NFC相关研究

NFC概述

• NFC是短距离的无线通信，通常距离是4厘米或更短。
• NFC工作频率是13.56M Hz,传输速率是106kbit/s到 848kbit/s。
• NFC总是在一个发起者和一个被动目标之间发生。发起者发出近场无线电波，这个近场可以给被动目标供电。这些被动的目标包括不需要电源的标签，卡，也可以是有电源的设备。

相比其他无线通信技术，如蓝牙和WiFi，NFC带宽更低，通信距离更短，低成本，不需要供电，不需要实现匹配，整个通信过程仅仅是短短的靠近一秒就能完成。

一个带有NFC支持的android设备通常是一个发起者。也可以作为NFC的读写设备。他将检测 NFC tags并且打开一个Activity来处理。Android 2.3.3还有支持有限的P2P(点对点传输) 。

Tag分很多种，其中简单的只提供读写段，有的只能读。复杂的tag可以支持一些运算，加密来控制对tag里数据段的读写。甚至一些tag上有简单的操作系统，允许一些复杂的交互和可以执行一些代码。

更多信息参见NFC资料收集

Android API概览

Android.nfc包

包含顶层类用来与本地NFC适配器交互。这些类可以表示被检测到的tag和NDEF数据。

类 说明

NfcManager	NFC适配器的管理器，可以列出所有此Android设备支持的NFC适配器。不过大部分Android设备只有一个NFC适配器，所以大部分情况下可以直接用静态方法getDefaultAdapter(context)来取适配器。
NfcAdapter	表示本设备的NFC适配器,可以定义Intent请求将系统检测到tag的消息发送到Activity，并提供方法注册前台tag消息发布和前台NDEF推送。前台NDEF推送是目前Android版本唯一支持的p2p NFC通信方式。
NdefMessage NdefRecord	NDEF是NFC论坛定义的数据结构，用来有效的存数据到NFC tag。如文本，URL，和其他MIME类型。NdefMessage扮演一个容器，这个容器存那些发送和读到的数据。一个NdefMessage对象包 含0或多个NdefRecord,每个NdefRecord有一个类型，如文本，URL，智能海报/广告，或其他MIME数据。在NdefMessage 里的第一个NfcRecord的类型用来发送tag到一个Android设备上的activity。
Tag	标示一个被动的NFC目标，比如tag，card，钥匙挂 扣，甚至是一个电话模拟的的NFC卡。当一个tag被检测到，tag对象将被创建并且封装到一个Intent里，然后NFC发布系统会将这个Intent 用startActivity发送到注册了接受这种Intent的activity里。可以用getTechList()方法来得到这个tag支持的技术 细节和创建一个android.nfc.tech提供的相应的TagTechnology对象。

android.nfc.tech包

包含那些对tag查询属性和进行I/O操作的类。这些类分别标示一个tag支持的不同的NFC技术标准。

类 说明

TagTechnology	这个接口是下面所有tag technology类必须实现的。
NfcA	支持ISO 14443-3A Nfc-A标准的属性和操作
NfcB	支持ISO 14443-3A Nfc-B标准的属性和操作
NfcF	支持JIS 6319-4 Nfc-F的属性和操作
NfcV	支持ISO 15693 NFC-V标准的属性和操作
IsoDep	支持ISO-DEP(ISO 14443-4)标准的属性和操作
Ndef	提供NDEF格式的tag数据的访问和其他操作。
NdefFormatable	对可以被格式化成NDEF格式的tag提供一个格式化的操作
MifareClassic	如果Android设备支持MIFARE，提供对MIFARE Classic目标的属性和I/O操作。
MifareUltralight	如果android设备支持MIFARE，提供对MIFARE Ultralight目标的属性和I/O操作。

权限声明

在AndroidManifest.xml中：

1. NFC使用 <uses-permission> 元素来访问NFC硬件:

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

2. 最小SDK版本需要设置正确：

   <uses-sdk android:minSdkVersion="10"/>

   • API level 9只包含有限的tag支持,包括：
     • 通过ACTION_TAG_DISCOVERED来发布Tag信息
     • 只有通过EXTRA_NDEF_MESSAGES扩展来访问NDEF消息
     • 其他的tag属性和I/O操作都不支持
   • API level 10可以实现对tag的广泛的读写支持。
3. uses-feature元素定义：

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

intent-filter设置

NFC intent filter告诉Android系统该Activity能处理NFC数据，可以定义1个或多个intent filter:

<intent-filter>
  <action android:name="android.nfc.action.NDEF_DISCOVERED"/>
  <data android:mimeType="mime/type" />
</intent-filter>
 
<intent-filter>
  <action android:name="android.nfc.action.TECH_DISCOVERED"/>
  <meta-data android:name="android.nfc.action.TECH_DISCOVERED"
             android:resource="@xml/nfc_tech_filter.xml" />
</intent-filter>
 
<intent-filter>
  <action android:name="android.nfc.action.TAG_DISCOVERED"/>
</intent-filter>

上边3个intent filters有优先级，更多信息可以看下面的Tag发布系统。

Tag发布系统

当Android设备扫描到一个NFC tag，一般的行为是自动找出会处理这个tag Intent的最合适的Activity，而不需要用户来选择用哪个Activity来处理。因为设备扫描NFC tag的范围和时间都很短，如果让用户选择，就有可能需要移动设备，这样将会打断这个扫描过程。应该开发只处理需要处理的tags的Activity，防 止出现让用户选择使用哪个Activity来处理的情况。

Android提供两个系统来正确的识别一个NFC tag是否是Activity想要处理的：

1. Intent发布系统
2. 前台发布系统。

Intent发布系统

Intent发布系统检查所有Activity的intent filters，找出那些定义了可以处理此tag的Activity，如果有多个Activity都配置了处理同一个tag Intent，那么将使用Activity选择器来让用户选择使用哪个Activity。用户选择之后，将使用选择的Activity来处理此 Intent.

前台发布系统

前台发布系统允许一个Activity覆盖掉Intent发布系统而首先处理此tag Intent，要求将要处理Tag Intent的Activity运行在前台，当一个NFC tag被扫描到时，系统会先检测前台的Activity是否支持处理此Intent，如果支持，即将此Intent传给此Activity，如果不支持， 则转到Intent发布系统。

使用Intent发布系统

Intent发布系统指定的3个intent有不同的优先级。通常当一个tag被检测到之后，Intent就被启动（start）了，这个启动遵循以下行为:

• android.nfc.action.NDEF_DISCOVERED:
  这个intent在一个包含NDEF负载的tag被检测到时启动，这是最高优先级的intent, Android系统不会让一个Intent能处理所有的NFC数据类型，必须在AndroidManifest.xml中指定与NFC tag对应的<data>元素，这样当扫描到的tag传过来的数据类型与定义的相匹配时，Activity就会被调用。例如想处理一个包含 plain text的NDEF_DISCOVERED intent ，要按照如下定义AndroidManifest.xml:

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

  如果NDEF_DISCOVERED intent已经被启动，TECH_DISCOVERED和TAG_DISCOVERED intent将不会被启动。假如一个未知的tag或者不包含NDEF负载的tag被检测到，此Intent不会被启动。

• android.nfc.action.TECH_DISCOVERED: 
  如果NDEF_DISCOVERED intent没启动或者没有一个Activity的filter检测NDEF_DISCOVERED ，并且此tag是已知的，那么此TECH_DISCOVERED Intent将会启动。TECH_DISCOVERED intent要求在一个资源文件里(xml)指定支持技术列表。
• android.nfc.action.TAG_DISCOVERED:
  如果没有Activity处理 NDEF_DISCOVERED和TECH_DISCOVERED intents或者tag被检测为未知的，那么此Intent将会被启动。

指定可处理的类型

假如Activity在AndroidManifest.xml文件里声明了处理android.nfc.action.TECH_DISCOVERED intent ，则必须创建一个Xml格式的资源文件，并加上Activity支持的技术到tech-list集合里。这样Activity将被认作能处理这些 tech-list的处理者，如果tag使用的技术在定义的列表里，Activity将接收此Intent。可以用getTechList()来获得 tag支持的技术。

例如：如果一个tag被检测到支持MifareClassic, NdefFormatable, 和 NfcA，tech-list集合必须指定了其中的一项或者多项来告诉系统该Activity能处理此Intent。

下面是一个资源文件例子，定义了所有的技术。可以根据需要删掉不需要的项，将此文件以任意名字+.xml保存到<project-root>/res/xml文件夹。

<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>

也可以指定多个tech-list集合，每个集合都认做独立的。如果任何单个tech-list集合是getTechList()返回的技术集合的子集， 那么该Activity将被认为匹配了。系统还提供“与”和“或”操作。下面的例子表示支持NfcA和NDef的卡，或者支持NfcB和NDef的卡：

<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>

使用前台发布系统

前台发布系统允许一个Activity拦截tag Intent 获得最高优先级的处理，这种方式可以用下面的方法实现：

1. 添加下列代码到Activity的onCreate() 方法里
   1. 创建一个PendingIntent对象, 这样Android系统就能在一个tag被检测到时定位到这个对象。

      PendingIntent pendingIntent = 
          PendingIntent
              .getActivity(this, 0, new Intent(this,getClass())
              .addFlags(Intent.FLAG_ACTIVITY_SINGLE_TOP), 0);

   2. 在Intent filters里声明想要处理的Intent，一个tag被检测到时先检查前台发布系统，如果前台Activity符合Intent filter的要求，那么前台的Activity的将处理此Intent。如果不符合，前台发布系统将Intent转到Intent发布系统。如果指定了 null的Intent filters，当任意tag被检测到时，将收到TAG_DISCOVERED intent。因此请注意应该只处理想要的Intent。

      IntentFilter ndef = new IntentFilter(NfcAdapter.ACTION_NDEF_DISCOVERED);
      try {
          ndef.addDataType("*/*");
      }catch(MalformedMimeTypeException e) {
          throw new RuntimeException("fail", e);
      }
      intentFiltersArray = new IntentFilter[]{ndef,};

   3. 设置程序要处理的Tag 技术的列表，调用Object.class.getName() 方法来获得想要支持处理的技术类。

      techListsArray = new String[][]{new String[]{NfcF.class.getName()}};

2. 覆盖onPause()和onResume()方法来打开或关闭前台发布系统。必须在主线程里调用 enableForegroundDispatch(Activity, PendingIntent, IntentFilter[], String[][]), 而且Activity需在前台（可以在onResume()里调用来保证这点）。还要覆盖onNewIntent回调来处理得到的NFC tag数据。

   public void onPause() {
       super.onPause();
       mAdapter.disableForegroundDispatch(this);
   }  
    
   public void onResume() {
       super.onResume();
       mAdapter.enableForegroundDispatch(this, pendingIntent, intentFiltersArray, techListsArray);
   }
    
   public void onNewIntent(Intent intent) {
       Tag tagFromIntent = intent.getParcelableExtra(NfcAdapter.EXTRA_TAG);
       //do something with tagFromIntent
   }

使用NFC tag上的数据

NFC tag上的数据以字节存放，可以将其转换成其他想要的格式。当往tag写东西时，必须以字节格式来写。Android提供API来写符合NDEF标准的信息，使用此标准能保证数据在往tag写时能被所有Android NFC设备支持。

很多tag使用他们自己的标准来存储数据，这些标准也被Android支持。但必须自己实现协议栈来读写这些tag。可以在android.nfc.tech里找到所有支持的技术，并且可以在TagTechnology接口里对该技术有个简单了解。

为了方便使用NDEF消息，Android用NdefRecord和NdefMessage包装原始字节数据为NDEF消息。一个NdefMessage 是保存0个或多个NdefRecords的容器，每个NdefRecord有自己的唯一类型名字格式，记录类型和ID来与其他记录区分开。可以存储不同类 型，不同的长度的记录到同一个NdefMessage。NFC tag容量的限制决定NdefMessage的大小。

支持Ndef和NdefFormatable技术的tag可以返回和接受NdefMessage对象为参数来进行读写操作。需要创建自己的逻辑来为其他在android.nfc.tech的tag技术实现读写字节的操作。

读NFC tag

当NFC tag靠近NFC设备时，相应的Intent将在设备上被创建。然后通知合适的程序来处理此Intent。下面的方法可以处理TAG_DISCOVERED intent并且使用迭代器来获得包含在NDEF tag负载中的数据。

NdefMessage[] getNdefMessages(Intent intent) {
    // Parse the intent
    NdefMessage[] msgs = null;
    String action = intent.getAction();
    if (NfcAdapter.ACTION_TAG_DISCOVERED.equals(action)) {
        Parcelable[] rawMsgs = intent.getParcelableArrayExtra(NfcAdapter.EXTRA_NDEF_MESSAGES);
        if (rawMsgs != null) {
            msgs = new NdefMessage[rawMsgs.length];
            for (int i = 0; i < rawMsgs.length; i++) {
                msgs[i] = (NdefMessage) rawMsgs[i];
            }
        }
        else {
        // Unknown tag type
            byte[] empty = new byte[] {};
            NdefRecord record = new NdefRecord(NdefRecord.TNF_UNKNOWN, empty, empty, empty);
            NdefMessage msg = new NdefMessage(new NdefRecord[] {record});
            msgs = new NdefMessage[] {msg};
        }
    }        
    else {
        Log.e(TAG, "Unknown intent " + intent);
        finish();
    }
    return msgs;
}

注意NFC设备读到的数据是byte类型，所以可能需要将他转成其他格式来呈现给用户。NFCDemo例子展示了怎样用com.example.android.nfc.record中的类来解析NDEF消息，比如纯文本和智能海报。

写NFC tag

往NFC tag写东西涉及到构造一个NDEF消息和使用与tag匹配的Tag技术。下面的代码展示怎样写一个简单的文本到NdefFormatable tag：

NdefFormatable tag = NdefFormatable.get(t);
Locale locale = Locale.US;
final byte[] langBytes = locale.getLanguage().getBytes(Charsets.US_ASCII);
String text = "Tag, you're it!";
final byte[] textBytes = text.getBytes(Charsets.UTF_8);
final int utfBit = 0;
final char status = (char) (utfBit + langBytes.length);
final byte[] data = Bytes.concat(new byte[] {(byte) status}, langBytes, textBytes);
NdefRecord record = NdefRecord(NdefRecord.TNF_WELL_KNOWN, NdefRecord.RTD_TEXT, new byte[0], data);
try {
    NdefRecord[] records = {text};
    NdefMessage message = new NdefMessage(records);
    tag.connect();
    tag.format(message);
}
catch (Exception e){
    //do error handling
}

点对点数据交换

前台推送技术支持简单点对点的数据交换，可以用enableForegroundNdefPush(Activity, NdefMessage)方法来打开此功能。

使用此功能需要满足以下条件：

• 推送数据的Activity必须是前台Activity。
• 必须将要发送的数据封装到NdefMessage对象里。
• 接收推送数据的设备必须支持com.android.npp NDEF推送协议，这对于Android设备是可选的。

假如Activity打开了前台推送功能并且位于前台，这时标准的Intent发布系统是禁止的。然而，如果Activity允许前台发布系统，那么此时检测tag的功能仍然是可用的，不过只适用于前台发布系统。

要打开前台推送需要:

• 创建一个要推送给其他NFC设备的包含NdefRecords的NdefMessage。
• 在Activity里覆盖onResume()和onPause()的回调来正确处理前台推送的生命周期。必须在Activity位于前台并在主线程里调 用enableForegroundNdefPush(Activity, NdefMessage) （可以在onResume()里调用来保证这点）。

public void onResume() {
    super.onResume();
    if (mAdapter != null)
        mAdapter.enableForegroundNdefPush(this, myNdefMessage);
}
public void onPause() {
    super.onPause();
    if (mAdapter != null)
        mAdapter.disableForegroundNdefPush(this);
}

当Activity位于前台，可以靠近另外一个NFC设备来推送数据。可参考例子ForegroundNdefPush来了解点对点数据交换。