Android USB OTG通信

作者: Tifkingsly | 来源:发表于2018-09-09 17:05 被阅读12次

USB相关概念：

简单来说，USB 是一个用于数据交换的总线(Bus)。发启(initiate)数据交换的一方称为主机 (host)，另一方称为外设(peripheral)，两者通过总线实现通信，由主机负责供电。一个 USB 系统里只有一个主机，但可以有多个外设，外设的主要信息记录在描述符(descriptor)里。一个外设就是一个单独的物理实体，但它却可能有多个逻辑上的设备功能(device function)，比如一个网络摄像头，除了有照相机，还可能有内置的麦克风，这种外接设备也被称为复合设备 (composite device)。

USB OTG:USB On-The-Go 通常缩写为 USB OTG，是 USB2.0 规格的补充标准。它可使 USB 设备，例如播放器或手机，从 USB 周边设备变为 USB 主机，与其他 USB 设备连接通信。在正常情况下，这些支持 OTG 的 USB 设备和 USB 主机(如台式机或者手提电脑)，仍然作为 USB 周边设备使用。
Android 平台下 USB 开发有以下两种模式：

USB Host Mode:

顾名思义，Android 设备作为主机，需要安卓设备支持 OTG 接头。常见应用场景诸如连接数码相机、键盘、鼠标、游戏手柄等硬件。

USB Accessory Mode:

这种模式下 Android 设备承担外设的角色。应用场景诸如连接机器人控制器、音响、医疗器材等，当然前提是这些设备支持与Android设备连接并且遵守Android accessory communication protocol。这种模式可以让不具有 host 能力的 Android 设备与其他硬件交互。

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Android 开放配件协议(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。

1、协议 API USB Host Mode:

UsbManager:USB 设备管理类，提供获取 USB 设备相关 API。
UsbDevice:USB 设备实体类，定义设备的相关属性。
UsbInterface:表示 USB 设备的接口，它定义了设备的一组功能。设备可以具有一个或多个进行通信的接口。
UsbEndpoint:表示接口端点，作为接口的通信通道。接口可以有一个或多个端点，并且通常包括用于与设备进行双向通信的输入和输出端点。 UsbDeviceConnection:表示与设备的连接，通过端点传输数据。此类支持同步和异步两种方式传输数据。
UsbRequest:通过 UsbDeviceConnection 与设备通信的异步请求。 UsbConstants:定义协议相关常量。
USB Accessory Mode: UsbManager:同上。
UsbAccessory:表示 USB 配件设备，包含相关的属性和 API。

2、协议使用

Host 端程序实现过程:
1、定义为 Host:在 AndroidManifest.xml 文件中添加如下代码 <uses-feature android:name=“android.hardware.usb.host"/>
2、监听广播:监听 USB 插入与拔出的广播。 UsbManager.ACTION_USB_DEVICE_ATTACHED UsbManager.ACTION_USB_DEVICE_DETACHED
3、获取设备:通过 UsbManager 获取连接的 USB 设备(注意权限申请) UsbManage 中 getDeviceList()方法
4、打开设备:将设备打开，获取连接(UsbConnection)。
通过 UsbManage 中 openDevice(UsbDevice device)方法获取 UsbConnection
5、让 USB 设备启动配件模式:通过 AOA 协议中定义的相关控制指令。
通过 UsbConnection 中 controlTransfer(int requestType, int request, int value, int index, byte[] buffer, int length, int timeout)方法发送指令。

5.1 发送 51 控制请求(“获取协议”)以确定设备是否支持 Android 配件协议。如果设备支持协议，则返回一个非零数字，代表所支持的协议版本。该控制请求为端点 0 上的请求，具有以下特征:

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5.2 如果设备返回所支持的协议版本，则向设备发送含标识字符串信息的控制请求。该信息让设备可以确定适合配件的应用(如果没有适合配件的应用，则向用户呈现一个网址)。该控制请求为端点 0 上的请求(适用每个字符串 ID)，具有以下特征:

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支持以下字符串 ID，并且每个字符串的最大值为 256 个字节(必须以零结束，以 \0 结尾)。 index 值范围以及含义如下:

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5.3 发送控制请求，要求设备以配件模式启动。该控制请求为端点 0 上的请求，具有以下特征:

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完成这些步骤后，主机应等待所连接的 USB 设备在配件模式下将其自身重新接入总线，然后重新枚举所连接的设备。该算法通过检查供应商 ID 和产品 ID 来确定设备是否支持配件模式，如果设备成功切换到配件模式，那么供应商 ID 和产品 ID 应该是正确的(例如，与 Google 的供应商 ID 和产品 ID 而不是设备制造商的 ID 相对应)。如果 ID 正确，配件则进而与设备建立通信。当设备成功以配件模式启动后 ProductId 会成为 0x2D00 或 0x2D01。
• 0x2D00 有一个接口，该接口有两个批量端点，用于输入和输出通信。
• 0x2D01 有两个接口，每个接口有两个批量端点，用于输入和输出通信。第一个接口处理标准通信，第二个接口则处理 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的值设为 1，然后使用端点进行通信。

6、建立通信通道:获取输入和输出的 UsbEndPoint，使用 UsbConnection 的 bulkTransfer(UsbEndpoint endpoint, byte[] buffer, int length, int timeout)方法进行数据输入与输出。bulkTransfer 方法用于读、写大量数据，需要使用 type 为 UsbConstants.USB_ENDPOINT_XFER_BULK 的 UsbEndPoint。

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Host 端实现过程:

1、定义为 Accessory:在 AndroidManifest.xml 文件中添加如下代码

<uses-feature android:name="android.hardware.usb.accessory"/>
 ......
<activity android:name=".activity.MainActivity"> 
<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/accessory_filter"/> 
</activity>
......

2、监听广播:监听配件插入与拔出的广播。 UsbManager. ACTION_USB_ACCESSORY_ATTACHED UsbManager. ACTION_USB_ACCESSORY_DETACHED
3、获取设备:通过 UsbManager 获取连接的配件设备(注意权限申请) UsbManage 中 getAccessoryList()方法。
4、打开设备:将配件打开，获取连接。
通过 UsbManage 中 openAccessory(UsbAccessory accessory)方法获取通信的文件描述符 ParcelFileDescriptor
5、建立通信通道:在不同线程中利用上述文件符创建输入、输入 IO 流用于读、写数据。

结束语

• AOA协议实现可以解决两台手机之间的消息通信。
• AOA 协议不适合大数据传输。虽然 USB Host、USB Accessory 模式支持多线程并发读写，因为在 USB Host 模式一个 USB 下只有一个输入端点、一个输出端点，而 USB Accessory 模式下一个配件设备只有一个 ParcelFileDescriptor，无法使用多通道进行文件传输，单通道下使用多线程并发传输和接收，会出现数据混乱而无法识别，若是单线程传输文件则效率低下。