Android系統編程入門系列之硬件交互——通信硬件USB
- 2022 年 1 月 7 日
- 筆記
- Android_Home
在硬件交互的首篇對設備硬件的分類中，互聯通信系列硬件主要用來與其他設備進行數據交互。從本文開始，將重點介紹該系列相關硬件。
互聯通信系列硬件
根據硬件的可通信距離，由近及遠分為USB、NFC、藍牙、WLAN，SIM卡槽，這些硬件之間的功能原理及關係可以查找其他資料詳細學習。總之，他們為當前設備與其他設備的交互搭建了橋樑，只要雙方設備均遵循該系列硬件的協議，就可以在硬件層互相通信，而設備上的Android操作系統便會將硬件層的數據轉換為應用層數據，進而與應用程序交互。這樣也就實現了兩個不同設備上的應用程序間的交互方案。理論上這個方案是可行的，那實際各硬件的使用方式分別是怎麼樣的呢？
USB接口
在應用程序中與USB硬件的交互，系統提供了兩種方式，包括將該應用程序所在設備的USB接口作為主機模式，和該應用程序所在設備的USB接口作為配件模式。在主機模式下，該應用程序所在設備通過USB接口為其他接入的USB設備供電，通常連接沒有自帶電源的設備（比如U盤）時啟用此種模式；反之在配件模式下，是該應用程序所在設備接收通過USB接口接入的其他USB設備的電源提供，通常在連接有電源的設備（比如筆記本電腦）時啟用此模式。理論上這兩種模式只是針對USB硬件的供電方不同而區分，均可以在USB接口連接的兩個設備之間的數據傳輸。
主機模式
權限聲明
在應用程序的清單文件中，需要聲明<uses-feature />標籤，並設置其屬性android:name值為"android.hardware.usb.host"。該標籤設置並不是通過應用程序向系統申請權限，而是聲明應用程序需要使用USB主機模式。
使用流程
獲取USB主機設備
主機模式下，其中一種常用情況，應用程序可以監聽插入USB接口的設備，此時可以在需要監聽的界面Activity對應的清單文件註冊信息中增加指定的接收意圖，意圖值為android.hardware.usb.action.USB_DEVICE_ATTACHED。這樣在USB設備接入後，系統會發送上述意圖值的廣播，從而啟動當前界面Activity。
在啟動後的界面Activity中，可以調用getIntent().getParcelableExtra(UsbManager.EXTRA_DEVICE)系列方法，獲取android.hardware.usb.UsbDevice USB設備類的對象。
主機模式下另外一種情況，是直接獲取已連接的USB設備。在能獲取上下文環境Context對象的地方，調用該對象的getSystemService(String name)，並指定參數值 name 為Context.USB_SERVICE="usb"，獲得android.hardware.usb.UsbManagerUSB管理類的對象。調用該對象的getDeviceList()方法，返回List<UsbDevice>，同樣能獲取到當前設備連接的所有USB硬件對象的列表數據。
在直接獲取已連接USB設備的情況下，應用程序需要主動向用戶申請設備通信權限。通過
USBManager設備管理類對象的requestPermission(UsbAccessory accessory, PendingIntent pi)方法，在用戶同意授權後，才能繼續後續設備通信操作。
USB設備通信
在拿到UsbDevice類型的USB設備類對象，和UsbManager管理類對象之後，調用USB管理類對象的openDevice(UsbDevice device)方法，得到android.hardware.usb.UsbDeviceConnection USB設備連接對象，其參數 device 便是要通信的USB設備對象。
建立UsbDeviceConnection設備連接對象後，通信過程中還需要分別藉助android.hardware.usb.UsbInterface USB接口類和android.hardware.usb.UsbEndpoint USB端點類。
在獲取UsbDevice類型的設備類對象後，調用其getInterface(int index)方法獲取UsbInterfaceUSB接口類對象，其中參數 index 是當前USB設備可獲取的所有接口數量中的索引值，而獲取UsbDevice的所有接口數量，可根據另外一個方法getInterfaceCount()查看。
在獲取UsbInterface類型的接口對象後，調用其getEndpoint(int index)方法獲取UsbEndpointUSB端點類對象，其中參數 index 是當前USB接口中可獲取的所有斷點數量中的索引值，而獲取UsbInterface的所有斷點數量，可根據另外一個方法getEndpointCount()查看。
通過梅開二度獲取USB接口對象和USB端點對象之後，首先要佔用USB設備資源。繼續調用UsbDeviceConnection連接對象的claimInterface(UsbInterface intf, boolean force)方法，其中參數 intf 便是上文獲取UsbInterface接口類對象，參數 force 標明是否強制佔用。返回boolean類型的結果表示佔用是否成功。
在佔用USB設備資源之後，就可以接收USB設備的通信數據了。調用UsbDeviceConnection連接對象的bulkTransfer (UsbEndpoint endpoint, byte[] buffer, int offset, int length, int timeout)方法。參數 endpoint 便是上文獲取UsbEndpoint端點類對象；參數 buffer 用以存儲通信中的二進制數組；參數 offset 可選項，默認值為0，用以標記存放數組 buffer 的起始位置；參數 length 用以標記存放數組的長度；參數 timeout 作為通信連接的最大時長。返回通信過程中實際傳輸的數據長度。
通信結束後，只需要關閉連接並釋放佔用的設備資源。調用UsbDeviceConnection連接對象的close()方法可以關閉通信連接。而調用該對象的releaseInterface(UsbInterface intf)方法可以釋放佔用的UsbInterface設備接口類型的參數 intf 對象。
配件模式
權限聲明
在應用程序的清單文件中，需要聲明<uses-feature />標籤，並設置其屬性android:name值為"android.hardware.usb.accessory"。該標籤設置並不是通過應用程序向系統申請權限，而是聲明應用程序需要使用USB配件模式。
使用流程
獲取USB配件
配件模式下，其中一種常用情況，應用程序可以監聽插入USB接口的設備，此時可以在需要監聽的界面Activity對應的清單文件註冊信息中增加指定的接收意圖，意圖值為android.hardware.usb.action.USB_ACCESSORY_ATTACHED。這樣在USB設備接入後，系統會發送上述意圖值的廣播，從而啟動當前界面Activity。
在啟動後的界面Activity中，可以調用getIntent().getParcelableExtra(UsbManager.EXTRA_ACCESSORY)系列方法，獲取android.hardware.usb.UsbAccessory USB配件類的對象。
同樣在配件模式下另外一種情況，是直接獲取已連接的USB配件。在能獲取上下文環境Context對象的地方，調用該對象的getSystemService(String name)，並指定參數值 name 為Context.USB_SERVICE="usb"，獲得android.hardware.usb.UsbManagerUSB管理類的對象。調用該對象的getAccessoryList()方法，返回List<UsbAccessory>，同樣能獲取到當前設備連接的所有USB配件對象的列表數據。
與主機模式類似，在直接獲取已連接USB配件的情況下，應用程序需要主動向用戶申請設備通信權限。通過
USBManager設備管理類對象的requestPermission(UsbAccessory accessory, PendingIntent pi)方法，在用戶同意授權後，才能繼續後續設備通信操作。
USB設備通信
在拿到UsbAccessory類型的USB配件類對象，和UsbManager管理類對象之後，調用USB管理類對象的openAccessory(UsbAccessory accessory)方法，得到android.os.ParcelFileDescriptor 數據流化的文件描述符類的對象，其參數 accessory 便是要通信的USB配件對象。
在獲取ParcelFileDescriptor數據流化的文件描述符類的對象後，調用其getFileDescriptor()方法得到java.io.FileDescriptor普通的文件描述符類型的對象，之後通過該對象創建基本的文件輸入流java.io.FileInputStream對象以讀取USB配件中的數據，或者創建基本的文件輸出流java.io.FileOutputStream對象以將數據寫入USB配件中。
通信結束後，只需要關閉數據流化的文件描述符的佔用即可。通過調用ParcelFileDescriptor對象的close()方法以實現該操作。
主機模式與配件模式的區別
代碼軟件層
主機模式下，主要使用UsbDevice類，可以獲取所連接USB設備的詳細信息。
配件模式下，只能使用UsbAccessory類，只能獲取連接USB設備的基本信息。
硬件層
主機模式下，由應用程序所在的設備向主線供電，並向連接的USB設備供電。
配件模式下，由連接的USB設備作為主機向主線供電，並嚮應用程序所在的設備供電。
