product-id、class、subclass、protocol（设备或接口）

   • 以下示例展示了示例清单及其相应的资源文件：

     
     
     ...
     
     	
     	
     		...
     		
          		
     		
     
     		
     	
     
     

   • 在这种情况下，以下资源文件应保存在 res/xml/device_filter.xml 中，并指定应过滤具有指定属性的所有 USB 设备：

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获取USB设备列表：

• 获取已连接的所有USB设备的列表：

  UsbManager manager = (UsbManager) getSystemService(Context.USB_SERVICE);
  // 获取到的是设备名与USB设备的映射
  HashMap<String, UsbDevice> deviceList = manager.getDeviceList();
  Iterator<UsbDevice> deviceIterator = deviceList.values().iterator();
  while(deviceIterator.hasNext()) {
  	UsbDevice device = deviceIterator.next();
  	// your code
  }
  

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HM通信开发指南：

1. 发现设备：

   • 应用可以通过使用 Intent 过滤器在用户连接 USB 设备时接收通知，或者枚举已连接的 USB 设备来发现设备。

   • 如果希望应用自动检测所需的设备，那么使用 Intent 过滤器就非常有用。

   • 如果想获取所有连接的设备的列表，或者您的应用没有 Intent 过滤器，那么枚举连接的 USB 设备就非常有用。

2. 使用设备：

   • 当用户将 USB 设备连接到 Android 设备时，Android 系统可以确定您的应用是否对连接的设备感兴趣。如果是，您可以根据需要设置与该设备的通信。为此，您的应用必须执行以下操作：

     • 发现连接的 USB 设备，具体方法是使用 Intent 过滤器在用户连接 USB 设备时接收通知，或者枚举已连接的 USB 设备。

     • 请求用户授予连接到 USB 设备的权限（如果尚未获得权限）。

     • 通过在适当的接口端点读取和写入数据来与 USB 设备通信。

3. 获取与USB设备通信的权限：

   • 如果是通过清单获取固定的USB设备，可在 Activity 中，通过以下方式从 Intent 获取代表所连接设备的 UsbDevice：

     UsbDevice device = (UsbDevice) intent.getParcelableExtra(UsbManager.EXTRA_DEVICE);
     

   • 要明确获取权限，请先创建广播接收器。此接收器监听在您调用 requestPermission() 时接收广播的 Intent。调用 requestPermission() 会向用户显示一个对话框，请求连接到设备的权限。以下示例代码展示了如何创建广播接收器：

     private static final String ACTION_USB_PERMISSION = "com.android.example.USB_PERMISSION";
     private final BroadcastReceiver usbReceiver = new BroadcastReceiver() {
     	public void onReceive(Context context, Intent intent) {
     		String action = intent.getAction();
     		if (ACTION_USB_PERMISSION.equals(action)) {
     			synchronized (this) {
     				UsbDevice device = (UsbDevice)intent.getParcelableExtra(UsbManager.EXTRA_DEVICE);
     				if (intent.getBooleanExtra(UsbManager.EXTRA_PERMISSION_GRANTED, false)) {
     					if(device != null) {
     						// call method to set up device communication
     					}
     				} else {
     					Log.d(TAG, "permission denied for device " + device);
     				}
     			}
     		}
     	}
     };
     

   • 要注册广播接收器，请在您的 Activity 的 onCreate() 方法中添加以下命令：

     private static final String ACTION_USB_PERMISSION = "com.android.example.USB_PERMISSION";
     
     UsbManager usbManager = (UsbManager) getSystemService(Context.USB_SERVICE);
     permissionIntent = PendingIntent.getBroadcast(this, 0, new Intent(ACTION_USB_PERMISSION), 0);
     IntentFilter filter = new IntentFilter(ACTION_USB_PERMISSION);
     registerReceiver(usbReceiver, filter);
     

   • 要显示对话框以向用户请求连接到设备的权限，请调用 requestPermission() 方法，当用户在该对话框中作出回复时，您的广播接收器会收到包含 EXTRA_PERMISSION_GRANTED extra 的 Intent，即表示回答的布尔值。在连接到设备之前，请检查此 extra 的值是否为 true。

     void requestDevicePermission(UsbDevice device) {
     	usbManager.requestPermission(device, permissionIntent);
     }
     

4. 与设备通信：

   • 与 USB 设备的通信可以是同步的，也可以是异步的。在这两种情况下，您都应该创建一个新线程来执行所有数据传输，这样就不会锁定界面线程。

   • 要正确设置与设备的通信，您需要获取要与之通信的设备的相应 UsbInterface 和 UsbEndpoint，并使用 UsbDeviceConnection 在此端点发送请求。通常，您的代码应该执行以下操作：

     • 检查 UsbDevice 对象的属性（例如产品 ID、供应商 ID 或设备类别），判断您是否要与设备通信。

     • 在您确定要与设备通信时，找到您要用于通信的适当 UsbInterface 以及该接口的适当 UsbEndpoint。接口可以具有一个或多个端点，并且通常具有用于双向通信的输入和输出端点。

     • 找到正确的端点后，在该端点上打开 UsbDeviceConnection。

     • 使用 bulkTransfer() 或 controlTransfer() 方法提供要在端点上传输的数据。您应该在另一个线程中执行此步骤，以防止主界面线程被锁定。如需详细了解如何在 Android 中使用线程，请参阅进程和线程。

   • 以下代码段是执行同步数据传输的一种简单方式。您的代码应具有更多逻辑，以便正确地找到要进行通信的接口和端点，并且还应在与主界面线程不同的另一个线程中进行数据传输：

     private Byte[] bytes;
     private static int TIMEOUT = 0;
     private boolean forceClaim = true;
     
     ...
     
     UsbInterface intf = device.getInterface(0);
     UsbEndpoint endpoint = intf.getEndpoint(0);
     UsbDeviceConnection connection = usbManager.openDevice(device);
     connection.claimInterface(intf, forceClaim);
     connection.bulkTransfer(endpoint, bytes, bytes.length, TIMEOUT); //do in another thread
     

     • 要异步发送数据，请使用 UsbRequest 类以 initialize 和 queue 异步请求，然后使用 requestWait() 等待结果。

     • 参考示例： AdbTest 示例（展示了如何执行异步批量传输）和 MissileLauncher 示例（展示了如何异步监听中断端点）。

5. 终止通信：

   • 当完成与设备的通信或者设备断开连接后，请调用 releaseInterface() 和 close() 来关闭 UsbInterface 和 UsbDeviceConnection。要监听断开连接事件，请创建如下所示的广播接收器：

   BroadcastReceiver usbReceiver = new BroadcastReceiver() {
   	public void onReceive(Context context, Intent intent) {
   		String action = intent.getAction();
   		if (UsbManager.ACTION_USB_DEVICE_DETACHED.equals(action)) {
   			UsbDevice device = (UsbDevice)intent.getParcelableExtra(UsbManager.EXTRA_DEVICE);
   			if (device != null) {
   				// call your method that cleans up and closes communication with the device
   			}
   		}
   	}
   };
   

   • 在应用内（而不是清单中）创建广播接收器后，您的应用可以仅在运行时处理断开连接的事件。这样，断开连接事件只会发送到当前正在运行的应用，而不会广播到所有应用。

HostMode的访问流：

1. 获取USB硬件访问权限；
2. https://www.jianshu.com/p/e2e57cddac6a
3. https://blog.csdn.net/shareus/article/details/50375204
4. https://blog.csdn.net/zhoumushui/article/details/101304296
5. https://blog.csdn.net/zhongshujunqia/article/details/53212548?locationNum=5&fps=1–
6. https://www.cnblogs.com/AmyHu/p/10654500.html