Android实战技巧之四十九：Usb通信之USB Host

Posted 2020-06-16 全速前行

零 USB背景知识

USB是一种数据通信方式，也是一种数据总线，而且是最复杂的总线之一。
硬件上，它是用插头连接。一边是公头（plug），一边是母头（receptacle）。例如，PC上的插座就是母头，USB设备使用公头与PC连接。
目前USB硬件接口分三种，普通PC上使用的叫Type；原来诺基亚功能机时代的接口为Mini USB；目前android手机使用的Micro USB。

Host
USB是由Host端控制整个总线的数据传输的。单个USB总线上，只能有一个Host。
OTG
On The Go，这是在USB2.0引入的一种mode，提出了一个新的概念叫主机协商协议（Host Negotiation Protocol），允许两个设备间商量谁去当Host。

预了解更多USB知识，请参考USB官网以及下面这篇文章：
http://www.crifan.com/files/doc/docbook/usb_basic/release/html/usb_basic.html

一、Android中的USB

Android对Usb的支持是从3.1开始的，显然是加强Android平板的对外扩展能力。而对Usb使用更多的，是Android在工业中的使用。Android工业板子一般都会提供多个U口和多个串口，它们是连接外设的手段与桥梁。下面就来介绍一下Android Usb使用模式之一的USB Host。

android.hardware.usb包下提供了USB开发的相关类。
我们需要了解UsbManager、UsbDevice、UsbInterface、UsbEndpoint、UsbDeviceConnection、UsbRequest、UsbConstants。
1、UsbManager:获得Usb的状态，与连接的Usb设备通信。
2、UsbDevice：Usb设备的抽象，它包含一个或多个UsbInterface，而每个UsbInterface包含多个UsbEndpoint。Host与其通信，先打开UsbDeviceConnection，使用UsbRequest在一个端点（endpoint）发送和接收数据。
3、UsbInterface：定义了设备的功能集，一个UsbDevice包含多个UsbInterface，每个Interface都是独立的。
4、UsbEndpoint：endpoint是interface的通信通道。
5、UsbDeviceConnection：host与device建立的连接，并在endpoint传输数据。
6、UsbRequest：usb 请求包。可以在UsbDeviceConnection上同步异步传输数据。
7、UsbConstants：usb常量的定义，对应linux/usb/ch9.h

二、USB插入事件

Usb的插入和拔出是以系统广播的形式发送的，只要我们注册这个广播即可。

    @Override
    protected void onResume() {
        super.onResume();
        IntentFilter usbFilter = new IntentFilter();
        usbFilter.addAction(UsbManager.ACTION_USB_DEVICE_ATTACHED);
        usbFilter.addAction(UsbManager.ACTION_USB_DEVICE_DETACHED);
        registerReceiver(mUsbReceiver, usbFilter);
    }

    @Override
    protected void onPause() {
        super.onPause();
        unregisterReceiver(mUsbReceiver);
    }

    private final BroadcastReceiver mUsbReceiver = new BroadcastReceiver() {
        public void onReceive(Context context, Intent intent) {
            String action = intent.getAction();
            tvInfo.append("BroadcastReceiver in\n");

           if(UsbManager.ACTION_USB_DEVICE_ATTACHED.equals(action)) {
                tvInfo.append("ACTION_USB_DEVICE_ATTACHED\n");
            } else if(UsbManager.ACTION_USB_DEVICE_DETACHED.equals(action)) {
                tvInfo.append("ACTION_USB_DEVICE_DETACHED\n");
            }
        }
    };

三、Usb插入时启动程序

有些应用场景是，Usb插入后启动特定程序处理特定问题。
我们的做法就是在Manifest中某个Activity加入Usb插入的action。

 <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/usbfilter" />

在usbfilter中加入厂商id和产品id的过滤，如下：

<?xml version="1.0" encoding="utf-8"?>
<resources>
    <usb-device vendor-id="1234" product-id="5678" />
</resources>

结果就是，当此型号设备通过Usb连接到系统时，对应的Activity就会启动。

四、UsbManager的初始化

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

五、列出Usb设备

        HashMap<String,UsbDevice> deviceHashMap = mUsbManager.getDeviceList();
        Iterator<UsbDevice> iterator = deviceHashMap.values().iterator();
        while (iterator.hasNext()) {
            UsbDevice device = iterator.next();
            tvInfo.append("\ndevice name: "+device.getDeviceName()+"\ndevice product name:"
                    +device.getProductName()+"\nvendor id:"+device.getVendorId()+
                    "\ndevice serial: "+device.getSerialNumber());
        }

六、USB使用权限

安卓系统对USB口的使用需要得到相应的权限，而这个权限要用户亲自给才行。
首先我们会确认一下上一节中的device是否已经获得权限，如果没有就要主动申请权限：

            //先判断是否为自己的设备
            //注意：支持十进制和十六进制
            //比如：device.getProductId() == 0x04D2
            if(device.getProductId() == 1234 && device.getVendorId() == 5678) {
                if(mUsbManager.hasPermission(device)) {
                    //do your work
                } else {
                    mUsbManager.requestPermission(device,mPermissionIntent);
                }
            }

我们仍然使用广播来获得权限赋予情况。

public static final String ACTION_DEVICE_PERMISSION = "com.linc.USB_PERMISSION";

注册广播

        mPermissionIntent = PendingIntent.getBroadcast(this,0,new Intent(ACTION_DEVICE_PERMISSION),0);
        IntentFilter permissionFilter = new IntentFilter(ACTION_DEVICE_PERMISSION);
        registerReceiver(mUsbReceiver,permissionFilter);

接收器的代码：

 private final BroadcastReceiver mUsbReceiver = new BroadcastReceiver() {
        public void onReceive(Context context, Intent intent) {
            String action = intent.getAction();
            tvInfo.append("BroadcastReceiver in\n");
            if (ACTION_DEVICE_PERMISSION.equals(action)) {
                synchronized (this) {
                    UsbDevice device = intent.getParcelableExtra(UsbManager.EXTRA_DEVICE);
                    if (intent.getBooleanExtra(UsbManager.EXTRA_PERMISSION_GRANTED, false)) {
                        if (device != null) {
                            tvInfo.append("usb EXTRA_PERMISSION_GRANTED");
                        }
                    } else {
                        tvInfo.append("usb EXTRA_PERMISSION_GRANTED null!!!");
                    }
                }
            } 
        }
    };

七、通信

UsbDevice有了权限，下面就可以进行通信了。
这里要用到：UsbInterface、UsbEndpoint（一进一出两个endpoint，双向通信）、UsbDeviceConnection。
注意：通信的过程不能在UI线程中进行。
得到授权后，将做一些通信前的准备工作，如下：

private void initCommunication(UsbDevice device) {
        tvInfo.append("initCommunication in\n");
        if(1234 == device.getVendorId() && 5678 == device.getProductId()) {
            tvInfo.append("initCommunication in right device\n");
            int interfaceCount = device.getInterfaceCount();
            for (int interfaceIndex = 0; interfaceIndex < interfaceCount; interfaceIndex++) {
                UsbInterface usbInterface = device.getInterface(interfaceIndex);
                if ((UsbConstants.USB_CLASS_CDC_DATA != usbInterface.getInterfaceClass())
                        && (UsbConstants.USB_CLASS_COMM != usbInterface.getInterfaceClass())) {
                    continue;
                }

                for (int i = 0; i < usbInterface.getEndpointCount(); i++) {
                    UsbEndpoint ep = usbInterface.getEndpoint(i);
                    if (ep.getType() == UsbConstants.USB_ENDPOINT_XFER_BULK) {
                        if (ep.getDirection() == UsbConstants.USB_DIR_OUT) {
                            mUsbEndpointIn = ep;
                        } else {
                            mUsbEndpointOut = ep;
                        }
                    }
                }

                if ((null == mUsbEndpointIn) || (null == mUsbEndpointOut)) {
                    tvInfo.append("endpoint is null\n");
                    mUsbEndpointIn = null;
                    mUsbEndpointOut = null;
                    mUsbInterface = null;
                } else {
                    tvInfo.append("\nendpoint out: " + mUsbEndpointOut + ",endpoint in: " +
                            mUsbEndpointIn.getAddress()+"\n");
                    mUsbInterface = usbInterface;
                    mUsbDeviceConnection = mUsbManager.openDevice(device);
                    break;
                }
            }
        }
    }

发送数据如下：

result = mUsbDeviceConnection.bulkTransfer(mUsbEndpointOut, mData, (int)buffSize, 1500);//需要在另一个线程中进行

八、其他

作为一个普通的开发者，如果没有USB设备，那么调试程序是个问题。
可以使用AdbTest程序用OTG线连接两个手机或平板试试。
有USB设备的同事，会根据设备的通信协议规则去编码。这里面要用到byte与其他类型转换，以及十六进制的问题。
具体问题具体分析吧。这篇文章磕磕绊绊，就先到这里了。

参考：
1、endpoint的介绍：http://blog.chinaunix.net/uid-25314474-id-3040231.html