Android usb学习笔记:Android AOA协议Android端流程总结

背景

上篇文章中我们了解了嵌入式设备端将Android手机设置为accessory模式的流程以及嵌入式设备端接收和发送数据的流程，本文将对应介绍Android端accessory模式被激活的过程，以及接下来如何与嵌入式设备端进行通信。本文的源码下载地址：https://git.oschina.net/vonchenchen/aoa_android.git

实现

USBConnStatusManager 底层启动accessory模式

Android系统api通过UsbManager类管理usb相关，这里我们关注一下与accessory模式相关的内容。
当设备端启动android的accessory模式时，系统将会发送一条广播，设备拔出时也会发送一条广播，同时还有一条申请usb使用权限的广播。所以，要做的第一步就是动态注册这些广播，并编写一个广播接收者来处理对应的事件。这里对于的方法我们封装到了USBConnStatusManager类中，用来管理accessory相关连接。

IntentFilter filter = new IntentFilter();//接收权限信息filter.addAction(ACTION_USB_PERMISSION);//接收accessory连接事件filter.addAction(UsbManager.ACTION_USB_ACCESSORY_ATTACHED);//接收accessory断开事件filter.addAction(UsbManager.ACTION_USB_ACCESSORY_DETACHED);getContext().registerReceiver(mUsbReceiver, filter);

下面是对应的广播接收者，这里其实只需要监听两个广播，一个是获取usb权限，一旦这个广播发出我们就可以认为设备现在正在启动手机的accessory模式，第一次连接时手机会弹出对话框，让我们选择是否运行usb权限，另外一个就是需要在usb断开时做出反应，告诉设备连接已经断开了。下面是处理广播事件的过程：

mUsbReceiver = new BroadcastReceiver() {@Overridepublic void onReceive(Context context, Intent intent) {String action = intent.getAction();Log.i(TAG, "receive usb connect broadcast:" + action);if (ACTION_USB_PERMISSION.equals(action)) {synchronized (this) {//UsbAccessory accessory = UsbManager.getAccessory(intent);UsbAccessory accessory = (UsbAccessory) intent.getParcelableExtra(UsbManager.EXTRA_ACCESSORY);//获取accessory句柄成功if (intent.getBooleanExtra(UsbManager.EXTRA_PERMISSION_GRANTED, false)) {Log.d(TAG, "prepare to open usb stream");sCurStatus = STATUS_CONN_OK;mUsbAccessory = accessory;if (mOnUSBConnStatusChanged != null) {mOnUSBConnStatusChanged.onUSBConnect(accessory);}} else {Log.d(TAG, "permission denied for accessory " + accessory);sCurStatus = STATUS_CONN_ERR;mUsbAccessory = null;if (mOnUSBConnStatusChanged != null) {mOnUSBConnStatusChanged.onUSBConnectFailed(accessory);}}}} else if (UsbManager.ACTION_USB_ACCESSORY_DETACHED.equals(action)) {UsbAccessory accessory = (UsbAccessory) intent.getParcelableExtra(UsbManager.EXTRA_ACCESSORY);//if (accessory != null && accessory.equals(mAccessory)) {//检测到usb断开Log.d(TAG, "USB_ACCESSORY_DETACHED " + accessory);sCurStatus = STATUS_DISCONN;mUsbAccessory = null;//closeAccessory();//synchronized (USBConnStatusManager.class) {if (mOnUSBConnStatusChanged != null) {mOnUSBConnStatusChanged.onUSBDisconnect(accessory);}//}//}}}};

这里拿到accessory的引用以后就可以用这个引用获取usb的读写流，然后将accessory交给外部接口，由外部类处理数据的具体读写内容。如果接收到设备拔出广播，则手动释放引用，更新连接状态。
另外，如果设备已经插入并且处于accessory模式，广播接受者并不会调用，这时可以同步开启设备。可以检查mUsbManager.getAccessoryList()，如果有accessory设备则可以直接获取设备引用。由于一般手机都只有一个U口，此处默认只要有一个accessory连接就是我们的设备。下面代码用于同步开启已经存在的于accessory表中的设备：

    public void checkUSBDevice() {UsbAccessory[] accessories = mUsbManager.getAccessoryList();if(accessories == null){Log.i(TAG, "accessories list is null");return;}Log.i(TAG, "accessories length "+accessories.length);UsbAccessory accessory = (accessories == null ? null : accessories[0]);if (accessory != null) {if (mUsbManager.hasPermission(accessory)) {sCurStatus = STATUS_CONN_OK;mUsbAccessory = accessory;//synchronized (USBConnStatusManager.class) {if (mOnUSBConnStatusChanged != null) {mOnUSBConnStatusChanged.onUSBConnect(accessory);}//}} else {//synchronized (mUsbReceiver) {if (!mPermissionRequestPending) {mUsbManager.requestPermission(accessory, mPermissionIntent);mPermissionRequestPending = true;}//}}}}

USBHelper 具体操作usb的开关和读写等功能

USBHelper类具体操作usb的功能，这个类中持有USBConnStatusManager的单例对象，有了USBConnStatusManager就可以拿到accessroy，通过USBConnStatusManager获取到读写流，这个类就是在外层调用USBConnStatusManager方法，对usb进行操作。

openAsync

这个方法用来开启usb，首先注册广播接收者回调，用来检测usb插拔信息，注册完毕后检查当前系统中存在的accessory设备，如果已经连接了accessroy设备，则直接获取其accessroy的引用，通过这个引用获取读写流，者就是usb的打开过程。

    /*** accessory模式打开android的 usb设备* 如果当前列表有处于accessory模式的句柄则直接打开* 如果当前没有则回监听usb插拔，监听到对应事件后检查系统列表* @param onUSBConnStatusChanged*/@Overridepublic void openAsync(final OnUSBConnStatusChanged onUSBConnStatusChanged) {mReciveBuffer = new byte[RECIVE_BUF_SIZE];//注册USB连接状态监听mUSBConnStatusManager.registOnUSBConnStatusChangedListener(new OnUSBConnStatusChanged() {@Overridepublic void onUSBConnect(UsbAccessory accessory) {openAccessory(accessory);if (onUSBConnStatusChanged != null) {onUSBConnStatusChanged.onUSBConnect(accessory);}}@Overridepublic void onUSBConnectFailed(UsbAccessory accessory) {closeAccessory();if (onUSBConnStatusChanged != null) {onUSBConnStatusChanged.onUSBConnectFailed(accessory);}}@Overridepublic void onUSBDisconnect(UsbAccessory accessory) {closeAccessory();if (onUSBConnStatusChanged != null) {onUSBConnStatusChanged.onUSBDisconnect(accessory);}}});//检查usb列表 查看是否已经连接accessory设备mUSBConnStatusManager.checkUSBDevice();}/*** 通过accessory句柄拿到usb设备的输入输出流* @param accessory*/private void openAccessory(UsbAccessory accessory) {mFileDescriptor = mUsbManager.openAccessory(accessory);if (mFileDescriptor != null) {mAccessory = accessory;FileDescriptor fd = mFileDescriptor.getFileDescriptor();//usb读写流mInputStream = new FileInputStream(fd);mOutputStream = new FileOutputStream(fd);if (mOnDataTranPrepared != null) {Log.d(TAG, "accessory opened DataTranPrepared");mOnDataTranPrepared.onDataTranPrepared(mInputStream, mOutputStream);}Log.d(TAG, "accessory opened");} else {Log.d(TAG, "accessory open fail");}}

另外这个类还提供了usb数据读写和关闭设备等方法，大家可以参考项目源码。

SimpleTcpWrapper 封装上层通信协议

打通底层数据通道，下面就是封装我们自己协议了，在项目中使用tcp头简单封装了一个协议，可以实现三次握手，数据包通过序列号校验以及根据不同端口分发数据的功能。本章只讨论Android设备底层通信的实现，所以删除了协议部分，只是将usb发送过来的数据原样发送回去。

SimpleTcpWrapper中创建一个USBHelper对象用来管理usb数据通信，调用openAsync异步打开数据。一旦数据连接成功，我们就是开启一个数据接收线程，读取这个accessory的inputstream，一旦收到数据就将数据写入accessory的outputstrem中。

/*** 数据通信协议封装类，本例中只涉及简单usb层传输，并没有封装上层协议* Created by lidechen on 2/25/17.*/public class SimpleTcpWrapper implements ISimpleTcpManager {private static final String TAG = "SimpleTcpWrapper";private Context mContext;/*** 数据通信对象引用*/private USBHelper mConmunicateHelper;private Thread mRecieveThread;private ReciveTask mReciveTask;/*** 强制重启usb标志*/private boolean mForceOpenUSB = false;public SimpleTcpWrapper(Context context) {mContext = context;mConmunicateHelper = new USBHelper(mContext);}public void start(){//数据传输层准备就绪 可以开启数据收发任务mConmunicateHelper.setOnDataTranPrepared(new USBHelper.OnDataTranPrepared() {@Overridepublic void onDataTranPrepared(FileInputStream inputStream, FileOutputStream outputStream) {if (Config.DEBUG) {Log.i(TAG, "accessory opened: inputStream " + inputStream + " outputStream " + outputStream);}//建立从usb读取数据的任务mReciveTask = new ReciveTask(inputStream);mRecieveThread = new Thread(mReciveTask);mRecieveThread.start();}});}public void openUSBAsync(boolean reset) {if (mForceOpenUSB == false) {//状态为已连接且不是从后台进入 直接返回if (!reset) {return;}if(Config.DEBUG){Log.i(TAG, "openUSBAsync ...");}}mForceOpenUSB = false;mConmunicateHelper.openAsync(new OnUSBConnStatusChanged() {@Overridepublic void onUSBConnect(UsbAccessory accessory) {}@Overridepublic void onUSBConnectFailed(UsbAccessory accessory) {Log.i(TAG, "connect state ### onUSBConnectFailed ###");mConmunicateHelper.close();mForceOpenUSB = true;}@Overridepublic void onUSBDisconnect(UsbAccessory accessory) {Log.i(TAG, "connect state ### onUSBDisconnect ###");mConmunicateHelper.close();mForceOpenUSB = true;}});}public void closeUSB() {if (mRecieveThread != null) {mReadTaskRun = false;Thread.State state = mRecieveThread.getState();if (state == Thread.State.BLOCKED || state == Thread.State.TIMED_WAITING || state == Thread.State.TIMED_WAITING) {mRecieveThread.interrupt();}mRecieveThread = null;}mConmunicateHelper.close();}@Overridepublic int readTcpData(byte[] data, int realLen) {return 0;}@Overridepublic void writeRawData(byte[] data, int realLen) {}private byte[] mReciveBuffer;private static final int RECIVE_BUF_SIZE = 1024*10;private boolean mReadTaskRun = false;public class ReciveTask implements Runnable {private FileInputStream mInputStream;public ReciveTask(FileInputStream inputStream) {mInputStream = inputStream;}@Overridepublic void run() {mReciveBuffer = new byte[RECIVE_BUF_SIZE];mReadTaskRun = true;int off = 0;int len = 0;while (mReadTaskRun) {try {if (Config.DEBUG) {Log.i(TAG, "accessory opened start read");}//usb数据接收int ret = mInputStream.read(mReciveBuffer, off, RECIVE_BUF_SIZE - off);//将接收到的数据返回给usbbyte[] retBuf = new byte[ret];System.arraycopy(mReciveBuffer, 0, retBuf, 0, ret);mConmunicateHelper.writeSyncToUSB(retBuf);Log.i(TAG, "feedback "+new String(retBuf));} catch (IOException e) {if (Config.DEBUG) {Log.i(TAG, "ReciveTask exception :\n" + e.toString());}try {Thread.sleep(1);} catch (InterruptedException e1) {e.printStackTrace();}}}}}}

建立连接服务

在实践中发现上述SimpleTcpWrapper如果与应用建立在本app服务中，如果应用闪退usb则不能被正确释放，有时候服务还会被杀死，相对而言开一个单独进程的服务则比较稳定，app奔溃也不会挂掉，如果手动杀死app则外部服务也会被正确释放，不会占用usb资源。
独立进程的服务可以通过socket与我们的app进行数据交互。

关于嵌入式设备启动app应用

上一篇文章我们提到了设备开启android的app，会写入一些信息，那么android端是如何对应这些信息的呢？我们看看嵌入式端给android写的那些信息是什么

    const char *setupStrings[6];setupStrings[0] = vendor;setupStrings[1] = model;setupStrings[2] = description;setupStrings[3] = version;setupStrings[4] = uri;setupStrings[5] = serial;

这里我们在android的项目下资源文件中建立一个xml文件夹。建立一个accessory_filter.xml文件，文件内容如下：

<!--?xml version="1.0" encoding="utf-8"?-->
<resources><usb-accessory manufacturer="vonchenchen" model="android.usbaoa" version="0.1">
</usb-accessory></resources>
<!--
const char *vendor = "vonchenchen";
const char *model = "android.usbaoa";
const char *description = "Android Aoa Interface";
const char *version = "0.1";
const char *uri = "https://www.baidu.com/";
const char *serial = "1234567890";
-->

下面的注释是c代码中对应的字符串，manufacturer与vendor对应，model，version两个量对应一样，accessory就会被启动起来。假如手机中没有对应app，就会弹出对话框，选择是否启动浏览器，访问uri对应的地址。对话框中的描述信息就是description对应的字符串。

总结

到此，Android通过AOA协议与嵌入式设备通信的流程就已经分析完了，在设备端我们借助了libusb库，通过其api操作usb，将手机设置为accessory模式，然后通过libusb读写数据，在Android手机端监听accessory事件，同时查询本地accessory列表，一旦拿到accessory引用，就可以获取读写流，同时Android
端最好将accessory的相关处理放在单独进程的服务中处理，防止应用闪退导致usb资源无法释放，在此连接无法成功的问题。