Usb通信之USB Host

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上异步传输数据。注意是只在异步通信时才会用到它。 

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);

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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";

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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);

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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

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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

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作者：全速前行

链接：https://blog.csdn.net/lincyang/article/details/50739342