干货分享——安卓USB通信

鹿人戛
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1 引言

随着安卓手机的市场份额逐步增加，安卓系统的功能也日益强大。使用手机与各类设备通信的场景也越来越多，本篇文章将介绍如何使用安卓手机与USB设备进行通信。

2 USB简介

USB是英文Universal Serial Bus（通用串行总线）的缩写，是一个外部总线标准，用于规范电脑与外部设备的连接和通讯。是应用在PC领域的接口技术。现在智能手机也加入了对于USB设备的支持。

安卓手机支持USB accessory模式和USB host模式。USB host模式是手机充当主机，为总线提供电力支持。USB accessory模式正好相反，将手机当作附件把USB设备当作主机。本文中介绍的为Host模式。

3 相关API

class说明
UsbManagerUSB管理器，与连接的USB设备通信。
UsbDeviceUSB设备的抽象，每个UsbDevice都代表一个USB设备。
UsbInterface定义了设备的功能集，一个UsbDevice可能包含一个或多个UsbInterface，每个Interface都是独立的。
––
UsbEndpointUsbEndpoint是Interface的通信通道。
UsbDeviceConnectionhost与device 建立的连接，并在endpoint 传输数据。
––
UsbRequestUSB 请求包。
UsbConstantsUSB常量的定义

4 配置AndroidManifest.xml文件

在进行USB开发时，需要在AndroidManifest.xml文件中配置相应的属性。配置代码如下：

<!--添加权限-->
<uses-feature android:name="android.hardware.usb.host"/>

<activity
            android:name=".MainActivity"
            android:screenOrientation="landscape">
            <intent-filter>
                <action android:name="android.intent.action.MAIN" />
                <!-- 如果这里是启动Activity的话，点击USB接入的弹窗会启动该页面 -->
                <category android:name="android.intent.category.LAUNCHER" />
                <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/device_filter" />
</activity>

5 过滤设备

在XML资源文件中，声明要过滤的USB设备的元素。通常，如果要过滤特定设备并使用类，子类和协议（如果要过滤一组USB设备（如大容量存储设备或数码相机）），请使用供应商（vendor-id）和产品（product-id）ID，在开发中这些过滤ID一般可以在文档中找到，或者在设备管理器中查看。

将资源文件保存在res/xml/目录中。资源文件名（不带.xml扩展名）必须与您在元素中指定的文件名相同。配置格式如下：

<?xml version="1.0" encoding="utf-8"?>
<resources>
    <usb-device
        class="255"
        product-id="5678"
        protocol="1 "
        subclass="66"
        vendor-id="1234" />
</resources>

6 监听USB设备的插拔

Android 系统中，USB 设备的插入和拔出是以系统广播的形式发送的，我们只要注册监听这个广播就好。

注册广播代码如下：

public class USBReceiver extends BroadcastReceiver {
    public static final String ACTION_USB_PERMISSION = "com.android.example.USB_PERMISSION";

    @Override
    public void onReceive(Context context, Intent intent) {
        String action = intent.getAction();
        if (ACTION_USB_PERMISSION.equals(action)) {
            // 获取权限结果的广播
            synchronized (this) {
                UsbDevice device = (UsbDevice) intent.getParcelableExtra(UsbManager.EXTRA_DEVICE);
                if (device != null) {
                    //call method to set up device communication
                    if (intent.getBooleanExtra(UsbManager.EXTRA_PERMISSION_GRANTED, false)) {
                        Log.e("USBReceiver", "获取权限成功：" + device.getDeviceName());
                    } else {
                        Log.e("USBReceiver", "获取权限失败：" + device.getDeviceName());
                    }
                }
            }
        }else if (UsbManager.ACTION_USB_DEVICE_ATTACHED.equals(action)) {
            // 有新的设备插入了，在这里一般会判断这个设备是不是我们想要的，是的话就去请求权限
        } else if (UsbManager.ACTION_USB_DEVICE_DETACHED.equals(action)) {
            // 有设备拔出了
        }
    }
}

7 获取UsbManager

UsbManager类是安卓系统提供的用于管理USB设备的类，其中对于USB设备的操作大多数需要调用此类对象中的方法实现。UsbManager类通过获取系统服务的方式获取。

usbManager = (UsbManager) context.getSystemService(Context.USB_SERVICE);

8 获取目标UsbDevice

UsbDevice标识着搜索到的USB设备，目标UsbDevice设备需要通过pid和vid进行区别。

/**
     * @param vendorId  厂商ID
     * @param productId 产品ID
     * @return  device
     */
    public UsbDevice getUsbDevice(int vendorId, int productId) {
        HashMap<String, UsbDevice> deviceList = usbManager.getDeviceList();
        Iterator<UsbDevice> deviceIterator = deviceList.values().iterator();
        while (deviceIterator.hasNext()) {
            UsbDevice device = deviceIterator.next();
            if (device.getVendorId() == vendorId && device.getProductId() == productId) {
                Log.e("USBUtil", "getDeviceList: " + device.getDeviceName());
                return device;
            }
        }
        Toast.makeText(context, "没有对应的设备", Toast.LENGTH_SHORT).show();
        return null;
    }

9 申请USB设备使用权限

 /**
     * 判断对应 USB 设备是否有权限
     */
    public boolean hasPermission(UsbDevice device) {
        return usbManager.hasPermission(device);
    }

    /**
     * 请求获取指定 USB 设备的权限
     */
    public void requestPermission(UsbDevice device) {
        if (device != null) {
            if (usbManager.hasPermission(device)) {
                Toast.makeText(context, "已经获取到权限", Toast.LENGTH_SHORT).show();
            } else {
                if (mPermissionIntent != null) {
                    usbManager.requestPermission(device, mPermissionIntent);
                    Toast.makeText(context, "请求USB权限", Toast.LENGTH_SHORT).show();
                } else {
                    Toast.makeText(context, "请注册USB广播", Toast.LENGTH_LONG).show();
                }
            }
        }
    }

10 USB设备收发数据

（1）打开通信端口

 public boolean openPort(UsbDevice device) {
        //获取设备接口，一般只有一个
        usbInterface = device.getInterface(0);

        // 判断是否有权限
        if (hasPermission(device)) {
            // 打开设备，获取 UsbDeviceConnection 对象，连接设备，用于后面的通讯
            usbConnection = usbManager.openDevice(device);

            if (usbConnection == null) {
                return false;
            }
            if (usbConnection.claimInterface(usbInterface, true)) {
                Toast.makeText(Utils.getContext(), "找到 USB 设备接口", Toast.LENGTH_SHORT).show();
            } else {
                usbConnection.close();
                Toast.makeText(Utils.getContext(), "没有找到 USB 设备接口", Toast.LENGTH_SHORT).show();
                return false;
            }
        } else {
            Toast.makeText(Utils.getContext(), "没有 USB 权限", Toast.LENGTH_SHORT).show();
            return false;
        }

        //获取接口上的两个端点，分别对应OUT和IN
        for (int i = 0; i < usbInterface.getEndpointCount(); ++i) {
            UsbEndpoint end = usbInterface.getEndpoint(i);
            if (end.getDirection() == UsbConstants.USB_DIR_IN) {
                usbEndpointIn = end;//获取读入数据的UsbEndpoint
            } else {
                usbEndpointOut = end;//获取发送的数据的UsbEndpoint
            }
        }
        return true;
    }

（2）收发数据

  调用UsbDeviceConnection的bulkTransfer方法与USB设备通信，向USB设备发送数据用usbEndpointOut，接受USB设备的数据用usbEndpointIn。 发送数据：

int ret = usbDeviceConnection.bulkTransfer(usbEndpointOut, data, data.length, 100);

接收数据：USB接收数据需开启数据读取线程。

//开线程读取数据
private void startReading() {
    new Thread(new Runnable() {
        @Override
        public void run() {
            while (isReading) {
                synchronized (this) {
                    //创建接收数据的数组
                    byte[] data = new byte[usbEndpointIn.getMaxPacketSize()];
                    //读取数据
                    int ret = usbConnection.bulkTransfer(usbEndpointIn, data, data.length, 100);   
                }
            }
        }
    }).start();
}

11 结语

安卓USB通信具有即插即用，可热插拔，具有自动配置能力，用户只要简单地将外设插人到手机就能自动识别和配置USB设备。目前安卓手机、平板都具备USB接口，连接灵活，易扩展。

USB通信速率相对较快，USB2.0理论速度约每秒480Mbps（约每秒60MB），USB3.0的理论速度能够达到每秒5Gbps（约为每秒625MB）。

公众号：程序员喵大人（专注于Android各类学习笔记、面试题以及IT类资讯的分享。）

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