Android NFC开发详解 总结和NFC读卡实例解析
文章目录
- 前言
- 一、什么是NFC？
- 二、基础知识
- 1.什么是NDEF？
- 2.NFC技术的操作模式
- 3.标签的技术类型
- 4.实现方式的分类
- 5.流程
- 三、获取标签内容
- 1.检查环境
- 2.获取NFC标签
- 2.1 Manifest中注册的方式获取Tag
- 2.1 前台Activity捕获的方式获取Tag
- 四、解析标签数据
- 1. M1卡解析
- 2. iso15693卡解析
- 总结
前言
物联网企业Android软件层开发肯定少不了与硬件通信这一步，不论是物流、安防、医疗、教育等行业，其中除去直接调用SDK这种方式，与硬件通信直接相关的技术也不过是最常用的那几种，分别为串口通信、USB通讯、蓝牙、红外、NFC等。
在前面的文章[串口通信开发总结和实例解析、USB通信开发总结和热敏打印机开发实例解析]中已经分别介绍了串口、USB通讯技术。本篇记录的就是NFC开发相关的技术和走过的弯路，希望在帮助自己巩固知识的同时可以帮助到有需要的人。
除了开发总结外，本篇的案例为NFC读取M1卡。
其实读卡这样的需求，我们研发一般分为调用SDK，和用android自带的NFC功能了，
前者没什么好说的，剩下的NFC,进入正题。
一、什么是NFC？
NFC是目前Android手机一个主流的配置硬件项，全称是Near Field Communication，中为近场通信，也叫做近距离无线通信技术。使用了NFC技术的设备（例如移动电话）可以在彼此靠近的情况下进行数据交换，是由非接触式射频识别（RFID）及互连互通技术整合演变而来。
二、基础知识
开始开发之前必须要知道的知识
1.什么是NDEF？
存储在NFC标签中的数据可以采用多种格式编写，但许多 Android 框架 API 都基于名为 NDEF（NFC 数据交换格式）的 NFC Forum 标准。。
简单说就是一种普遍的数据格式标准
2.NFC技术的操作模式
（1） 读取器/写入器模式：支持 NFC 设备读取和/或写入被动 NFC 标签和贴纸。
（2）点对点模式：支持 NFC 设备与其他 NFC 对等设备交换数据；Android Beam 使用的就是此操作模式。
（3）卡模拟模式：支持 NFC 设备本身充当 NFC 卡。然后，可以通过外部 NFC 读取器（例如 NFC 销售终端）访问模拟 NFC 卡。
本篇案例使用的主要是读写卡，就是正常的读写卡需求，后面如果有机会接触到点对点和卡模拟的需求会在此篇做补充
3.标签的技术类型
通常情况下每种分类的标签（卡片）都支持一种或多重技术，
对应关系如下
| 技术 | 描述 | 卡种 |
|---|---|---|
| NfcA | 提供NFC-A（ISO 14443-3A）的性能和I / O操作的访问。 | M1卡 |
| NfcB | 提供NFC-B (ISO 14443-3B)的性能和I / O操作的访问。 | |
| NfcF | 提供 NFC-F (JIS 6319-4)的性能和I / O操作的访问。 | |
| NfcV | 提供 NFC-V (ISO 15693)的性能和I / O操作的访问。 | 15693卡 |
| IsoDep | 提供 ISO-DEP (ISO 14443-4)的性能和I / O操作的访问。 | CPU卡 |
| Ndef | 提供NFC标签已被格式化为NDEF的数据和操作的访问。 | |
| NdefFormatable | 提供可能被格式化为NDEF的 formattable的标签。 | |
| MifareClassic | 如果此Android设备支持MIFARE,提供访问的MIFARE Classic性能和I / O操作。 | m1卡 |
| MifareUltralight | 如果此Android设备支持MIFARE,提供访问的MIFARE 超轻性能和I / O操作。 |
如下图，这是Demo 显示得NFC标签的信息。
其中被我圈起来的部分是这个NFC标签支持的技术，这些后面解析数据的时候会用到，得到这些后就可以使用对应的类来解析标签数据。
开发中我们有对应的方法来获取此标签支持的解析方式，后面我会介绍。
4.实现方式的分类
（1）Manifest注册方式：这种方式主要是在Manifest文件对应的activity下，配置过滤器，以响应不同类型NFC Action。使用这种方式，在刷卡时，如果手机中有多个应用都存在该NFC实现方案，系统会弹出能响应NFC事件的应用列表供用户选择，用户需要点击目标应用来响应本次NFC刷卡事件。
（2）前台响应方式，无需Manifest重配置过滤器，直接使用前台activity来捕获NFC事件进行响应。
区别如下：
响应方式不同：Manifest注册的NFC事件由系统分发，需要选择应用去响应事件
前台响应方式由前台activity来捕获NFC事件进行响应
优先级不同：前台响应方式的优先级更高于Manifest注册的方式
（如果安装多个Manifest注册的的App 和一个处于前台捕获方式的App，刷卡后 优先级最高的为前台捕获的，如果前台相应方式的App没有打开，那么将弹出列表让用户选择Manifest中注册了的符合条件的App）
第一种更适合APP需要刷卡调用起来，并且设备没有多个响应NFC标签程序的物联网设备（因为普通安卓手机中自带的卡包APP、微信等优先级都比较高,当弹出列表选择响应的App时，操作会边得繁琐）
第二种更适合前台界面中的读卡，且多个应用的时候
根据自己的项目需求选择适合的实现方式。
5.流程
首先设备要支持NFC权限开启的前提下 不论哪种方式，都是先刷卡，等待系统分发响应的Activity 拿到Tag或者 前台Activity捕获到TAG 。然后根据这个标签支持的技术去解析数据。
三、获取标签内容
1.检查环境
首先 Manifest中添加权限
<uses-permission android:name="android.permission.NFC" />
判断是否支持NFC、且打开功能
NfcAdapter adapter = NfcAdapter.getDefaultAdapter(this);if (null == adapter) {Toast.makeText(this, "不支持NFC功能", Toast.LENGTH_SHORT).show();} else if (!adapter.isEnabled()) {Intent intent = new Intent(Settings.ACTION_NFC_SETTINGS);// 根据包名打开对应的设置界面startActivity(intent);}2.获取NFC标签
2.1 Manifest中注册的方式获取Tag
这里要介绍三种意图过滤器
前面【实现方式的分类】中对这种方式的特征做了介绍，这种由标签调度系统分发的方式需要在Manifest定义固定的意图过滤器。标签调度系统定义了三种 Intent，按优先级从高到低列出如下：
ACTION_NDEF_DISCOVERED：如果扫描到包含 NDEF 负载的标签，并且可识别其类型，则使用此 Intent 启动 Activity。这是优先级最高的 Intent，标签调度系统会尽可能尝试使用此 Intent 启动 Activity，在行不通时才会尝试使用其他 Intent。
ACTION_TECH_DISCOVERED：如果没有登记要处理 ACTION_NDEF_DISCOVERED Intent 的 Activity，则标签调度系统会尝试使用此 Intent 来启动应用。此外，如果扫描到的标签包含无法映射到 MIME 类型或 URI 的 NDEF 数据，或者该标签不包含 NDEF 数据，但它使用了已知的标签技术，那么也会直接启动此 Intent（无需先启动 ACTION_NDEF_DISCOVERED）。
ACTION_TAG_DISCOVERED：如果没有处理 ACTION_NDEF_DISCOVERED 或者 ACTION_TECH_DISCOVERED Intent 的 Activity，则使用此 Intent 启动 Activity。
添加意图过滤器
这是第一种 最简单和优先级最高的一种，已经满足需求了
<activityandroid:name=".NfcActivity"android:exported="false"><intent-filter><action android:name="android.nfc.action.NDEF_DISCOVERED" /></intent-filter></activity>
当然也可以选择第二种
<activityandroid:name=".NfcActivity"android:exported="false"><intent-filter><action android:name="android.nfc.action.TECH_DISCOVERED" /></intent-filter><meta-data android:name="android.nfc.action.TECH_DISCOVERED"android:resource="@xml/filter_nfc" /></activity>
filter_nfc
这个文件就是TECH_DISCOVERED需要配置的，其中，tech-list之间是逻辑或关系，tech之间是逻辑与关系，与方案2中的techLists原理以及用途是类似。
<?xml version="1.0" encoding="utf-8"?>
<resources xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android"><tech-list><tech>android.nfc.tech.Ndef</tech><tech>android.nfc.tech.NfcA</tech></tech-list><tech-list><tech>android.nfc.tech.NfcB</tech></tech-list><tech-list><tech>android.nfc.tech.NfcF</tech></tech-list>
</resources>
还剩最后一种
<activityandroid:name=".NfcActivity"android:exported="false"><intent-filter><action android:name="android.nfc.action.TAG_DISCOVERED"/><category android:name="android.intent.category.DEFAULT"/></intent-filter></activity>
这种一般用不到 感觉意义不大
然后在对应Activity的onCreate方法中就可以拿标签了
class NfcActivity : AppCompatActivity() {override fun onCreate(savedInstanceState: Bundle?) {super.onCreate(savedInstanceState)setContentView(R.layout.activity_nfc)val adapter = NfcAdapter.getDefaultAdapter(this)if (null == adapter) {Toast.makeText(this, "不支持NFC功能", Toast.LENGTH_SHORT).show()} else if (!adapter.isEnabled) {val intent = Intent(Settings.ACTION_NFC_SETTINGS)// 根据包名打开对应的设置界面startActivity(intent)}val tag = intent.getParcelableExtra<Tag>(NfcAdapter.EXTRA_TAG)}
}
2.1 前台Activity捕获的方式获取Tag
class MainActivity : AppCompatActivity() {var mNfcAdapter: NfcAdapter? = nullvar pIntent: PendingIntent? = nulloverride fun onCreate(savedInstanceState: Bundle?) {super.onCreate(savedInstanceState)initNfc()}private fun initNfc() {mNfcAdapter = M1CardUtils.isNfcAble(this)pIntent = PendingIntent.getActivity(this, 0, //在Manifest里或者这里设置当前activity启动模式，否则每次响应NFC事件，activity会重复创建Intent(this, javaClass).addFlags(Intent.FLAG_ACTIVITY_SINGLE_TOP), 0)}override fun onResume() {super.onResume()mNfcAdapter?.let {val ndef = IntentFilter(NfcAdapter.ACTION_NDEF_DISCOVERED)val tag = IntentFilter(NfcAdapter.ACTION_TAG_DISCOVERED)val tech = IntentFilter(NfcAdapter.ACTION_TECH_DISCOVERED)val filters = arrayOf(ndef, tag, tech)val techList = arrayOf(arrayOf("android.nfc.tech.Ndef","android.nfc.tech.NfcA","android.nfc.tech.NfcB","android.nfc.tech.NfcF","android.nfc.tech.NfcV","android.nfc.tech.NdefFormatable","android.nfc.tech.MifareClassic","android.nfc.tech.MifareUltralight","android.nfc.tech.NfcBarcode"))it.enableForegroundDispatch(this, pIntent, filters, techList)XLog.d("开始捕获NFC数据")}}override fun onPause() {super.onPause()mNfcAdapter?.disableForegroundDispatch(this)}override fun onNewIntent(intent: Intent?) {super.onNewIntent(intent)//这里必须setIntent，set NFC事件响应后的intent才能拿到数据setIntent(intent)val tag = getIntent().getParcelableExtra<Tag>(NfcAdapter.EXTRA_TAG)//M1CardUtils 我后面会贴出来的if (M1CardUtils.isMifareClassic(tag)) {try {val reader = M1CardUtils.readCard(tag)XLog.d("读卡内容：$reader")val data = reader.split("|")} catch (e: IOException) {e.printStackTrace()}}}
}
四、解析标签数据
不论使用哪种方式，当我们获取到TAG标签后，解析方式都是相同的,需要根据不同的卡类型选择对应的解析方式
如图 我们能拿到卡片的信息，如图，括起来的部分分别对应的是：
支持的技术类型
MifareClassic 类型
扇区存储空间
扇区数
扇区中的块数
1. M1卡解析
这里说一下基础知识，不论是NFC还是读卡模块读，解析流程都是先寻卡，然后验证扇区的密码，取扇区的数据，比如已知要读的数据在2扇区，那么寻卡后验证时把要验证的扇区号、扇区的密码，和扇区的验证密码类型A/B传过去验证通过后，就可以读取数据了。
import android.app.Activity
import android.nfc.NfcAdapter
import android.nfc.Tag
import com.hjq.toast.ToastUtils
import kotlin.Throws
import android.nfc.tech.MifareClassic
import com.elvishew.xlog.XLog
import java.io.IOException
import java.lang.StringBuilder
import java.nio.charset.Charsetobject M1CardUtils {/*** 判断是否支持NFC** @return*/fun isNfcAble(mContext: Activity?): NfcAdapter? {val mNfcAdapter = NfcAdapter.getDefaultAdapter(mContext)if (mNfcAdapter == null) {ToastUtils.show("设备不支持NFC！")}if (!mNfcAdapter!!.isEnabled) {ToastUtils.show("请在系统设置中先启用NFC功能！")}return mNfcAdapter}/*** 监测是否支持MifareClassic** @param tag* @return*/fun isMifareClassic(tag: Tag): Boolean {val techList = tag.techListvar haveMifareUltralight = falsefor (tech in techList) {if (tech.contains("MifareClassic")) {haveMifareUltralight = truebreak}}if (!haveMifareUltralight) {ToastUtils.show("不支持MifareClassic")return false}return true}/*** 读取卡片信息** @return*/@Throws(IOException::class)fun readCard(tag: Tag?): String {val mifareClassic = MifareClassic.get(tag)return try {mifareClassic.connect()val metaInfo = StringBuilder()val gbk = Charset.forName("gbk")// 获取TAG中包含的扇区数val sectorCount = mifareClassic.sectorCount// for (int j = 0; j < sectorCount; j++) {val bCount: Int //当前扇区的块数var bIndex: Int //当前扇区第一块if (m1Auth(mifareClassic, 2)) {bCount = mifareClassic.getBlockCountInSector(2)bIndex = mifareClassic.sectorToBlock(2)var length = 0for (i in 0 until bCount) {val data = mifareClassic.readBlock(bIndex)for (i1 in data.indices) {if (data[i1] == 0.toByte()) {length = i1}}val dataString = String(data, 0, length, gbk).trim { it <= ' ' }metaInfo.append(dataString)bIndex++}} else {XLog.e("密码校验失败")}// }metaInfo.toString()} catch (e: IOException) {throw IOException(e)} finally {try {mifareClassic.close()} catch (e: IOException) {throw IOException(e)}}}/*** 改写数据** @param block* @param blockbyte*/@Throws(IOException::class)fun writeBlock(tag: Tag?, block: Int, blockbyte: ByteArray?): Boolean {val mifareClassic = MifareClassic.get(tag)try {mifareClassic.connect()if (m1Auth(mifareClassic, block / 4)) {mifareClassic.writeBlock(block, blockbyte)XLog.e("writeBlock", "写入成功")} else {XLog.e("密码是", "没有找到密码")return false}} catch (e: IOException) {throw IOException(e)} finally {try {mifareClassic.close()} catch (e: IOException) {throw IOException(e)}}return true}/*** 密码校验** @param mTag* @param position* @return* @throws IOException*/@Throws(IOException::class)fun m1Auth(mTag: MifareClassic, position: Int): Boolean {if (mTag.authenticateSectorWithKeyA(position, MifareClassic.KEY_DEFAULT)) {return true} else if (mTag.authenticateSectorWithKeyB(position, MifareClassic.KEY_DEFAULT)) {return true}return false}}
2. iso15693卡解析
本案例中没有用到这种，只是需要M1所以不需要这个，这是别的大佬封装的类发出来供参考
import android.nfc.tech.NfcV;import com.haiheng.core.util.ByteUtils;import java.io.IOException;/*** NfcV(ISO 15693)读写操作* 用法* NfcV mNfcV = NfcV.get(tag);* mNfcV.connect();* <p>* NfcVUtils mNfcVutil = new NfcVUtils(mNfcV);* 取得UID* mNfcVutil.getUID();* 读取block在1位置的内容* mNfcVutil.readOneBlock(1);* 从位置7开始读2个block的内容* mNfcVutil.readBlocks(7, 2);* 取得block的个数* mNfcVutil.getBlockNumber();* 取得1个block的长度* mNfcVutil.getOneBlockSize();* 往位置1的block写内容* mNfcVutil.writeBlock(1, new byte[]{0, 0, 0, 0})** @author Kelly* @version 1.0.0* @filename NfcVUtils.java* @time 2018/10/30 10:29* @copyright(C) 2018 song*/
public class NfcVUtils {private NfcV mNfcV;/*** UID数组行式*/private byte[] ID;private String UID;private String DSFID;private String AFI;/*** block的个数*/private int blockNumber;/*** 一个block长度*/private int oneBlockSize;/*** 信息*/private byte[] infoRmation;/*** * 初始化* * @param mNfcV NfcV对象* * @throws IOException* */public NfcVUtils(NfcV mNfcV) throws IOException {this.mNfcV = mNfcV;ID = this.mNfcV.getTag().getId();byte[] uid = new byte[ID.length];int j = 0;for (int i = ID.length - 1; i >= 0; i--) {uid[j] = ID[i];j++;}this.UID = ByteUtils.byteArrToHexString(uid);getInfoRmation();}public String getUID() {return UID;}/*** * 取得标签信息 * */private byte[] getInfoRmation() throws IOException {byte[] cmd = new byte[10];cmd[0] = (byte) 0x22; // flagcmd[1] = (byte) 0x2B; // commandSystem.arraycopy(ID, 0, cmd, 2, ID.length); // UIDinfoRmation = mNfcV.transceive(cmd);blockNumber = infoRmation[12];oneBlockSize = infoRmation[13];AFI = ByteUtils.byteArrToHexString(new byte[]{infoRmation[11]});DSFID = ByteUtils.byteArrToHexString(new byte[]{infoRmation[10]});return infoRmation;}public String getDSFID() {return DSFID;}public String getAFI() {return AFI;}public int getBlockNumber() {return blockNumber + 1;}public int getOneBlockSize() {return oneBlockSize + 1;}/*** * 读取一个位置在position的block* * @param position 要读取的block位置* * @return 返回内容字符串* * @throws IOException* */public String readOneBlock(int position) throws IOException {byte cmd[] = new byte[11];cmd[0] = (byte) 0x22;cmd[1] = (byte) 0x20;System.arraycopy(ID, 0, cmd, 2, ID.length); // UIDcmd[10] = (byte) position;byte res[] = mNfcV.transceive(cmd);if (res[0] == 0x00) {byte block[] = new byte[res.length - 1];System.arraycopy(res, 1, block, 0, res.length - 1);return ByteUtils.byteArrToHexString(block);}return null;}/*** * 读取从begin开始end个block* * begin + count 不能超过blockNumber* * @param begin block开始位置* * @param count 读取block数量* * @return 返回内容字符串* * @throws IOException* */public String readBlocks(int begin, int count) throws IOException {if ((begin + count) > blockNumber) {count = blockNumber - begin;}StringBuffer data = new StringBuffer();for (int i = begin; i < count + begin; i++) {data.append(readOneBlock(i));}return data.toString();}/*** * 将数据写入到block,* * @param position 要写内容的block位置* * @param data 要写的内容,必须长度为blockOneSize* * @return false为写入失败，true为写入成功* * @throws IOException * */public boolean writeBlock(int position, byte[] data) throws IOException {byte cmd[] = new byte[15];cmd[0] = (byte) 0x22;cmd[1] = (byte) 0x21;System.arraycopy(ID, 0, cmd, 2, ID.length); // UID//blockcmd[10] = (byte) position;//valueSystem.arraycopy(data, 0, cmd, 11, data.length);byte[] rsp = mNfcV.transceive(cmd);if (rsp[0] == 0x00)return true;return false;}
}
总结
以上就是今天要讲的内容，文章中如有错误或者需要改进的地方欢迎补充指正，本文仅介绍了NFC的使用和M1卡的读取解析场景，关于NFC的历史、卡片类型、Intent filter类型详细描述，其他使用场景等可以参考更多文档，这里贴出来几个我看到的对我很有帮助的文章，也欢迎大家多做参考，
NFC 各种卡类型、区别、历史介绍
https://zhuanlan.zhihu.com/p/344426747
各种官方资料中文说明
https://blog.csdn.net/u013164293/article/details/124474247?spm=1001.2014.3001.5506
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