IOS學習之藍牙4.0

IOS學習也一段時間了，該上點幹貨了。前段時間研究了一下IOS藍牙通訊相關的東西，把研究的一個成果給大家分享一下。

一 項目背景

簡單介紹一下做的東西，裝置是一個金融刷卡器，通過藍牙與iphone手機通訊。手機端的app通過發送不同的指令(通過藍牙)控制刷卡器執行一些動作，比如讀磁條卡，讀金融ic卡等。上幾張圖容易了解一些：

看了上面幾張圖，你應該大概了解這是個什麼東東了。

二 IOS 藍牙介紹

藍牙協定本身經曆了從1.0到4.0的更新演變, 最新的4.0以其低功耗著稱，是以一般也叫BLE(Bluetoothlow energy)。

iOS 有兩個架構支援藍牙與外設連接配接。一個是 ExternalAccessory。從ios3.0就開始支援，也是在iphone4s出來之前用的比較多的一種模式，但是它有個不好的地方，External Accessory需要拿到蘋果公司的MFI認證。

另一個架構則是本文要介紹的CoreBluetooth,在iphone4s開始支援,專門用于與BLE裝置通訊（因為它的API都是基于BLE的）。這個不需要MFI，并且現在很多藍牙裝置都支援4.0,是以也是在IOS比較推薦的一種開發方法。

三 CoreBluetooth介紹

CoreBluetooth架構的核心其實是兩個東西，peripheral和central, 可以了解成外設和中心。對應他們分别有一組相關的API和類，如下圖所示:

 如果你要程式設計的裝置是central那麼你大部分用到，反之亦然。在我們這個示例中，金融刷卡器是peripheral,我們的iphone手機是central,是以我将大部分使用上圖中左邊部分的類。使用peripheral程式設計的例子也有很多，比如像用一個ipad和一個iphone通訊，ipad可以認為是central，iphone端是peripheral,這種情況下在iphone端就要使用上圖右邊部分的類來開發了。

四 服務和特征

有個概念有必要先說明一下。什麼是服務和特征呢(service and characteristic)?

每個藍牙4.0的裝置都是通過服務和特征來展示自己的，一個裝置必然包含一個或多個服務，每個服務下面又包含若幹個特征。特征是與外界互動的最小機關。比如說，一台藍牙4.0裝置，用特征A來描述自己的出廠資訊，用特征B來與收發資料等。

服務和特征都是用UUID來唯一辨別的，UUID的概念如果不清楚請自行google,國際藍牙組織為一些很典型的裝置(比如測量心跳和血壓的裝置)規定了标準的service UUID(特征的UUID比較多，這裡就不列舉了),如下:

[objc]  view plain copy

1. #define      BLE_UUID_ALERT_NOTIFICATION_SERVICE   0x1811  
2.  #define     BLE_UUID_BATTERY_SERVICE   0x180F  
3.  #define     BLE_UUID_BLOOD_PRESSURE_SERVICE   0x1810  
4.  #define     BLE_UUID_CURRENT_TIME_SERVICE   0x1805  
5.  #define     BLE_UUID_CYCLING_SPEED_AND_CADENCE   0x1816  
6.  #define     BLE_UUID_DEVICE_INFORMATION_SERVICE   0x180A  
7.  #define     BLE_UUID_GLUCOSE_SERVICE   0x1808  
8.  #define     BLE_UUID_HEALTH_THERMOMETER_SERVICE   0x1809  
9.  #define     BLE_UUID_HEART_RATE_SERVICE   0x180D  
10.  #define     BLE_UUID_HUMAN_INTERFACE_DEVICE_SERVICE   0x1812  
11.  #define     BLE_UUID_IMMEDIATE_ALERT_SERVICE   0x1802  
12.  #define     BLE_UUID_LINK_LOSS_SERVICE   0x1803  
13.  #define     BLE_UUID_NEXT_DST_CHANGE_SERVICE   0x1807  
14.  #define     BLE_UUID_PHONE_ALERT_STATUS_SERVICE   0x180E  
15.  #define     BLE_UUID_REFERENCE_TIME_UPDATE_SERVICE   0x1806  
16.  #define     BLE_UUID_RUNNING_SPEED_AND_CADENCE   0x1814  
17.  #define     BLE_UUID_SCAN_PARAMETERS_SERVICE   0x1813  
18.  #define     BLE_UUID_TX_POWER_SERVICE   0x1804  
19.  #define     BLE_UUID_CGM_SERVICE   0x181A  

當然還有很多裝置并不在這個标準清單裡，比如我用的這個金融刷卡器。藍牙裝置硬體廠商通常都會提供他們的裝置裡面各個服務(service)和特征(characteristics)的功能，比如哪些是用來互動(讀寫)，哪些可擷取子產品資訊(隻讀)等。

五 實作細節

作為一個中心要實作完整的通訊，一般要經過這樣幾個步驟：

建立中心角色—掃描外設（discover）—連接配接外設(connect)—掃描外設中的服務和特征(discover)—與外設做資料互動(explore and interact)—斷開連接配接(disconnect)。

1建立中心角色

首先在我自己類的頭檔案中要包含CoreBluetooth的頭檔案，并繼承兩個協定<CBCentralManagerDelegate,CBPeripheralDelegate>，代碼如下:

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1. #import <CoreBluetooth/CoreBluetooth.h>  
2. CBCentralManager *manager;  
3. manager = [[CBCentralManager alloc] initWithDelegate:self queue:nil];  

2掃描外設（discover）

代碼如下:

[objc]  view plain copy

1. [manager scanForPeripheralsWithServices:nil options:options];  

這個參數應該也是可以指定特定的peripheral的UUID,那麼理論上這個central隻會discover這個特定的裝置，但是我實際測試發現，如果用特定的UUID傳參根本找不到任何裝置，我用的代碼如下:

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1. NSArray *uuidArray = [NSArray arrayWithObjects:[CBUUID UUIDWithString:@"1800"],[CBUUID UUIDWithString:@"180A"],  
2. [CBUUID UUIDWithString:@"1CB2D155-33A0-EC21-6011-CD4B50710777"],[CBUUID UUIDWithString:@"6765D311-DD4C-9C14-74E1-A431BBFD0652"],nil];  
3. [manager scanForPeripheralsWithServices:uuidArray options:options];  

目前不清楚原因，懷疑和裝置本身在的廣播包有關。

3連接配接外設(connect)

當掃描到4.0的裝置後，系統會通過回調函數告訴我們裝置的資訊，然後我們就可以連接配接相應的裝置，代碼如下:

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1. - (void)centralManager:(CBCentralManager *)central didDiscoverPeripheral:(CBPeripheral *)peripheral advertisementData:(NSDictionary *)advertisementData RSSI:(NSNumber *)RSSI  
2. {  
3.     if(![_dicoveredPeripherals containsObject:peripheral])  
4.         [_dicoveredPeripherals addObject:peripheral];  
5.     NSLog(@"dicoveredPeripherals:%@", _dicoveredPeripherals);  
6. }  

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1. //連接配接指定的裝置  
2. -(BOOL)connect:(CBPeripheral *)peripheral  
3. {  
4.     NSLog(@"connect start");  
5.     _testPeripheral = nil;  
6.     [manager connectPeripheral:peripheral  
7.                        options:[NSDictionary dictionaryWithObject:[NSNumber numberWithBool:YES] forKey:CBConnectPeripheralOptionNotifyOnDisconnectionKey]];  
8.     //開一個定時器監控連接配接逾時的情況  
9.     connectTimer = [NSTimer scheduledTimerWithTimeInterval:5.0f target:self selector:@selector(connectTimeout:) userInfo:peripheral repeats:NO];  
10.     return (YES);  
11. }  

4掃描外設中的服務和特征(discover)

同樣的，當連接配接成功後，系統會通過回調函數告訴我們，然後我們就在這個回調裡去掃描裝置下所有的服務和特征，代碼如下:

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1. - (void)centralManager:(CBCentralManager *)central didConnectPeripheral:(CBPeripheral *)peripheral  
2. {  
3.     [connectTimer invalidate];//停止時鐘  
4.     NSLog(@"Did connect to peripheral: %@", peripheral);  
5.     _testPeripheral = peripheral;  
6.     [peripheral setDelegate:self];  
7.     [peripheral discoverServices:nil];  
8. }  

一個裝置裡的服務和特征往往比較多，大部分情況下我們隻是關心其中幾個，是以一般會在發現服務和特征的回調裡去比對我們關心那些，比如下面的代碼:

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1. - (void)peripheral:(CBPeripheral *)peripheral didDiscoverServices:(NSError *)error  
2. {  
3.     NSLog(@"didDiscoverServices");  
4.     if (error)  
5.     {  
6.         NSLog(@"Discovered services for %@ with error: %@", peripheral.name, [error localizedDescription]);  
7.         if ([self.delegate respondsToSelector:@selector(DidNotifyFailConnectService:withPeripheral:error:)])  
8.             [self.delegate DidNotifyFailConnectService:nil withPeripheral:nil error:nil];  
9.         return;  
10.     }  
11.     for (CBService *service in peripheral.services)  
12.     {  
13.         if ([service.UUID isEqual:[CBUUID UUIDWithString:UUIDSTR_ISSC_PROPRIETARY_SERVICE]])  
14.         {  
15.             NSLog(@"Service found with UUID: %@", service.UUID);  
16.             [peripheral discoverCharacteristics:nil forService:service];  
17.             isVPOS3356 = YES;  
18.             break;  
19.         }  
20.     }  
21. }  

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1. - (void)peripheral:(CBPeripheral *)peripheral didDiscoverCharacteristicsForService:(CBService *)service error:(NSError *)error   
2. {  
3.     if (error)   
4.     {  
5.         NSLog(@"Discovered characteristics for %@ with error: %@", service.UUID, [error localizedDescription]);  
6.         if ([self.delegate respondsToSelector:@selector(DidNotifyFailConnectChar:withPeripheral:error:)])  
7.             [self.delegate DidNotifyFailConnectChar:nil withPeripheral:nil error:nil];  
8.         return;  
9.     }  
10.     for (CBCharacteristic *characteristic in service.characteristics)  
11.     {  
12.         if ([characteristic.UUID isEqual:[CBUUID UUIDWithString:UUIDSTR_ISSC_TRANS_TX]])  
13.         {  
14.             NSLog(@"Discovered read characteristics:%@ for service: %@", characteristic.UUID, service.UUID);  
15.             _readCharacteristic = characteristic;//儲存讀的特征  
16.             if ([self.delegate respondsToSelector:@selector(DidFoundReadChar:)])  
17.                 [self.delegate DidFoundReadChar:characteristic];  
18.             break;  
19.         }  
20.     }  
21.     for (CBCharacteristic * characteristic in service.characteristics)  
22.     {  
23.         if ([characteristic.UUID isEqual:[CBUUID UUIDWithString:UUIDSTR_ISSC_TRANS_RX]])  
24.         {  
25.             NSLog(@"Discovered write characteristics:%@ for service: %@", characteristic.UUID, service.UUID);  
26.             _writeCharacteristic = characteristic;//儲存寫的特征  
27.             if ([self.delegate respondsToSelector:@selector(DidFoundWriteChar:)])  
28.                 [self.delegate DidFoundWriteChar:characteristic];  
29.             break;  
30.         }  
31.     }  
32.     if ([self.delegate respondsToSelector:@selector(DidFoundCharacteristic:withPeripheral:error:)])  
33.         [self.delegate DidFoundCharacteristic:nil withPeripheral:nil error:nil];  
34. }  

相信你應該已經注意到了，回調函數都是以"did"開頭的，這些函數不用你調用，達到條件後系統後自動調用。

5與外設做資料互動(explore and interact)

發送資料很簡單，我們可以封裝一個如下的函數:

[objc]  view plain copy

1. //寫資料  
2. -(void)writeChar:(NSData *)data  
3. {  
4.     [_testPeripheral writeValue:data forCharacteristic:_writeCharacteristic type:CBCharacteristicWriteWithResponse];  
5. }  

_testPeripheral和_writeCharacteristic是前面我們儲存的裝置對象和可以讀寫的特征。

然後我們可以在外部調用它，比如當然我要觸發刷卡時，先組好資料包，然後調用發送函數:

[objc]  view plain copy

1. -(void)msrRead  
2. {  
3.     unsigned char command[512] = {0};  
4.     unsigned charchar *pTmp;  
5.     int nSendLen = 0;  
6.     unsigned char ucCrc[3] = {0};  
7.     _commandType = COMMAND_MSR_READ;  
8.     pTmp = command;  
9.     *pTmp = 0x02;//start  
10.     pTmp++;  
11.     *pTmp = 0xc1;//main cmd  
12.     pTmp++;  
13.     *pTmp = 0x07;//sub cmd  
14.     pTmp++;  
15.     nSendLen = 2;  
16.     *pTmp = nSendLen/256;  
17.     pTmp++;  
18.     *pTmp = nSendLen%256;  
19.     pTmp++;  
20.     *pTmp = 0x00;//sub cmd  
21.     pTmp++;  
22.     *pTmp = 0x00;//sub cmd  
23.     pTmp++;  
24.     Crc16CCITT(command+1,pTmp-command-1,ucCrc);  
25.     memcpy(pTmp,ucCrc,2);  
26.     NSData *data = [[NSData alloc] initWithBytes:&command length:9];  
27.     NSLog(@"send data:%@", data);  
28.     [g_BLEInstance.recvData setLength:0];  
29.     [g_BLEInstance writeChar:data];  
30. }  

資料的讀分為兩種，一種是直接讀(reading directly),另外一種是訂閱(subscribe)。從名字也能基本了解兩者的不同。實際使用中具體用一種要看具體的應用場景以及特征本身的屬性。前一個好了解，特征本身的屬性是指什麼呢？特征有個properties字段(characteristic.properties),它是一個整型值,有如下幾個定義:

[objc]  view plain copy

1. enum {  
2.      CBCharacteristicPropertyBroadcast = 0x01,  
3.      CBCharacteristicPropertyRead = 0x02,  
4.      CBCharacteristicPropertyWriteWithoutResponse = 0x04,  
5.      CBCharacteristicPropertyWrite = 0x08,  
6.      CBCharacteristicPropertyNotify = 0x10,  
7.      CBCharacteristicPropertyIndicate = 0x20,  
8.      CBCharacteristicPropertyAuthenticatedSignedWrites = 0x40,  
9.      CBCharacteristicPropertyExtendedProperties = 0x80,  
10.      };  

比如說，你要互動的特征，它的properties的值是0x10,表示你隻能用訂閱的方式來接收資料。我這裡是用訂閱的方式，啟動訂閱的代碼如下:

[objc]  view plain copy

1. //監聽裝置  
2. -(void)startSubscribe  
3. {  
4.     [_testPeripheral setNotifyValue:YES forCharacteristic:_readCharacteristic];  
5. }  

當裝置有資料傳回時，同樣是通過一個系統回調通知我，如下所示:

[objc]  view plain copy

1. - (void)peripheral:(CBPeripheral *)peripheral didUpdateValueForCharacteristic:(CBCharacteristic *)characteristic error:(NSError *)error  
2. {  
3.     if (error)   
4.     {  
5.         NSLog(@"Error updating value for characteristic %@ error: %@", characteristic.UUID, [error localizedDescription]);  
6.         if ([_mainMenuDelegate respondsToSelector:@selector(DidNotifyReadError:)])  
7.             [_mainMenuDelegate DidNotifyReadError:error];  
8.         return;  
9.     }  
10.     [_recvData appendData:characteristic.value];  
11.     if ([_recvData length] >= 5)//已收到長度  
12.     {  
13.         unsigned charchar *buffer = (unsigned charchar *)[_recvData bytes];  
14.         int nLen = buffer[3]*256 + buffer[4];  
15.         if ([_recvData length] == (nLen+3+2+2))  
16.         {  
17.             //接收完畢，通知代理做事  
18.             if ([_mainMenuDelegate respondsToSelector:@selector(DidNotifyReadData)])  
19.                 [_mainMenuDelegate DidNotifyReadData];  
20.         }  
21.     }  
22. }  

6 斷開連接配接(disconnect)

這個比較簡單，隻需要一個API就行了,代碼如下:

[objc]  view plain copy

1. //主動斷開裝置  
2. -(void)disConnect  
3. {  
4.     if (_testPeripheral != nil)  
5.     {  
6.         NSLog(@"disConnect start");  
7.         [manager cancelPeripheralConnection:_testPeripheral];  
8.     }  
9. }  

六 成果展示

上幾張效果圖，UI沒怎麼修飾，主要關注功能,實作了讀取磁道資訊，與金融ic卡進行APDU互動等功能。

來源位址：http://blog.csdn.net/pony_maggie/article/details/26740237