MTP协议总结与Android源码分析

MTP协议与Android源码分析

前段时间有做MTP协议扩展的相关的内容，在这里总结一下。

（注意协议方面有很多细节一篇简短的文章是不可能面面俱到，这里只是学习总结，本人接触协议的时间也不是很长，难免有纰漏，有错误之处请不吝指教）。

协议部分

概述

Media Transfer Protocol即媒体传输协议，主要是用来管理移动设备上的图片、视频、音频等媒体信息，典型的有Android设备，相机设备。

MTP协议是应用层协议，底层协议可以走USB或TCP/IP协议，只要能够无差错传输即可。

tcp_underlying

MTP协议框架上面定义了很多多媒体相关的命令，例如获取设备信息，获取对象信息，本文着重介绍MTP协议框架，然后举例特定的命令帮助理解。

协议模型

MTP协议有两个角色，类似于客户端与服务端，在MTP协议里面有特定的称号，发起请求的叫Initiator,对请求进行响应的叫Responder。Initiator通常对应于PC/MAC宿主机，Responder对应于被管理的设备，例如Android手机。任何操作都需要Inititaor发起，然后Reponder进行响应。

Initiator对Reponder的大多数请求都是需要打开一个Session会话，类似于HTTP里面的Session，用于保存上下文相关的环境信息，例如，在MTP传输媒体文件过程中，Inititor传输媒体文件到Reponder是需要发送两次请求才能完成的，第一次请求发送SendObjectInfo的消息，告诉Reponder即将要发送的媒体信息，包括大小，格式，媒体文件名称等；第二次请求发送SendObject传输实际的文件，在这两次请求中第二次请求需要使用第一次请求保存的相关信息，所以就需要保持在一个Session会话里面。MTP按理论上说是可以支持多Session会话的。

还有另一个关键的概念，就是Transaction，对应于Initiator发起请求，然后数据传输，Responder响应一次完整的过程，有点类似于数据库里面的事务，比如Initiator发起一次请求，在Reponder没有响应之前，是不能进行另一次请求。所以在USB单Session实现中，Initiator是不能同时发送多次请求的。

传输模型

前面介绍到Transaction对应于Initiator发起请求，然后数据传输，Responder响应。所以对于的请求，数据，响应传输分为三个阶段：

Request Phase
Data Phase
Reponse Phase

其中Data Phase是可选的，并且是单向的。
单向的定义就规定了Data Phase的数据流要么是Initiator到Reponder(以下简称I->R),要么是Reponder到Initiator(以下简称R->I)。
MTP协议也规定Data Phase是可选的，就是意味着Initiator发送完成请求后，Reponder就直接响应，不需要传输数据，因为有的MTP消息不需要传输数据，Request与Repond本身就可以传递少量的参数。

下图就是传输的三种情况：

mtp_transfer_i-r

数据流的字段是有Request的字段OperationCode决定的，根据不同的功能决定Data阶段的数据流向。比如Initiator读取媒体信息GetObjectInfo的数据流向就是R->I；Initiator发送媒体文件信息SenObjectInfo的数据流向就是I->R; 读取设备上媒体文件的个数GetObjectNum由于Reponse中携带的参数已经能够满足表示数量，所以就不需要Data Phase。

下面来说一下Request与Reponse的Dataset，用来表示能够携带哪些参数。Request与Response的Dataset是一样的。需要特别注意的是，不同的底层协议对于Dataset的存放方式是不同的，MTP SEPC只给出的是USB的实现方式。

mtp_req_resp_dataset

最关键的是操作码OperationCode定义Request请求要进行什么样的操作，MTP Responder 该处理什么样的任务，然后根据功能决定Data的数据流向。
对于USB来说是单Session的实现方式，在其实现的数据集是不包含sessionID这个字段的，但是在发送大多数Request之前，也还是需要发送OpenSession这个Request请求。

TransactionID由Initiator指定，在一次完整的Request到Response都要指定相同的值，不需要每一次都相同。

Request与Response可以携带0到5个参数，根据OperationCode的功能来决定。

还有一种比较特殊的消息就是Reponder可以直接发送Event给Initiator，用来通知Initiator，Reponder出现了一些状况或者发生了一些变化，可以与Transaction关联，也可以不可Transaction关联，根据Event的事件来定。比如设备上新增了一条媒体文件的信息，就需要通过Event事件来通知Initiator来更新。

mtp_transfer_event

Event是不能传递二进制数据的，只能携带0到3个参数，其Dataset为:

mtp_transfer_event_dataset

常用功能的Request与Reponse的OperationCode，Event的EventCode，在MTP Spec规格文档里面有定义，不同的Code对应什么样含义以及携带什么样的参数，还给出了要厂商可以扩展的Code范围。

之前看Android源码的时候就有点懵，spec上面的定义的Dataset与源码里面的对不上，后来看到sepc文档最后的这个表格才知道不同的实现方式数据的存放是不一样的，下面这个就是USB定义的MTP数据包，Request，Data，Response都要携带定义的头部信息，Initator与Responder都要读取USB数据包来解析MTP数据包。

mtp_transfer_usb_container_dataset

Request与Response的Payload就是携带的那0到5个参数，Data的Payload就是二进制数据，可能是媒体文件，也有可能是自定义的数据格式。

对象模型

StorageID：对应一个设备上的存储分区，表现形式就是无符号32位的整数uint32, 高16位表示存储设备，低16位表示对应存储设备的分区。例如Android设备，有内部存储与外置SD卡，SD卡可能有多个分区，就对应不同的StorageID。

ObjectHandle:实际就是一个int32的对象id，对应设备上的一个个媒体文件对象，可能是文件夹或者是媒体文件，MTP读取文件或者发送文件都需要这个id，其通常包含一个父Object，类似于文件系统的目录树，根路径的值比较特殊，0xFFFFFFFF

ObjectFormat：媒体类型

….其余的不难理解，需要时查询文档

源码部分

Android源码的处理过程：

处理MTP请求的应用就是提供媒体数据库的MediaProvider，对应的包名为com.android.providers.media，对于源码树的位置packages/providers/MediaProvider。
其本身是一个系统应用，在AndroidManifest里面监听USB状态变化的广播：

<receiver android:name=".MtpReceiver">
   <intent-filter>
        <action android:name="android.intent.action.BOOT_COMPLETED" />
   </intent-filter>
   <intent-filter>
        <action android:name="android.hardware.usb.action.USB_STATE" />
   </intent-filter>
</receiver>

当连上USB数据线，就会将MtpService.java启动，然后加载动态库，开启一个线程,jni调用MTPServer.cpp的run方法，不断地从mtp驱动读消息，处理，响应。而MTP的Object对应的就是文件数据里面的一个个文件。

mtp_transfer_mtpserver_main_flow

MtpServer.cpp的run方法:

void MtpServer::run() {
    int fd = mFD;//打开的mtp驱动文件描述符

    while (1) {
        int ret = mRequest.read(fd);//读取Request请求，放到mRequest封装的类里面
        //...
        MtpOperationCode operation = mRequest.getOperationCode();
        MtpTransactionID transaction = mRequest.getTransactionID();



        // FIXME need to generalize this
        bool dataIn = (operation == MTP_OPERATION_SEND_OBJECT_INFO
                    || operation == MTP_OPERATION_SET_OBJECT_REFERENCES
                    || operation == MTP_OPERATION_SET_OBJECT_PROP_VALUE
                    || operation == MTP_OPERATION_SET_DEVICE_PROP_VALUE);//根据OperationCode来处理Data Phase的数据流向
        if (dataIn) {
            int ret = mData.read(fd);
            //...
        } else {
            mData.reset();
        }

        if (handleRequest()) {//handleRequest根据不同的OperationCode功能处理不同的任务
            if (!dataIn && mData.hasData()) {
                mData.setOperationCode(operation);
                mData.setTransactionID(transaction);
                ALOGV("sending data:");
                ret = mData.write(fd);
            }

            mResponse.setTransactionID(transaction);

            ret = mResponse.write(fd);//响应
            const int savedErrno = errno;
        } else {
            ALOGV("skipping response\n");
        }
    }
    //....

}

对照MTP SEPC文档的附录接口看代码比较简单，就是读取解析结构化数据或者封装需要发送的结构化数据，但是有一点需要特别注意，
处理发送文件与读取文件的操作不是在用户空间完成的，而是通过IOCTL，调用驱动接口在内核空间完成，这样会比较高效，不用再用户空间拷贝一份处理给内核空间，而是有内核空间直接发送。