Pou's IT Life

在研讀了WP8 – Proximity APIs之後撰寫了幾篇文章，深深覺得NFC非常有趣，進一步希望了解

Android在這一塊的處理方式，因此，補上了該篇介紹一下自己在學習Android處理NFC時的心得。

〉概要：

     在Android系統下，目前主要以支持NDEF NFC Data Exchange Format (NDEF)格式為主，它支持devices之間

或device與tag之間互相交換小型payload的資料。由於是屬於近距離的無線技術，典型是在4 cm或更接近時建立連線。

單一個tag就具有多種交易的方式，包括：read-only、加/解密、多種型式格式…等。但如果遇到是非預設支援的NDEF

在Android仍有自訂相關處理方式，往後進一步說明。

需注意的是：

     ‧Android 2.3.3 (API Level 10)才有支援完整的NFC功能；

     ‧Android 4.x 支持 Android Application Record (AAR)；

     ‧Android 4.0 支持 Beam；

在Android developers官網裡分別有二篇文章說明NFC的使用：<NFC Basics>與<Advanced NFC>。

本篇主要根據<NFC Basics>學習在Android上：

    ‧如何傳送與接收NDEF data message；

        來自NFC tag 、 Beaming NDEF Message由一個device到另一個；

    ‧操作NFC APIs、Android Beam™；

NDFE data從NFC tag中取出，交由tag dispatch system進行處理，包括：分析發現的NFC tags、將資料進行分類，

並且根據資料啟動應用程式。一個應用程式想要處理被掃瞄到的NFC tag，可以宣告intent filter與請求要處理的data。

Android Beam™功能允許一個device可發佈NDEF message至另一個device，透過二個devices直接tapping。這樣的方式

比過去使用Bluetooth、Wi-Fi容易許多，因為不需要在配對或連線驗證，只需二個devices接近至一定距離則自動觸發。

Android Beam是經由NFC APIs所提供的功能，任何應用程式均能使用它在二個device之間傳送資料，例如：分享聯絡人、

web pages、videos…等。

有了一些Android在處理NFC tag與APIs的概論之後，往下進一步討論當取得NFC tag中的資料時，要如何識別它是那種類型，

以及具有那些特殊的識別標籤與儲存的方式。

〉The Tag Dispatch System：

     在Android系統中，如果有開啟NFC的功能，當設備螢幕鎖定時，NFC功能會被取消，直到設備被喚醒後，NFC功能才會啟動。

達到省電的效果。當Android-powered device發現一個NFC tag，最好的作法是自動啟動對應的應用程式，而不是詢問用戶選擇。

為什麼會這樣說呢？因為設備掃瞄NFC tags在非常近的距離，尤其是在背靠背時，要用戶移動手機回到前面選擇要啟動的程式，

有可能因為移動Tags或Devices離開了連線，非常不方便。因此，你應該開發讓你的Activity只處理您在乎的NFC tags，以防止出現

Activity Chooser要用戶選擇。

為了達到上述的目標，Android提供了tag dispatch system協助分析發現的NFC tags、剖析它們，並嘗式指定啟動特定應用程式。

主要做的事情，如下：

(1) 拆解NFC tag與搞清除是MIME type或URI的資料payload儲存於tag中；

(2) 封裝MIME type或URI的資料payload至intent object中；

(3) 基於建立好的intent object啟動activity；

這三件事也就是Android處理NFC tags/devices之間的重要流程，往下逐一說明(1)與(2)，加上(3)的各自處理方式。

〉How NFC tags are mapped to MIME types and URIs：

     在開發NFC application之前一定要先了解有多少種NFC tag類型、tag dispatch system如何剖析它們，以及當讀取到一個

NDFE message時要執行那些動作。相對的，如果要寫入NDEF message至devices或tag也有很多種方式要特別注意。

然而，Android支持大部分NDEF標準，而這些NDEF標準由NFC Forum所定義，相關的文獻如下：

<NFC Forum Specification Download>完整說明NFC的tag規格與<Creating common types of NDEF records>說明建立NDEF record。

‧NFC tag結構：

    NFC tag中的NDEF資料被封裝於NFC message裡，其NFC message內可有1~N個records(NdefRecord)，每一個NDEF record必需是

符合標準定義所建立而成。Android支持其他類型的tags，它們可能不包含NDEF data，如果要操作它可以使用android.nfc.tech

下的類別進行處理，相關的資訊可參考<Advanced NFC>。

有了基本NDEF tags的背景後，由於當發現一個NFC tag包含NDEF Formatted data，它將開始剖析並識別是否為MIME type或URI。

要做剖析與識別，需從NDEF message中的第一個NdefRecord中，識別它為何種資料類型，往下了解NDEF record的定義：

a. the First record (NdefRecord)：

     由四個資訊組合：

1). 3-bit TNF (Type Name Format)：

      說明如何解釋Type欄位 (Variable length type)的格式。透過下表說明the tag dispatch system如何透過TNF與type field

      來識別該NDEF message是MIME type或URI。可以被配對到的NDEF message，系統會觸發ACTION_NDEF_DISCOVERED，

      如果無法配對，系統會再倒給ACTION_TECH_DISCOVERED進行配對，如果沒有再退給ACTION_TAG_DISCOVERED。

2). Variable length type：

      描述該record的類型。如果是TNF_WELL_KNOWN，使用該欄位需要參考Record Type Definition (RTD)。

3). Variable length ID：

      該record的unique identifier。該欄位經常不使用，但如果需要唯一識別該tag，可以建立一個ID給他。

4). Variable length payload：

      實際想要讀或寫的資料內容(data payload)。一個NDEF message可包括多個NDEF records，所以不要以為所有的資料

     均寫在NDEF message的第一個record。

the tag dispatch system透過TNF與type field嘗試去配對NDEF message符合MIME type或URI。如果配對成功，系統會封裝

這些資訊至ACTION_NDEF_DISCOVERED intent，以及包括實際的data payload。然而，如何遇到無法配對或是NFC tag不包含

NDEF data造成無法配對，系統會再倒給ACTION_TECH_DISCOVERED進行配對，如果沒有再退給ACTION_TAG_DISCOVERED。

以下來了解TNF具有那些類型，以及當TNF為TNF_WELL_KNOWN時搭配RTD有那些：

      如果TNF值為：TNF_WELL_KNOWN，則會相關RTD的格式可再透過下表來看：

了解了如何識別該NDEF data message 為類型之後，接著往下說明當識別之後要怎麼觸發對應的處理與呼叫應用程式。

〉How NFC Tags are Dispatched to Applications：

     當tag dispatch system建立一個intent裡面封裝了NFC tag與識別資訊，它將傳送給filters該intent的應用程式去處理。

如果有一個以上的應用程式處理該intent，Activity Chooser將呈現一個清單對話框讓用戶選擇要執行的Activity。

該tag dispatch system定義了三種intents，根據優先權由高至低進行排序：

(1).  ACTION_NDEF_DISCOVERED：

         當tag內容包括一個NDEF payload與具有可識別的類型被掃瞄到，該intent被用來啟動一個Activity。

         這是最高的優先權，在往下交給其他的intent之前，tag dispatch system會嘗試去開啟並夾該intent啟動一個Activity。

(2).  ACTION_TECH_DISCOVERED：

         如果沒有activities註冊處理ACTION_NDEF_DISCOVERED該intent，tag dispatch system會發啟一個ACTION_TECH_DISCOVER的

         intent給對應的應用程式進行處理。

         tag dispatch system查覺該tag具有NDEF data但卻沒有對應至MIME type或URI，或是該tag沒有包括NDEF data但是一個

         TNF_WELL_KNOWN的識別，它將會發啟一個ACTION_TECH_DISCOVERED的intent (而不會啟動ACTION_NDEF_DISCOVERED)。

(3).  ACTION_TAG_DISCOVERED：

         如果沒有activities註冊處理ACTION_NDEF_DISCOVERED、ACTION_TECH_DISCOVERED的intents，將會發啟該intent。

其本的tag dispatch system處理流程如下圖：

1. 當處理到一個NFC tag時，tag dispatch system發出ACTION_NDEF_DISCOVERED或ACTION_TECH_DISCOVERED任一種，

    嘗試去啟動一個應用程式來處理該intent。

2. 如果沒有應用程式filter這個intent，嘗試再發出比較低順序的ACTION_TECH_DISCOVERED或ACTION_TAG_DISCOVERED，

    直到有應用程式來處理該intent或tag dispatch system嘗試所有可能的intents。

3. 如果沒有任何應用程式filter任何的intents，則什麼都不做。

以上介紹了Android在處理NFC Tag的機制，主要透過tag dispatch system來進行事件的觸發與流程，往下將撰寫範例程式

進行說明：

〉範例說明：

(1). 在AppManifest.xml中增加必要的uses-permission、最低的SDK版本、設定uses-feature：

     ‧指定uses-permission：

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

      ‧指定最低的SDK版本：

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

API Level 9雖也有支援NFC，但只限於支持ACTION_TAG_DISCOVERED與透過EXTRA_NDEF_MESSAGES取得NDEF Message。

由於完整的NFC功能從Android 2.3.3 (API Level 10)才開始支援，所以要記得宣告使用的最低SDK版本，因為API Level 10支援

Reader/Writer的功能；另外，API Level 14提供了更簡單透過Android Beam進行Push NDEF Message至另一個設備，以及更方

便的方法建立NDEF records。

       ‧指定uses-feature：

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

指定該應用程式必需具有NFC晶片才能安裝，如果設定android:required = true代表Google Play會自動過濾掉沒有支持NFC晶片的設備，

這樣一來，具有這些設備的用戶將搜尋不到該應用程式。如果您的應用程式非以NFC為主要功能，可不設定該uses-feature或是將值

設定為false，改由程式中呼叫getDefaultAdapter()方法判斷是否為null進行功能的限制。

(2). 設定Filtering for NFC Intents：

        為了讓應用程式可以處理NFC Tag被掃瞄後所發出的Intents，應用程式需要在AppManifest.xml註冊多個Filter來取得NFCT intents。

‧註冊ACTION_NDEF_DISCOVERED：處理大部分NDEF Message；

‧註冊ACTION_TECH_DISCOVERED：處理當沒有應用程式處理ACTION_NDEF_DISCOVERED或該Tag非NDEF message所退回的intent；

‧註冊ACTION_TAG_DISCOVERED：處理通常過於籠統的類別進行篩選。也就是上述二個intents除外的intent；

通常應用程式優先處理ACTION_NDEF_DISCOVERED、ACTION_TECH_DISCOVERED，除非這二個無法處理，最後才會輪到

ACTION_TAG_DISCOVERED。也因為ACTION_TAG_DISCOVERED可能偵測到的NFC Tag是比較特殊的格式，可以搭配<Advanced NFC>來做參考。

[注意]

由於NFC Tag部署有所不同，很多時候不是應用程式或系統所能控制之下，這並非不可能的，這就是為什麼必要時tag dispatch system

可以回退到其他兩個intents。當取得NFC Tag是有辦法識別的類型，且具有數據寫入的控制權，建議您使用的NDEF格式化標籤。

(2-1). 註冊filter ACTION_NDEF_DISCOVERED：

            為了filter ACTION_NDEF_DISCOVERED intents，宣告intent filter要處理的資料類型。

以下例子使用處理MIME Type為text/plain：

<intent-filter>

    <action android:name="android.nfc.action.NDEF_DISCOVERED"/>

    <category android:name="android.intent.category.DEFAULT"/>

    <data android:mimeType="text/plain" />

</intent-filter>

以下例子使用處理URI類型：http://developer.android.com/index.html；

註冊處理為http的scheme，developer.android.com的host，以及固定第一個字段為：index.html。

<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>

(2-2). 註冊filter ACTION_TECH_DISCOVERED：

          如果要註冊filter ACTION_TECH_DISCOVERED，需要在專案中增加一個新的XML檔案，定義該應用程式支持的 tech-list sets。

可以透過呼叫getTechList()來確認偵測到的NFC tag是否與定義的tech-list sets有所匹配。該檔案建議放罝於<project-root>/res/xml目錄下。

舉例來說：

如果一個tag被偵測到，它支持三種標準：MifareClassic、NdefFormatable與NfcA，在定義的tech-list sets就需要加入這些標準，

可能是一個、二個或三個標準都支持，以確保可以處理該intent。以下列出定義常見的tech-list集合：

<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>

另外，也可以定義多組tech-list sets。每一個tech-list set是獨立的，如果任何一組tech-list set被匹配到，activity將會被啟動，

該activity也可以透過getTechList()來確認偵測到的NFC tag是否與定義的tech-list sets有所匹配。它提供了 AND 與OR的定義匹配技術。

透過下列範例，說明支持NdefA與NdefB：

<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>

定義好了resource，可以在AppManifest.xml中指定activity透過<meta-data />定義要使用那一個resource。如下：

<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>

更多詳細的資料可以參考<Working with Supported Tag Technologies>。

(2-3). 註冊ACTION_TAG_DISCOVERED：

<intent-filter>

    <action android:name="android.nfc.action.TAG_DISCOVERED"/>

</intent-filter>

(3). 識別收到的NFC intent物件具有那些資訊：

       上述介紹了應用程式要註冊的intent filter後，接著要處理是當應用程式補捉到filter所要的intent物件後，該怎麼取得我們要的資訊。

一個NFC intent以下的資訊：

‧EXTRA_TAG：(必要)，一個Tag物件代表掃瞄到的tag；

‧EXTRA_NDEF_MESSAGES：(選擇)，代表tag中所存在的NDEF Message陣列；

‧{@link android.nfc.NfcAdapter#EXTRA_ID：(選擇)，代表一個tag的low-level ID；

如果您的應用程式被一個NFC tag被掃瞄到且建立了NFC intent所啟動，那該應用程式可以取得到上述三個資訊，

以ACTION_NDEF_DISCOVERED為例：

public void onResume() {

    super.onResume();

    ...

    if (NfcAdapter.ACTION_NDEF_DISCOVERED.equals(getIntent().getAction())) {

        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];

            }

        }

    }

    //process the msgs array

}

至於要取得Tag物件的話，可用下列方式：

Tag tag = intent.getParcelableExtra(NfcAdapter.EXTRA_TAG);

======

以上是介紹了Android在偵測NFC tag的機制，包括如果註冊intent filter讓應用程式可以取得系統所廣播出來的intent，

進一步接收NDEF message intent。往下一篇，針對本篇所介紹的概念，進行對NFC tag的實作包括Reader/Writer。

References：

‧NFC Demo - Android sample code

‧Near Field Communication (重要)

‧NFC Basics & Advanced NFC

‧Android NFC 开发教程(1):概述

‧Android NFC 开发教程(2): ApiDemos->NFC->ForegoundDispatch

‧Android NFC 開發教程(3): Mifare Tag 讀寫示例

‧NFC Programming in Android

‧[Android] 簡單範例: NFC Push

‧Developer Document & NXP TagWriter & StickyNotes sample code

‧[Android]NFC能做什麼？阿達流NFC基本教學告訴你