AndroidDev

坚持比完美更重要

Android NFC开发入门

NFC的几个概念

  • 接触式IC卡 例如手机SIM卡、金融IC卡。

  • 非接触式IC卡 又称射频卡，将无线射频识别技术和IC卡结合起来，免接触。

  • RFID 无线射频识别，一种无线通讯技术。

    基本原理：阅读器将电信号转换为无线电信号（电磁波的一个频带）发给标签，标签使用接收到的无线电波能量供电，然后将存储在自身数据以无线电信号的形式应答给阅读器，以读取到标签中的数据。

  • NFC（Near Field Communication） 短距离无线通讯技术，基于RFID，一般在10cm之内使用13.56MHz频率通讯

Android如何使用NFC

权限声明

在AndroidManifest.xml中如下申请NFC权限:

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<uses-permission android:name="android.permission.NFC" />

添加下面一行，保证在GooglePlay商店此应用只显示给带NFC硬件的设备

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<uses-feature android:name="android.hardware.nfc" android:required="true" />

在代码中动态判断设备是否支持NFC：

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if(NfcAdapter.getDefaultAdapter() == null){
  Log.v("monkey","设备不支持NFC.");
}

Android设备支持三种模式的NFC操作

  1. Reader/writer mode 通过Android设备对NFC标签进行读写数据操作。
  2. P2P mode NFC设备之间交换数据，AndroidBeam使用这种模式。
  3. Card emulation mode NFC设备模拟成NFC标签。

Reader/write mode

Android通过标签分发系统分析发现的NFC标签，封装成对应的Intent发给Android上层进行对应的处理。

Android中关于NFC有三种类型的Action（优先级由高到低）：

ACTION_NDEF_DISCOVERED ACTION_TECH_DISCOVERED ACTION_TAG_DISCOVERED

这里的优先级可以通过标签分发系统的机制来解释:

  1. 如果一个包含NDEF格式数据的NFC标签被发现，Android优先发送带ACTION_NDEF_DISCOVEREDaction的Intent。
  2. 如果没有Activity处理ACTION_NDEF_DISCOVERED类型的intent 或者 NFC标签不包含NDEF格式的数据（使用了其他已知技术）或者 NDEF格式的标签不能被标签分发系统映射成正确的Intent，则会发送优先级较低的ACTION_TECH_DISCOVEREDintent来尝试启动Activity（不会发送ACTION_NDEF_DISCOVERED）。
  3. 如果仍然没有Activity响应上述两个Action，则系统会发送优先级最低的ACTION_TAG_DISCOVERED的Intent。

图为标签分发系统：

nfc_tag_dispatch

NFC数据格式

NFC的数据格式可以分为NDEF和非NDEF两种。NDEF是NFC Forum定义的一种标准格式，在Android中得到最大范围的支持，是Android最推荐使用的格式。

  • NDEF数据在AndroidSDK中被封装成一个包含多个NdefRecord的NdefMessage，android.nfc.tech.Ndef类封装了各种便捷的读写数据的操作。

    前面说过当Android设备发现NDEF格式的标签之后会发出ACTION_NDEF_DISCOVERED类型的Intent。通常在intent中还会带上更加具体的mime type & URI等数据，以便筛选更加具体的Activity来进行处理（这个是Android推荐使用这个格式的原因之一）。下面就来说说，NDEF具体的数据格式以及Android如何分析NDEF数据来生成对应的Intent。

    NDEF数据格式：

    ndef_protocol

    1. TNF 3bits的字段，标识了如何解析第二个字段type。包含的值见表一：

    表一，TNF字段以及映射：

    TNF 映射的Intent
    TNF_ABSOLUTE_URI 基于type的URI
    TNF_EMPTY 无映射，降级到ACTION_TECH_DISCOVERED
    TNF_EXTERNAL_TYPE 基于type的URI. type形式为 :。映射后的URI形式为： vnd.android.nfc://ext/<domain>:<service>.
    TNF_MIME_MEDIA 基于type的MIME类型
    TNF_UNCHANGED 无效，降级为ACTION_TECH_DISCOVERED
    TNF_UNKNOWN 降级为ACTION_TECH_DISCOVERED
    TNF_WELL_KNOWN 基于type（RTD)的MIME type or URI ，需要再根据type的值进行映射（见表二）

    表二，RTDs for TNF_WELL_KNOWN以及映射：

    RTD 映射的Intent
    RTD_ALTERNATIVE_CARRIER 降级为ACTION_TECH_DISCOVERED
    RTD_HANDOVER_CARRIER 降级为ACTION_TECH_DISCOVERED
    RTD_HANDOVER_REQUEST 降级为ACTION_TECH_DISCOVERED
    RTD_HANDOVER_SELECT 降级为ACTION_TECH_DISCOVERED
    RTD_SMART_POSTER 基于解析payload的URI
    RTD_TEXT MIME类型 text/p
    RTD_URI 基于payloadd的URI
    1. type,描述Record的类型，如果TNF为TNF_WELL_KNOWN，则这个字段指定RTD，见上表二。
    2. ID，字段的唯一标识，一般不常用，可以用来标识一张标签。
    3. payload，有效荷载，保存真实的数据。

    ​

    创建各种类型的NDEF数据&响应对应NDEF 数据的IntentFilter实例

    ​1. 创建TNF_ABSOLUTE_URI类型数据:

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NdefRecord uriRecord = new NdefRecord(
NdefRecord.TNF_ABSOLUTE_URI ,
"http://developer.android.com/index.html".getBytes(Charset.forName("US-ASCII")),
new byte[0], new byte[0]);

​ 响应的intent filter：

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<intent-filter>
    <action android:name="android.nfc.action.NDEF_DISCOVERED" />
    <category android:name="android.intent.category.DEFAULT" />
    <data android:scheme="http"
        android:host="developer.android.com"
        android:pathPrefix="/index.html" />
</intent-filter>

​ 2. 创建TNF_MIME_MEDIA类型的数据：

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  NdefRecord mimeRecord = NdefRecord.createMime("application/vnd.com.example.android.beam",
      "Beam me up, Android".getBytes(Charset.forName("US-ASCII")));

对应的intent filter:

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  <intent-filter>
      <action android:name="android.nfc.action.NDEF_DISCOVERED" />
      <category android:name="android.intent.category.DEFAULT" />
      <data android:mimeType="application/vnd.com.example.android.beam" />
  </intent-filter>

​ 3. 创建TNF_EXTERNAL_TYPE类型的数据:

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  byte[] payload; //assign to your data
  String domain = "com.example"; //usually your app's package name
  String type = "externalType";
  NdefRecord extRecord = NdefRecord.createExternal(domain, type, payload);

对应的intent filter:

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  <intent-filter>
      <action android:name="android.nfc.action.NDEF_DISCOVERED" />
      <category android:name="android.intent.category.DEFAULT" />
      <data android:scheme="vnd.android.nfc"
          android:host="ext"
          android:pathPrefix="/com.example:externalType"/>
  </intent-filter>

​ 4. 创建TNF_WELL_KNOWN with RTD_TEXT类型的数据：

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public NdefRecord createTextRecord(String payload, Locale locale, boolean encodeInUtf8) {
    byte[] langBytes = locale.getLanguage().getBytes(Charset.forName("US-ASCII"));
    Charset utfEncoding = encodeInUtf8 ? Charset.forName("UTF-8") : Charset.forName("UTF-16");
    byte[] textBytes = payload.getBytes(utfEncoding);
    int utfBit = encodeInUtf8 ? 0 : (1 << 7);
    char status = (char) (utfBit + langBytes.length);
    byte[] data = new byte[1 + langBytes.length + textBytes.length];
    data[0] = (byte) status;
    System.arraycopy(langBytes, 0, data, 1, langBytes.length);
    System.arraycopy(textBytes, 0, data, 1 + langBytes.length, textBytes.length);
    NdefRecord record = new NdefRecord(NdefRecord.TNF_WELL_KNOWN,
    NdefRecord.RTD_TEXT, new byte[0], data);
    return record;
}

​ 对应的Intent filter:

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<intent-filter>
    <action android:name="android.nfc.action.NDEF_DISCOVERED" />
    <category android:name="android.intent.category.DEFAULT" />
    <data android:mimeType="text/plain" />
</intent-filter>

​

​ 读写NDEF格式的NFC数据：

​ 1. Intent中包含三个相关的数据：

​ EXTRA_TAG 扫描到的标签对象

​ EXTRA_NDEF_MESSAGES 从标签中获取到的NDEF数据对象，只有ACTION_NDEF_DISCOVERED类型的 Intent包含

​ EXTRA_ID 标签的ID（可选）

​ 2 .解析NDEF数据的代码一般为：

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@Override
protected void onNewIntent(Intent intent) {
    super.onNewIntent(intent);
    ...
    if (intent != null && NfcAdapter.ACTION_NDEF_DISCOVERED.equals(intent.getAction())) {
        Parcelable[] rawMessages =
            intent.getParcelableArrayExtra(NfcAdapter.EXTRA_NDEF_MESSAGES);
        if (rawMessages != null) {
            NdefMessage[] messages = new NdefMessage[rawMessages.length];
            for (int i = 0; i < rawMessages.length; i++) {
                messages[i] = (NdefMessage) rawMessages[i];
            }
            // Process the messages array.
            ...
        }
    }
}

​ 写NDEF数据的代码一般为：

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 @Override
    protected void onNewIntent(Intent intent) {
        super.onNewIntent(intent);
        Tag tag = intent.getParcelableExtra(NfcAdapter.EXTRA_TAG);
        NdefRecord ndefRecord = NdefRecord.createExternal("domain", "service", "content".getBytes());
        NdefMessage ndefMessage = new NdefMessage(new NdefRecord[] {ndefRecord});
        Ndef ndef = Ndef.get(tag); //获取Ndef tech的对象
        if (ndef != null) { //非NDEF数据
            try {
                ndef.connect();
                ndef.writeNdefMessage(ndefMessage);
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            } catch (FormatException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        } else { //可格式化为NDEF数据
            NdefFormatable ndefFormatable = NdefFormatable.get(tag);
            if (ndefFormatable != null) {
                try {
                    ndefFormatable.connect();
                    ndefFormatable.format(ndefMessage);
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                } catch (FormatException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
    }

​

  • 非NDEF数据可以配合android.nfc.tech包下的对应的类来进行使用。

    每个NFC标签可能支持不同种类的technologies(不同格式数据的读写），可以通过如下代码获取标签支持的techonologies:

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  mTag = getIntent().getParcelableExtra(NfcAdapter.EXTRA_TAG);
  String[] teches = mTag.getTechList();

Android支持的常见Technology如下表：

Class Description
TagTechnology The interface that all tag technology classes must implement.
NfcA Provides access to NFC-A (ISO 14443-3A) properties and I/O operations.
NfcB Provides access to NFC-B (ISO 14443-3B) properties and I/O operations.
NfcF Provides access to NFC-F (JIS 6319-4) properties and I/O operations.
NfcV Provides access to NFC-V (ISO 15693) properties and I/O operations.
IsoDep Provides access to ISO-DEP (ISO 14443-4) properties and I/O operations.
Ndef Provides access to NDEF data and operations on NFC tags that have been formatted as NDEF.
NdefFormatable Provides a format operations for tags that may be NDEF formattable.

Android设备可选支持的Technology：

Class Description
MifareClassic Provides access to MIFARE Classic properties and I/O operations, if this Android device supports MIFARE.
MifareUltralight Provides access to MIFARE Ultralight properties and I/O operations, if this Android device supports MIFARE.

前面讲解过，标签在某些情况下会降级为ACTION_TECH_DISCOVERED类型的Intent，对应的xml文件为:

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<activity>
...
<intent-filter>
    <action android:name="android.nfc.action.TECH_DISCOVERED"/>
</intent-filter>

<meta-data android:name="android.nfc.action.TECH_DISCOVERED"
    android:resource="@xml/nfc_tech_filter" />
...
</activity>

其中android:resource=“@xml/nfc_tech_filter”指定NFC technology的过滤文件，放在res/xml目录下任意命名。其中指定的technologies必须是所识别的标签支持的technologies的子集，才能匹配到。例如：

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<resources xmlns:xliff="urn:oasis:names:tc:xliff:document:1.2">
    <tech-list>
        <tech>android.nfc.tech.IsoDep</tech>
        <tech>android.nfc.tech.NfcA</tech>
        <tech>android.nfc.tech.NfcB</tech>
        <tech>android.nfc.tech.NfcF</tech>
        <tech>android.nfc.tech.NfcV</tech>
        <tech>android.nfc.tech.Ndef</tech>
        <tech>android.nfc.tech.NdefFormatable</tech>
        <tech>android.nfc.tech.MifareClassic</tech>
        <tech>android.nfc.tech.MifareUltralight</tech>
    </tech-list>
</resources>

或者分开多个,他们之间相互独立，匹配一个就好。

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<resources xmlns:xliff="urn:oasis:names:tc:xliff:document:1.2">
    <tech-list>
        <tech>android.nfc.tech.NfcA</tech>
        <tech>android.nfc.tech.Ndef</tech>
    </tech-list>
</resources>

<resources xmlns:xliff="urn:oasis:names:tc:xliff:document:1.2">
    <tech-list>
        <tech>android.nfc.tech.NfcB</tech>
        <tech>android.nfc.tech.Ndef</tech>
    </tech-list>
</resources>

各种类型的非NDEF数据格式的读写

查看对应的规格书按照协议来使用，在developer.android.com中可以简单地查看一种数据格式的说明：如 MIFAREClassic

P2P mode

即AndroidBeam功能，使两台Android设备进行快速的数据交换。发送数据的设备打开发送数据的应用（相当于一张标签），接受数据的设备解锁靠近发送数据的设备之后，发送数据的设备UI显示“Touch to Beam",点击即可将数据发送给接收端（接收端设备接受到数据通过标签分发系统决定打开的应用进行处理）。

相关的API有两个：

NfcAdapter.setNdefPushMessage() :发送端设置要发送的NDEF数据。两台设备靠近之后点击”Touch to Beam"发送此数据。

NfcAdapter.setNdefPushMessageCallback():此方法接受一个NfcAdapter.CreateNdefMessageCallback类型的回调接口，此接口在两台设备靠近时回调进行NDEF数据的创建，然后点击“Touch to Beam"发送数据。

两个接口的唯一不同在于：接口1一开始便确定了要发送的数据；接口2在两个设备靠近时才创建要发送的NDEF数据。

代码示例(Demo中onCreate中为发送端逻辑，onResume中为接收端处理逻辑):

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public class MainActivity extends AppCompatActivity {

    private NfcAdapter mNfcAdapter;

    @Override
    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        setContentView(R.layout.activity_main);
        mNfcAdapter = NfcAdapter.getDefaultAdapter(this);
        if (mNfcAdapter == null) {
            Toast.makeText(this, "not support nfc", Toast.LENGTH_SHORT).show();
            finish();
            return;
        }

        final NdefRecord ndefRecord =         NdefRecord.createMime("application/vnd.com.example.android.beam", "hello android".getBytes());
        mNfcAdapter.setNdefPushMessageCallback(new NfcAdapter.CreateNdefMessageCallback() {
            @Override
            public NdefMessage createNdefMessage(NfcEvent nfcEvent) {
                Log.v("seewo", "createNdefMessage");
                return new NdefMessage(ndefRecord);
            }
        }, this);
//        mNfcAdapter.setNdefPushMessage(new NdefMessage(ndefRecord), this); //接口一的实现
    }

    @Override
    protected void onResume() {
        super.onResume();
        //接收端的处理逻辑
        if (NfcAdapter.ACTION_NDEF_DISCOVERED.equals(getIntent().getAction())) {
            processIntent(getIntent());
        }
    }

    @Override
    public void onNewIntent(Intent intent) {
        setIntent(intent);
    }

    void processIntent(Intent intent) {
        Parcelable[] rawMessages =             intent.getParcelableArrayExtra(NfcAdapter.EXTRA_NDEF_MESSAGES);
        NdefMessage msg = (NdefMessage) rawMessages[0];
        String info = new String(msg.getRecords()[0].getPayload());
        Toast.makeText(this, info, Toast.LENGTH_SHORT).show();
    }
}

Card emulation mode

Android4.4之前通过在Android设备中内置一个芯片来实现。通信路径如下图：

NFC_SE

Android4.4之后可以通过纯软件模拟NFC卡。通信路径如下图：

NFC_HCE

在Android上层程序只需实现一个服务，并且给服务绑定一个ID，便可以模拟成NFC卡，根据读卡器发出的ID响应数据。

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public class MyHostApduService extends HostApduService {
    @Override
    public byte[] processCommandApdu(byte[] apdu, Bundle extras) {
       ...
    }
    @Override
    public void onDeactivated(int reason) {
       ...
    }
}

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<service android:name=".MyHostApduService" android:exported="true"
         android:permission="android.permission.BIND_NFC_SERVICE">
    <intent-filter>
        <action android:name="android.nfc.cardemulation.action.HOST_APDU_SERVICE"/>
    </intent-filter>
    <meta-data android:name="android.nfc.cardemulation.host_apdu_service"
               android:resource="@xml/apduservice"/>
</service>

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<host-apdu-service xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android"
           android:description="@string/servicedesc"
           android:requireDeviceUnlock="false">
    <aid-group android:description="@string/aiddescription"
               android:category="other">
        <aid-filter android:name="F0010203040506"/>
        <aid-filter android:name="F0394148148100"/>
    </aid-group>
</host-apdu-service>

相关资料

1.NDEF数据解析实例：http://note.youdao.com/share/?id=8b45d342e34d2bce0fade2218bafd79c&type=note#/

2.AndnroidNFC官网介绍：https://developer.android.com/guide/topics/connectivity/nfc/index.html

3.NFC相关的应用：NXPTagWriter、NXPTagInfo、MIFARE经典工具

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