Android数据通信--USB通信的几种方式及使用场景

1、概述

自Android3.1（API Level 12）版本开始，Android系统直接支持USB主机模式和从机模式，同时为能够使更广泛的设备支持USB从机模式，Google官方还提供了相应的开发库向后兼容至Android2.3.4（API Level 10）版本。至于在之前的Android版本没有直接提供USB通信支持时，我们只能使用ADB的方式来实现Android设备与其他的设备通过USB线进行通信（Android设备只能以从机的方式接入，因为之前的Android设备都不支持OTG），而这也是到目前为止Android设备与PC通过USB线进行通信的唯一方式（常见的案例有豌豆荚、360手机助手等）。

注意：以上关于Android设备支持USB主机模式和从机模式的支持方式只是软支持，另外还须有硬件支持，并且硬件对两种模式的支持具有决定性。

2、Android USB Host Mode（USB 主机模式）

之所以把Android USB Host Mode放在第一个说是因为Android设备要提供对它的支持所需要的条件最多，相信大家看了Android USB Host Mode后，大概对其他两种方式就有了个大概的估计。我们先来看看Android USB Host Mode通信方式的简单原理图：

Android USB主机模式原理图

在Android USB Host Mode中，我们的Android设备充当USB主机并为整个总线供电，接入Android设备的其他USB设备充当从机的角色。在该模式下，我们的Android设备必须支持以下条件：

1、Android系统版本3.1（API Level 12）及以上。在概述中我们也提到，自Android3.1（API Level 12）开始才提供Android USB Host Mode的支持。

2、Android设备须支持OTG功能。我们的智能手机和相机等移动设备本身是无法像PC那样直接充当USB Host为总线供电的，而OTG正是为解决此类问题而生，目前主流的Android手机和平板都已添加OTG模块。在主机模式下，我们将Android设备上的USB主机模块又称为USB嵌入式主机（Embedded Host 简称 EH）。EH无法像PC上的USB主机一样，为接入总线的未识别外围设备加载驱动程序，所以EH设备提前在系统中对其目标外围设备列表TPL（Target Peripheral List）进行了定义，在这些外围USB设备中大部分是HID设备（Human Interface Device，如游戏手柄）、BOMS设备（Bulk Only Mass Storage，如读卡器、U盘）和CDC设备（Communication Device Class，USB通信设备类，如打印机、相机），其驱动程序已存在于Android平台的系统中（Linux Kernel），Android设备可以直接与这些设备直接通信。

3、支持AOA协议。AOA协议（Android Open Accessory Protocol，Android开发配件协议）是Google公司推出的用于实现Android设备与外围设备之间进行USB通信的协议，该协议拓展了Android设备USB接口的功能，为基于Android系统的智能设备应用于设备控制和数据采集领域提供了条件。关于AOA协议的固件源码烧写于硬件中，我们有时也把这项称作为Android设备的硬件支持。（该条件仅在接入Android设备外围设备是另一台Android设备时需要，当接入像U盘或打印机时，可不需要AOA协议的支持）

4、系统features.xml文件中提供了关于<uses-featureandroid:name="android.hardware.usb.host"/> 的定义。在使用Android USB Host Mode开发时，我们会在应用程序的AndroidMainifast.xml文件中指定<uses-featureandroid:name="android.hardware.usb.host"/> 用来对不支持Android USB Host Mode的设备进行过滤，Android系统版本3.1及以上默认支持，但是不排除设备商会对原生的Android系统进行裁剪，可能会裁剪掉features.xml文件中关于<uses-featureandroid:name="android.hardware.usb.host"/>的定义，也就是说当应用程序安装时来扫描系统的硬件支持feature时，发现没有关于<uses-featureandroid:name="android.hardware.usb.host"/>的定义，认为该设备不支持Android USB Host Mode，也就会提示你无法安装了。

3、Android USB Accessory Mode（USB 从机模式）

Android USB Accessory Mode又被称为Android USB配件模式或Android USB外设模式。在Android USB Accessory Mode中，我们的Android设备充当USB从机，而接入的外围设备充当主机并为总线供电。在该模式中，我们习惯称外围设备为Android配件，该模式主要为不具备Android USB Host Mode的Android设备提供与其他USB设备交互的功能。我们先来看看Android USB Accessory Mode通信方式的简单原理图：

Android USB从机模式原理图

从上面的原理图中我们可以看到，相比在Android USB Host Mode中，Android设备与外围设备的角色进行了互换，就像我们的Android设备以外围设备的方式接入了另外一台Android设备一样。在该模式下我们的Android设备必须支持以下条件：

1、Android系统版本2.3.4（API Level 10）及以上。在概述中我们也提到，自Android3.1（API Level 12）开始才直接提供对Android USB Accessory Mode的支持，同时Google提供的配件开发工具包ADK（Accessory Development Kit）提供了Android设备与Android配件通过USB通信的API，该ADK包能够向后兼容至Android2.3.4系统版本。（Android 3.1及以上的系统之所以能够直接支持也是因为系统直接封装了ADK的API）

2、必须支持AOA协议。在Android USB Accessory Mode中，Android设备必须支持AOA协议，因为当Android设备以从机的方式接入Android配件时，Android配件会通过AOA协议检测并初始化Android设备的USB通信的环境和启动Android设备的USB从机模式。

3、系统features.xml文件中提供了关于<uses-featureandroid:name="android.hardware.usb.accessory"/> 的定义。关于该条件与Android USB Host Mode中的原因一致，这里不再赘述。

同样地，在该模式下我们的Android配件也必须支持以下条件：

1、具有USB主控制的硬件电路（USB主机功能）并支持USB协议。在USB通信中总得有一方为总线供电。

2、已将AOA协议的固件源码烧写至Android配件的主芯片中。换句话说，Android配件也得支持AOA协议。

当Android设备和Android配件满足各自的条件后，那么它们之间就可以通过USB进行通信了，而通信的关键就在于AOA协议。

4、Android ADB（Android Debug Bridge）

该方式主要是为满足Android设备与PC通过USB进行通信，之前我也说过这是Android设备与PC进行USB通信的唯一方式，所以想实现Android设备与PC之间通过USB通信的同学们只有这种选择了。那么，在该方式下，我们的Android设备基本上不需要提供其他的什么条件支持，只需要打开设置中的调试模式即可。（必须打开调试模式，有闲的无聊的同学可以试试将手机上的USB调试关闭，然后你会发现PC上的豌豆荚和360手机助手这类的工具永远都连不上手机，因为关闭了手机上adbd系统服务，肯定是连不上的）。

虽然我们的Android设备不需要什么条件支持，但是我们的PC却需要以下条件：

1、正确安装了该Android设备的驱动程序（有点废话）。

2、PC上运行了封装有dbmlib库的程序，如DDMS工具、豌豆荚和360手机助手等（实际与Android设备进行通信的是adb服务进程，已封装在ddmlib库中）。

好了，有关Android USB通信的几种方式和应用场景大概地分析了一下，如有不对的地方，希望大家批评指正！