Android开发笔记（一百六十一）NFC近场通信

NFC的全称是“Near Field Communication”，意思是近场通信、与邻近的区域通信。大众所熟知的NFC技术应用，主要是智能手机的刷卡支付功能。别看智能手机是近十年前才出现的，NFC的历史可比智能手机要悠久得多，它脱胎于上世纪的RFID无线射频识别技术。
所谓RFID是“Radio Frequency Identification”的缩写，它通过无线电信号便可识别特定目标并读写数据，而无需自身与该目标之间建立任何机械或者光学接触。像日常生活中的门禁卡、公交卡，乃至二代身份证，都是采用了RFID技术的卡片。若想读写这些RFID卡片，则需相应的读卡器，只要用户把卡片靠近，读卡器就会产生感应动作。
既然RFID已经广泛使用，那么何苦又要另外制定NFC标准呢？其实正是因为RFID用的地方太多了，导致随意性较大，反而不便于更好地管控。所以业界重新定义了NFC规范，试图在两个方面弥补RFID的固有缺憾：
1、RFID的信号传播距离较远，致使位于远处的设备也可能获取卡片信息，这对安全性较高的场合是不可接受的。而NFC的有效工作距离在十厘米之内，即可避免卡片信息被窃取的风险。
2、RFID的读写操作是单向的，也就是说，只有读卡器能读写卡片，卡片不能拿读卡器怎么样。现在NFC不再沿用“读卡器——卡片”的模式，取而代之的是只有NFC设备的概念，两个NFC设备允许互相读写，既可以由设备A读写设备B，也可以由设备B读写设备A。
改进之后的NFC技术既提高了安全性，又拓宽了应用场合，同时还兼容现有的大部分RFID卡片，因此在智能手机上运用NFC而非RFID也就不足为怪了。

带有NFC功能的手机，在实际生活中主要有三项应用：读卡、写卡、分享内容（两部手机之间传输数据）。为了能更迅速地了解NFC技术在Android中的开发流程，下面通过相对简单的读卡功能，来介绍如何进行手机App的NFC开发。

首先App工程要在AndroidManifest.xml中声明NFC的操作权限，下面是配置声明的例子：

    <!-- NFC -->
    <uses-permission android:name="android.permission.NFC" />
    <!-- 仅在支持NFC的设备上运行 -->
    <uses-feature android:name="android.hardware.nfc" android:required="true" />

其次还要对活动页面声明NFC过滤器，目前Android支持NDEF_DISCOVERED、TAG_DISCOVERED、TECH_DISCOVERED这三种过滤器，最好把它们都加入到过滤器列表中，示例如下：

        <activity android:name=".NfcActivity">
            <intent-filter>
                <action android:name="android.nfc.action.NDEF_DISCOVERED" />
            </intent-filter>
            <intent-filter>
                <action android:name="android.nfc.action.TAG_DISCOVERED" />
                <category android:name="android.intent.category.DEFAULT" />
            </intent-filter>
            <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TECH_DISCOVERED类型另外指定了过滤器的来源是@xml/nfc_tech_filter，该文件的实际路径为xml/nfc_tech_filter.xml，文件内容如下所示：

<resources>
    <!-- 可以处理所有Android支持的NFC类型 -->
    <tech-list>
        <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.IsoDep</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>

上面的过滤器列表乍看过去真是令人大吃一惊，这都是些什么东东，它们之间有哪些区别呢？倘若认真对这几个专业术语追根溯源，势必要一番长篇大论才能理清其中的历史脉络，因此不妨将事情简单化，这些NFC类型只不过是一个大家族内部的兄弟姐妹罢了。譬如说中国近代史上显赫的宋氏三姐妹，原是同一对父母，然后分别嫁给三个人罢了。NFC类型虽多，常见的NfcA、NfcB、IsoDep三个系出ISO14443标准（即RFID卡标准），它们仨各自用于生活中的几种场合，说明如下：
1、NfcA遵循ISO14443-3A标准，常用于门禁卡；
2、NfcB遵循ISO14443-3B标准，常用于二代身份证；
3、IsoDep遵循ISO14443-4标准，常用于公交卡；

好不容易把AndroidManifest.xml的相关配置弄完，接着便是代码方面的处理逻辑了。NFC编码主要有三个步骤：初始化适配器、启用感应/禁用感应、接收到感应消息并对消息解码，下面分别进行介绍：

一、初始化NFC适配器
这里的初始化动作又可分解为三部分：
1、调用NfcAdapter类的getDefaultAdapter方法，获取系统当前默认的NFC适配器。这个NfcAdapter与列表适配器的概念不一样，它其实是Android的NFC管理工具。
2、声明一个延迟意图，告诉系统一旦接收到NFC感应，则应当启动哪个页面进行处理。
3、定义一个NFC消息的过滤器，这个过滤器是AndroidManifest.xml所配置过滤器的子集。因为接下来要读取的卡片兼容RFID标准（ISO14443家族），所以过滤器的动作名称为NfcAdapter.ACTION_TECH_DISCOVERED，并且设置该动作包含了两项卡片标准，分别是NfcA（用于门禁卡）和IsoDep（用于公交卡）。
详细的NFC初始化代码示例如下：

    private void initNfc() {
        // 获取默认的NFC适配器
        nfcAdapter = NfcAdapter.getDefaultAdapter(this);
        if (nfcAdapter == null) {
            tv_nfc_result.setText("当前手机不支持NFC");
            return;
        } else if (!nfcAdapter.isEnabled()) {
            tv_nfc_result.setText("请先在系统设置中启用NFC功能");
            return;
        }
        // 探测到NFC卡片后，必须以FLAG_ACTIVITY_SINGLE_TOP方式启动Activity，
        // 或者在AndroidManifest.xml中设置launchMode属性为singleTop或者singleTask，
        // 保证无论NFC标签靠近手机多少次，Activity实例都只有一个。
        Intent intent = new Intent(this, NfcActivity.class)
                .addFlags(Intent.FLAG_ACTIVITY_SINGLE_TOP);
        // 声明一个NFC卡片探测事件的相应动作
        mPendingIntent = PendingIntent.getActivity(this, 0,
                intent, PendingIntent.FLAG_UPDATE_CURRENT);
        try {
            // 定义一个过滤器（检测到NFC卡片）
            mFilters = new IntentFilter[]{new IntentFilter(NfcAdapter.ACTION_TECH_DISCOVERED, "*/*")};
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
        // 读标签之前先确定标签类型
        mTechLists = new String[][]{new String[]{NfcA.class.getName()}, {IsoDep.class.getName()}};
    }

二、启用NFC感应/禁用NFC感应
为了让测试App能够接收NFC的感应动作，需要重载Activity的onResume函数，在该函数中调用NFC适配器的enableForegroundDispatch方法，指定启用NFC功能时的响应动作以及过滤条件。另外也需重载onPause函数，在该函数中调用NFC适配器的disableForegroundDispatch方法，表示当前页面在暂停状态之时不再接收NFC感应消息。具体的NFC启用和禁用代码如下所示：

    @Override
    protected void onResume() {
        super.onResume();
        if (nfcAdapter!=null && nfcAdapter.isEnabled()) {
            // 为本App启用NFC感应
            nfcAdapter.enableForegroundDispatch(this, mPendingIntent, mFilters, mTechLists);
        }
    }

    @Override
    public void onPause() {
        super.onPause();
        if (nfcAdapter!=null && nfcAdapter.isEnabled()) {
            // 禁用本App的NFC感应
            nfcAdapter.disableForegroundDispatch(this);
        }
    }

三、接收到感应消息并对消息解码
通过前面的第二步启用NFC感应之后，一旦App接收到感应消息，就会回调Activity的onNewIntent函数，因此开发者可以重写该函数来处理NFC的消息内容。以NFC技术常见的小区门禁卡为例，门禁卡采取的子标准为NfcA，对应的数据格式则为MifareClassic。于是利用MifareClassic类的相关方法即可获取卡片数据，下面是MifareClassic类的方法说明：
get : 从Tag对象中获取卡片对象的信息。该方法为静态方法。
connect : 连接卡片数据。
close : 释放卡片数据。
getType : 获取卡片的类型。TYPE_CLASSIC表示传统类型，TYPE_PLUS表示增强类型，TYPE_PRO表示专业类型。
getSectorCount : 获取卡片的扇区数量。
getBlockCount : 获取卡片的分块个数。
getSize : 获取卡片的存储空间大小，单位字节。
使用MifareClassic工具查询卡片数据的流程很常规，先调用connect方法建立连接，然后调用各个get方法获取详细信息，最后调用close方法关闭连接。具体的门禁卡读取代码示例如下：

    @Override
    protected void onNewIntent(Intent intent) {
        super.onNewIntent(intent);
        String card_info = "";
        String action = intent.getAction(); // 获取到本次启动的action
        if (action.equals(NfcAdapter.ACTION_NDEF_DISCOVERED) // NDEF类型
                || action.equals(NfcAdapter.ACTION_TECH_DISCOVERED) // 其他类型
                || action.equals(NfcAdapter.ACTION_TAG_DISCOVERED)) { // 未知类型
            // 从intent中读取NFC卡片内容
            Tag tag = intent.getParcelableExtra(NfcAdapter.EXTRA_TAG);
            // 获取NFC卡片的序列号
            byte[] ids = tag.getId();
            card_info = String.format("卡片的序列号为: %s", ByteArrayChange.ByteArrayToHexString(ids));
            if (rb_guard_card.isChecked()) {
                String result = readGuardCard(tag);
                card_info = String.format("%s\n详细信息如下：\n%s", card_info, result);
                tv_nfc_result.setText(card_info);
            }
        }
    }

    // 读取小区门禁卡信息
    public String readGuardCard(Tag tag) {
        MifareClassic classic = MifareClassic.get(tag);
        String info;
        try {
            classic.connect(); // 连接卡片数据
            int type = classic.getType(); //获取TAG的类型
            String typeDesc;
            if (type == MifareClassic.TYPE_CLASSIC) {
                typeDesc = "传统类型";
            } else if (type == MifareClassic.TYPE_PLUS) {
                typeDesc = "增强类型";
            } else if (type == MifareClassic.TYPE_PRO) {
                typeDesc = "专业类型";
            } else {
                typeDesc = "未知类型";
            }
            info = String.format("\t卡片类型：%s\n\t扇区数量：%d\n\t分块个数：%d\n\t存储空间：%d字节",
                    typeDesc, classic.getSectorCount(), classic.getBlockCount(), classic.getSize());
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
            info = e.getMessage();
        } finally { // 无论是否发生异常，都要释放资源
            try {
                classic.close(); // 释放卡片数据
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
                info = e.getMessage();
            }
        }
        return info;
    }

编码完毕，找一台支持NFC的手机安装测试App，启动应用前注意开启手机的NFC功能。然后进入App的测试页面，拿一张门禁卡靠近手机背面（门禁卡不一定是卡片，也可能是钥匙扣模样），稍等片刻便会读取并显示门禁卡的基本信息，卡片信息截图如下所示：



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