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Android USB主机模式开发教程

Android 设备运行在 USB 主机模式,它就像一个真正的 USB 主机,给 USB 总线供电并枚举所有连接的 USB 附件设备。

USB 主机模式仅在 Android 3.1 及其更高版本的系统中被支持。

1.相关 API 介绍

与 USB 主机相关的 API 都被保存在 android.hardware.usb 包中,相关类介绍如下表所示。

名称 作用
UsbManager
用于枚举连接的 USB 附件设备,并与 USB 附件进行通信。
UsbDevice 表示一个连接的 USB 附件设备,包含访问该设备的标识信息、接口和端点的相关方法。
UsbInterface
表示 USB 设备的一个接口,用于定义 USB 设备的一系列功能。一个设备可以有一个或者多个接口,这些接口可用于通信。
UsbEndpoint
表示一个接口的端点,相当于接口通信的通道。
一个接口可以拥有一个或者多个端点,通常拥有输入和输出两个端点用于设备的双向通信。
UsbDeviceConnection 表示一个到 USB 设备的连接,用于在端点上传输数据。这个类允许用户以同步或者非同步的方式双向传输数据。
UsbRequest 表示一个通过 UsbDeviceConnection 与 USB 设备进行通信的异步请求。
UsbConstants 定义了一些 USB 常量,这些常量与 Linux 内核中 linux/usb/ch9.h 的定义相同。

在大多数情况下,开发者需要使用上面提到的所有的类来与 USB 设备连接(UsbRequest 类只有在要求异步通信时才会被使用)。

通常情况下,开发者需要通过 UsbManager 实例去获取所需的 UsbDevice 实例,进而从 UsbDevice 实例中查找合适的 UsbInterface,并确定要用于通信的 UsbEndpoint,最后建立 UsbDeviceConnection 与 USB 设备的通信。

2.Android Manifest 文件配置

由于并不是所有的 Android 设备都支持 USB 附件 API,因此需要在应用程序的 Manifest 文件中使用 <uses-feature> 属性来声明当前的应用程序使用了 android. hardware.usb.host 特性。

设置最小 SDK 版本,该值应该大于 12,因为在早期的 Android SDK 版本中不支持 USB 主机模式。

如果需要当前应用程序在 USB 附件连接时获得通知,则应该在主 Activity 中为 android.hardware.usb.action.USB_ACCESSORY_ATTACHED Intent 指定 <intent-filter> 属性和 <meta-data> 属性对。其中,<meta-data> 属性指向一个外部的 XML 资源文件,其中包含要检测的附件的识别信息。

在 XML 资源文件中,通过 <usb-device> 属性为要过滤的 USB 附件定义相关信息,该属性可以包含 vendor-id、product-id、class、subclass、protocol(device or interface)等属性。
  • 如果想过滤特定设备,则需要使用 vendor-id 和 product-id 属性;
  • 如果想过滤一类设备,比如大容量存储设备或者数码相机,则应该使用 class、subclass 和 protocol 属性;
  • 如果这些属性一个也不指定,则所有的 USB 设备都不会被过滤掉。
  • 该资源文件被保存在 res/xml 文件夹下,其文件名字应该和上面提到的 <meta-data> 中指定的文件名字相同(不含 .xml 后缀)。

下面的示例代码演示如何定义 Manifest 文件:
<?xml version="1.0" encoding="utf-8"?>
<manifest ...>
    <uses-feature android:name="android.hardware.usb.host" />
    <uses-sdk android:minSdkVersion="12" />
    ...
    <application>
        <activity ...>
            ...
            <intent-filter>
                <action android:name="android.hardware.usb.action.USB ACCESSORY ATTACHED"/>
            </intent-filter>

            <meta-data
                android:name="android.hardware.usb.action.USB_ACCESSORY_ATTACHED"
                android:resource="@xml/device_filter" />
        </activity>
    </application>
</manifest>
在这个示例中,自由文件被放置在 res/xml/device_filter.xml 中,相关代码如下:
<?xml version="1.0" encoding="utf-8"?>
<resources>
    <usb-device vendor-id="1234" product-id="5678" class="255" subclass="66" protocol="1"/>
</resources>

3.使用 USB 设备

当用户将 USB 设备连接到 Android 设备时,Android 系统会检测相关应用程序是否对连接的 USB 设备感兴趣。如果感兴趣,则会建立与 USB 设备的通信。要达到这个目的,应用程序应该能够完成以下三点。
  • 通过 Intent Filter 发现连接的 USB 设备,可以通过过滤设备连接事件或者枚举所有连接的 USB 设备并从中查找合适的设备的方式对设备进行发现。
  • 向用户要求与 USB 设备进行通信的权限。
  • 通过使用合适的接口读写数据的方式与 USB 设备进行通信。

1)使用 Intent Filter 发现设备的方式适合想让应用程序自动检测设备的情况。

实行这种方式需要在应用程序的 manifest 文件中为 Activity 添加 android.hardware.usb.action.USB_ ACCESSORY_ATTACHED Intent 的过滤功能,并通过 meta-data 属性指定对 USB 设备信息进行描述的 XML 文件。

Activity 设置的相关代码如下:
<activity ...>
    ...
    <intent-filter>
        <action android:name="android.hardware.usb.action.USB ACCESSORY ATTACHED"/>
    </intent-filter>

    <meta-data
        android:name="android.hardware.usb.action.USB_ACCESSORY_ATTACHED"
        android:resource="@xml/device_filter" />
</activity>
资源文件 device_filter.xml 的内容如下:
<?xml version="1.0" encoding="utf-8"?>
<resources>
    <usb-device vendor-id="1234" product-id="5678"/>
</resources>
这样,当符合要求的 USB 设备被连接到 USB 主机上时,其产生的 Intent 对象就会被该 Activity 截获,并从中获取到代表 USB 设备的 UsbAccessory 对象。

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

2)枚举所有连接的 USB 设备。获取所有连接到主机的 USB 设备的代码如下:
UsbManager manager=(UsbManager)getSystemService(Context.USB_SERVICE);
...
HashMap<String,UsbDevice>deviceList=manager.getDeviceList();
UsbDevice device=deviceList.get("deviceName");
如果需要,也可以从哈希表中获取迭代器,对每一个设备分别进行处理:
UsbManager manager=(UsbManager)getSystemService(Context.USB_SERVICE);
HashMap<String,UsbDevice>deviceList=manager.getDeviceList();
Iterator<UsbDevice> deviceIterator = deviceList.values().iterator();
while(deviceIterator.hasNext()){
    UsbDevice device = deviceIterator.next();
    //your code
}
3)获取访问 USB 设备的权限。

在与 USB 设备建立通信之前,必须明确要向用户要求访问权限。通过调用 requestPermission() 方法向用户显示一个对话框,要求与设备建立连接的权限。

用户单击该对话框后会生成一个 Intent 对象并广播出去。因此,该应用程序需要创建一个 BroadcastReceiver 来接收该 Intent 对象,并从中获取用户授权。

创建 BroadcastReceiver 的相关示例代码如下:
private static final String ACTION_USB_PERMISSION=
"com.android.example.USB_PERMISSION";

private final BroadcastReceiver mUsbReceiver=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);
            }
        }
    }
}
该 BroadcastReceiver 被创建后,应该在 Activity 的 onCreate() 方法中进行注册。相关代码如下:
UsbManager mUsbManager= (UsbManager) getSystemService (Context.USB_SERVICE);
private static final String ACTION_USB_PERMISSION=
"com.android.example.USB_PERMISSION";
...
mPermissionIntent=PendingIntent.getBroadcast (this, 0, new Intent (ACTION_USB_PERMISSION),0);
IntentFilter filter=new IntentFilter(ACTION_USB_PERMISSION);
registerReceiver (mUsbReceiver, filter);
显示向用户要求访问设备权限的对话框,需要使用 requestPermission() 方法,代码如下:
UsbAccessory accessory;
...
mUsbManager.requestPermission(accessory, mPermissionIntent);
4)与 USB 设备进行通信。

与 USB 设备进行通信可以异步,也可以同步。无论在哪种情况下,与 USB 设备通信的过程都应该在一个单独的线程里被执行,以避免阻塞 UI 线程。

为了合理地创建与 USB 设备的通信,开发者需要获取要通信设备的适合的 UsbInterface 和 UsbEndpoint 对象,并在该端点上建立 UsbDeviceConnection 并发送通信请求。

总体来说,代码编写应该完成以下功能:
  • 检查 UsbDevice 对象的属性,例如 product-id、vendor-id 等,以确认是否要和当前设备进行通信。
  • 获取合适的 UsbInterface 和 UsbEndpoint 对象用于通信。
  • 通过 UsbEndpoint 对象打开 UsbDeviceConnection。
  • 在端点上使用 bulkTransfer() orcontrolTransfer()传输数据。该过程应该在单独的线程中进行。

下面的代码演示了使用同步方式进行数据传输的过程,该示例仅用于演示,在真正的开发过程中,应该注意选择合适的接口和端点,并且在单独的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=mUsbManager.openDevice (device);
connection.claimInterface (intf, forceClaim);
connection.bulkTransfer (endpoint, bytes, bytes.length, TIMEOUT); //do in another thread
进行异步数据传输使用 UsbRequest 类来初始化并将一个异步请求放入请求队列,然后调用 requestWait() 方法等待结果。

5)结束与 USB 设备的通信。

当与 USB 设备的通信结束或者设备被从系统中断开的时候,应该通过调用 releaseInterface() 方法和 close() 方法关闭 UsbInterface 和 UsbDeviceConnection。

下面的代码定义了一个监听设备被移除的事件的 BroadcastReceiver:
BroadcastReceiver mUsbReceiver=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_DEVICE);
            if (accessory !=null) {
                // call your method that cleans up and closes communication with the device
            }
        }
    }
};
在应用程序中创建该 BroadcastReceiver,而不是在应用程序的 Manifest 配置文件中,这样可以保证只有 Activity 运行时才对 USB 设备断开事件进行处理。而设备断开事件只会被发送给当前运行的 Activity,而不是被广播给所有的应用程序。

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