车载技术USB接口—Android配件协议AOAAOA连接

Posted 2023-03-11 程序猿会指北

简述

AOA协议是Google公司推出的用于实现android设备与外围设备之间USB通信的协议。该协议拓展了Android设备USB接口的功能，为基于Android系统的智能设备应用于数据采集和设备控制领域提供了条件。介绍了Android系统下USB通信的两种模式，并给出了USB配件模式下基于AOA协议实现Android手机控制步进电机的实例。

Android Open Accessory Protocol 1.0（AOA 协议 1.0）

Android USB 配件必须遵从 Android Open Accessory（AOA）协议，该协议定义了配件如何检测和建立与 Android 设备的通信。配件应执行以下步骤：

1. 等待并检测连接的设备
2. 确定设备的配件模式支持
3. 尝试以配件模式下启动设备（如果需要）
4. 如果设备支持 AOA，与设备建立通信

以下部分介绍如何实现这些步骤。

Note：在开发通过 USB 连接到 Android 设备的新配件时，请使用 AOAv2。

USB通信（AOA连接）

USB 主机和配件概览

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。配件示例可能包括机器人控制器、扩展坞、诊断和音乐设备、自助服务终端、读卡器等等。这样，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。设备示例包括数码相机、键盘、鼠标和游戏控制器。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。

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。

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。 注意：配件模式取决于设备硬件；部分设备可能不支持配件模式。您可以在相应应用的 Android 清单中使用 元素过滤出支持配件模式的设备。

Android 开放配件 (AOA)

Android 开放配件 (AOA) 支持功能可让外部 USB 硬件（Android USB 配件）与处于配件模式下的 Android 设备进行交互。当某台 Android 设备处于配件模式时，所连接的配件会充当 USB 主机（为总线供电并列举设备），而 Android 设备则充当 USB 配件。 Android USB 配件专门用于和 Android 设备相连。这些配件遵循 AOA 要求，从而能够检测到支持配件模式的 Android 设备，并且必须提供 500 毫安（电压为 5 伏）的充电电流。之前发布的部分 Android 设备只能充当 USB 设备，无法发起与外部 USB 设备的连接。AOA 支持功能打破了这一局限，让您能够构建可以与各种 Android 设备建立连接并与其进行交互的配件。

AOA 设备握手过程

AOA 协议规定 Android 设备和配件之间握手的大致过程如下： （1）通过 USB 线连接 Android 设备与配件。 （2）配件枚举连接过来的设备。根据 VID 和 PID 判断当前 Android 设备是否处于 Accessory Mode。如果否，则配件会向 Android 设备发出切换到 AOA 模式的请求，进入第（3）步； 如果是，则直接调转到第（5）步。

判断 Android 设备处于 Accessory Mode 时，VID 和 PID 值必须满足如下条件如下：

（3）配件发送查询指令给 Android 设备。绝大多数 Android 设备，在缺省情况下都不挂载Accessory 驱动，即不会默认处于 Accessory Mode，在配件与 Android 设备建立 USB 连接时，配件会通过握手协议查询该设备是否为Android 设备且是否支持 AOA 协议以及支持的版本号。配件向 endpoint 0 端口中写入 51 号指令，如果返回值为1 或者 2，则说明Android 设备支持 AOA1.0 或者 AOA2.0，如果小于 1 或者大于 2，则说明连接设备不支持AOA协议或者支持的 AOA 协议版本号不正确。

（4） Android 配件发送认证信息给 Android 设备，并发送开始通信的指令。认证信息可以包含以下属性：manufacturer（厂商）、model（型号）、version（版本）、description（描述信息）、URL（Web页面）。

配件也会向Android设备发出53号指令，请求Android设备切换到AOA模式，Android 设备会执行请求，将 USB 切换到 AOA 模式；在这个过程中，USB 连接会出现一次逻辑插拔，配件会重新枚举设备，进入第（2）步。Android 设备接收到配件通过 52 指令发送过来的参数信息以后，使用其中的三个参数 Manufacturer、Model 、Version 来确定绑定到该配件的 App。如果系统内无任何 App 可以匹配配件设备发来的上述三个参数，则 Android 设备会弹出一个对话框，向用户提供 Accessory 设备发送过来的描述信息和 URL 信息，用户可以点击 URL 访问它指向的 Web 页面。 如果系统内有 App 可以匹配 Accessory 设备发来的握手信息，则 Android 系统会弹出一个对话框询问用户是否立刻启动该 App。如果用户选择 OK 则启动该App；同时该对话框提供一个勾选框，勾选之后每次 Accessory 设备连接后会自动启动该 App。应该要求用户勾选该对话框，否则 App 启动后向 USB Manager获取 Accessory 设备后可能因为 Permission 问题无法打开文件描述符建立通讯连接。

（5）建立连接

AOA 配件端开发

在Android车机或者Android平板开发中，以车机或平台为配件端，与Android手机通过数据线进行通信。 Android 官方是提供 USB 的相关接口用来进行 AOA 连接，主要有UsbManager, UsbDevice, UsbInterface, UsbDeviceConnection 等。具体参考官方文档：USB 主机概览 以下代码段是执行同步数据传输的一种简单方式:

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

AOA 主机端开发

在与Android车机或Android平板USB通信过程中，手机作为主机端，默认不开启配件模式，需要与配件建立AOA通信才会开启启动配件模式。 具体参考Google官方文档：USB 配件模式 与配件通信代码如下：

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, this, "AccessoryThread");
        thread.start();
    

文末

建立与设备的通信

如果配件检测到处于配件模式的 Android 设备，则配件可以查询设备接口和端点描述符，以获取与设备通信的批量端点。 接口和批量端点的数量取决于产品 ID。 Android 设备有产品 ID：

1. 0x2D00 具有一个有两个批量端点的接口，用于输入和输出通信。
2. 0x2D01 具有两个接口，每个接口具有两个批量端点，用于输入和输出通信。 第一个接口处理标准通信，第二个接口处理 ADB 通信。 要使用接口，请找到第一个批量输入和输出端点，使用 SET_CONFIGURATION（0x09）设备请求将设备配置设置为 1，然后使用端点进行通信。