Android Things 教程：Android Things USB 通信

Android Things 现在支持 USB Host（从 DP3 后），它允许用户空间的 Android 应用程序与定制的 USB 设备通话。

为了探索这个功能，我们将创建一个自定义 USB 传感器，并通过 USB 将所有事件转发到 Android Things 板。

您可以在下面看到我们将实现的视频：USB 设备将是一个 Arduino NFC 阅读器。当扫描标签（或者amiibo）时，Arduino 会通过 USB 将 NFC 数据转发到 Android Things 板。

Android Things + USB + Arduino + NFC

注意事项

有两种不同的方式通过 Android Things 与 USB 设备进行通信。

• 如果设备是 USB 串行设备，并且通过内核报告了 /dev/tty* 设备句柄，则不需要使用任何 USB Host API。而是尝试调用 PeripheralManagerService.getUartDeviceList()。如果您可以看到一个新的 UART 结点，这意味着您可以直接使用 UART API 与 USB 设备进行通信。根本不需要使用 USB API（如果你不需要的话）。
• 如果设备在插入之后没有报告新的 /dev/tty*（例如，内核没有内置的驱动程序），则不得不使用 USB 层。您将需要操作 USB Host API，它允许常规用户空间应用程序与 USB 设备进行通信，而无需 root 权限或 Linux 内核所需的支持。

在之前的文章中，我们已经看到了如何通过 UART 与串口设备进行通信。这一次，我们将使用 USB Host API，并且将使用第三方库执行串行通信。这样，我们在这里写的代码将不会特定于 Android Things，但也可以在任何Android（3.1及以上）的智能手机上工作。

烧录 Arduino

我们将从简单的事情开始：我们首先要让 Arduino 不断在串行端口上发送 “Hello！” ，波特率为 115200。

void setup() {
  Serial.begin(115200);
}

void loop() {
  Serial.println("Hello!");
  delay(1000);
}

当我们将 Arduino 连接到 Android Things 板时，我们希望我们的应用程序每秒能够收到 “Hello！” 文本。 为此，我们首先要编辑 AndroidManifest.xml。

AndroidManifest.xml

我们希望在外部 USB 设备连接到 Android 设备时收到通知。它可以添加一个新的 intent-filter 条目到 activity 中，当 USB 设备插入时应该由系统启动。此外，我们将添加一个元数据元素，指向外部 XML 资源文件（在 res/xml/device_filter.xml 中），该文件声明了有关我们要检测的设备的标识信息。

<activity launchMode="singleTop"...>...
  <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/device_filter"/>
</activity>

如果 device_filter.xml 文件具有以下内容，则每次插入任何 USB 设备时都会收到通知：

<resources>
    <usb-device/>
</resources>

这不完全是我们想要的。 我们只想在 Arduino 插入时通知，而忽略所有其他 USB 设备，所以我们将添加一个特定的规则。

将 Arduino 连接到 Android Things 板后，我们可以使用 dmesg 查看内核日志以获取一些设备信息：

$ adb shell dmesg
New USB device found, idVendor=2341, idProduct=0001
New USB device strings: Mfr=1, Product=2, SerialNumber=220
Product: Arduino Uno
Manufacturer: Arduino (www.arduino.cc)

我们只想在 Arduino（idVendor = 0x2341）被连接时得到通知，所以我们将这个供应商 id 指定到 usb-device 标签中：

<usb-device vendor-id="9025"/>

请注意，vendor-id 预期十进制值，而不是十六进制值。

这个过滤器对我们来说已经足够了。有关我们可以做什么的完整列表，请参阅 USB Host 文档

开始 USB 连接

现在，我们的 Activity 在每次接入 Arduino 时都会收到一个意图（Intent）。

首先，我们将列出所有连接的 USB 设备，如果发现 Arduino，则打开一个 USB 连接：

UsbManager usbManager = getSystemService(UsbManager.class);
Map<String, UsbDevice> connectedDevices = usbManager.getDeviceList();
for (UsbDevice device : connectedDevices.values()) {
  if (device.getVendorId() == 0x2341 && device.getProductId() == 0x0001) {
    Log.i(TAG, "Device found: " + device.getDeviceName());
    startSerialConnection(usbManager, device);
    break;
  }
}

startSerialConnection 方法将使用 felHR85 的 USBSerial 库，来打开 Arduino 和 Android 设备之间的串行连接：

void startSerialConnection(UsbManager usbManager, UsbDevice device) {
  UsbDeviceConnection connection = usbManager.openDevice(device);
  UsbSerialDevice serial = UsbSerialDevice.createUsbSerialDevice(device, connection);

  if (serial != null && serial.open()) {
    serial.setBaudRate(115200);
    serial.setDataBits(UsbSerialInterface.DATA_BITS_8);
    serial.setStopBits(UsbSerialInterface.STOP_BITS_1);
    serial.setParity(UsbSerialInterface.PARITY_NONE);
    serial.setFlowControl(UsbSerialInterface.FLOW_CONTROL_OFF);
    serial.read(mCallback);
  }
}

UsbSerialDevice.read() 方法需要一个 UsbReadCallback 引用，每次接收数据时都会调用它。以下是一个简单的实现：

UsbSerialInterface.UsbReadCallback mCallback = (data) -> {
  String dataStr = new String(data, "UTF-8");
  Log.i(TAG, "Data received: " + dataStr);
};

我们将 byte[] 数据转换为 UTF-8 字符串，并记录这些数据。

现在，每次通过 USB 从 Arduino 发送数据时，都会触发回调，并记录数据。 我们可以运行 adb logcat 来确认，我们每秒收到来自 Arduino 的 “Hello！” 消息：

Data received: Hello!
Data received: Hello!
Data received: Hello!

要获得完整和优化的源代码，请查看 github.com/Nilhcem/usbfun-androingsings。

增加一些乐趣

每一秒输出 “你好！” 到日志都很无聊。

为这个项目添加一些乐趣的快速方法是，将 NFC 模块连接到 Arduino，并通过 USB 将此模块的 NFC 标签数据发送给 Android Things 开发板。

我使用 Elechouse 的 PN532 模块通过 SPI，使用的是这个 Arduino 程序。

为了简化，我只是将标签 ID 转发到 Android Things 开发板。Android 应用根据收到的 ID 显示合适的图像。

将此项目移植到 Android 智能手机

正如介绍中所解释的，该项目使用 Android SDK 中的 USB Host API，因此完全兼容任何 Android 智能手机或平板电脑（minSdk=12）。如果您拥有 USB-OTG 电缆，则可以直接将 Arduino 插入手机。

下面是一个 Android 手机的演示（带声音），通过 USB 将数据发送到 Arduino 上，在压电式蜂鸣器上播放音乐。（源代码在这里）

Android smartphone + Arduino + Buzzer

但是，还是有一个区别：连接 USB 设备时，将显示一个 UI 对话框，用户需要授予 USB 访问设备的权限。检查权限是否被授予在我们编写的 Android Things 源代码项目上跳过了，因为与运行时权限类似，您不必检查/请求 Android Things 上的 USB 权限，因为可能没有附加的显示，因此，没有办法让用户授予这些权限。 他们是默认允许的。

走得更远

USB Host API 可以做的一个更好的例子是官方的 USB 枚举示例。该项目遍历主机发现的所有 USB 设备，并打印其接口和端点。

阅读源代码是有趣的，因为我们可以了解 USB 描述符。

例如，在检测到 USB 设备后，使用我们在本文中使用的相同 API（通过 UsbManager.openDevice() ）打开 USB 设备，然后代码立即查询 USB 设备和配置，而不是打开串行连接 （s）描述符：

connection.controlTransfer(0x80, 0x06, 0x100, 0x00, buffer, length, timeout);
int deviceClass = (buffer[4] & 0xFF);
int deviceProtocol = (buffer[6] & 0xFF);
int vendorId = (buffer[8] & 0xFF) + ((buffer[9] & 0xFF) << 8);
int productId = (buffer[10] & 0xFF) + ((buffer[11] & 0xFF) << 8);

读取 USB 规格时，指定所有 USB 设备必须至少支持一个默认端点。以此端点为目标的传输被称为控制传输，并且是主机获取设备信息的一种方式。

• 0x80 是数据方向。 这里的意思是 “IN”（从 USB 设备到主机）
• 0x06 是获取描述符的请求类型
• 0x100 用于设备描述符（0x200 用于配置描述符）
• 0x00 是描述符索引（默认描述符）

然后，代码接收来自缓冲区的数据，如文档中所述。

+--------+------+---------------------------------------+
| Offset | Size | Description                           |
+--------+------+---------------------------------------+
|    4   |   1  | Device class code                     |
|    6   |   1  | Protocol code                         |
|    8   |   2  | Vendor ID (assigned by USB.org)       |
|   10   |   2  | Product ID (assigned by Manufacturer) |
+--------+------+---------------------------------------+

等等。一旦我们明白，示例代码更容易阅读。

结论

这篇文章介绍了如何将 USB Host API 与 Android Things 结合使用的例子。

在真实场景中，您不需要使用 Arduino 将 NFC 支持带到 Android Things，因为您可以直接开发 NFC 驱动程序，即使您需要，也可以使用 Arduino 与 Arduino 进行通信直接的 UART API。您可能不需要使用 USB Host API + 第三方依赖项。

如果您拥有一个USB串行设备，并且如果后者被内核识别，那么使用 UART API 是在两个设备之间进行通信的最简单和推荐的方式。但是，如果您需要从应用程序访问任何类型的 USB 设备，那么您将很高兴在 Android Things 上拥有用户空间 USB 支持。

正如 Marcos Placona 在博客中解释的，一些组件需要超高速的驱动程序（发送几微秒内从 vcc 到地的信号）。尽管 Android Things 还无法实现，但您可以使用微控制器作为代理，并通过 USB 将数据导向 Android Things 板，以便在 Android Things 项目中使用这些组件。

英语原文链接：Android Things - USB communications