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关于蓝牙开发,你必须知道的知识

简介

2017年1月18日,我进行了一次知乎live的活动,主题是: ”知乎live:一小时蓝牙应用开发科普“,感谢微信公众号,qq Babybluetooth开发群的同学们参加了活动,现在活动已经结束,我把活动中语音内容整理了文字,就是下面的内容 ~

什么是蓝牙4.0, 蓝牙其他标准又是什么

低功耗蓝牙(Low Energy; LE),又视为Bluetooth Smart或蓝牙核心规格4.0版本。其特点具备节能、便于采用,是蓝牙技术专为物联网(Internet of Things; IOT)开发的技术版本。

所以它最主要的特点是低功耗,普及率高。现在所说的蓝牙设备,大部分都是在说4.0设备,ble也特指4.0设备。 在4.0之前重要的版本有2.1版本-基本速率/增强数据率(BR/EDR)和3.0 高速蓝牙版本,这些统称为经典蓝牙,

4.0还有4.1101和4.2的小版本,其中4.2版本对传输速率做了进一步他提升,提高了2.5倍,苹果从iphone6开始使用4.2,

图片描述

最新的蓝牙标准为蓝牙5.0

其中最大的特点连接范围扩大了4倍,速度又提高了2倍,无连接数据广播能力提高了8倍,增加了蓝牙组网的能力。2017年才开始有芯片出厂,我和Ti,nordic工程师有聊过,他们的5.0芯片都已经完成,准备量产。

应用侧iOS,android操作系统支持的蓝牙协议

苹果从iphone4s,ipad3,pod touch 5开始支持蓝牙4.0,android从4.3以上系统开始支持4.0,此外,苹果从iphone 6开始,支持蓝牙4.2协议,提高了数据传输速度。就如前面所说的,提高大约2.5倍。

蓝牙5.0很期待,不过要普及到手机和其他智能设备上,可能还需要等上几年。

蓝牙开发必须知道的概念

central和peripheral

蓝牙应用开发中,存在两种角色,分别是central和peripheral(pə’rɪfərəl) ,中文就是中心和外设。比如手机去连接智能设备,那手机就是central,智能设备就是peripheral。大多时候都是central去连接peripheral的场景,所以我们就来说他的流程

广播和连接

peripheral会发出广播(advertisement:ædvɚ’taɪzmənt),central扫描到广播后,可以对设备进行连接,发出connect请求,peripheral接收到请求后,同意连接后,central和peripheral就建立了连接。

连接后的操作

write,read,notify,indecate, response or not … 这个在后面详细说

indecate和notify的区别就在于,indecate是一定会收到数据,notify有可能会丢失数据(不会有central收到数据的回应),write也分为response和noresponse,如果是response,那么write成功回收到peripheral的确认消息,但是会降低写入的速率。

协议

每个具体的智能设备,都约定了一组数据格式,这个就是数据协议,例如手环中获取到数据0X001023,其中第2位到第5位表示步数,那么就2310就是步数的16进制的数据,转换成10进制就是8976步,需要注意的是,设备端都是小端模式,所以取4位时候,高字节在前低字节在后

蓝牙应用的一般开发流程

已iOS为例,android也和这个是类似的。

  1. 建立中心角色
  2. 扫描外设(discover)
  3. 连接外设(connect)
  4. 扫描外设中的服务和特征(discover)
    • 4.1 获取外设的services
    • 4.2 获取外设的Characteristics,获取Characteristics的值,获取Characteristics的Descriptor和Descriptor的值
  5. 与外设做数据交互(explore and interact)
  6. 订阅Characteristic的通知
  7. 断开连接(disconnect)

蓝牙的数据交互

write,read,notify,indecate, response or not … 读写大家都是容易理解的,indecate和notify对应的是长连接,建立indecate后,peripheral可以随时往central发送数据。

indecate和notify的区别就在于,indecate是一定会收到数据,notify有可能会丢失数据(不会有central收到数据的回应),write也分为response和noresponse,如果是response,那么write成功回收到peripheral的确认消息,但是会降低写入的速率。

对于一个charateristic,他的读写订阅的权限是peripheral决定的,熟悉可以被同时设置,一般会根据外设的功能来决定。

蓝牙ota DFU

蓝牙ota,DFU(Device Firmware Update)指的是蓝牙设备的固件升级,其实是一整套流程,不同的蓝牙芯片,ota的流程有不同之处,我这里用ti的芯片举例。步骤为:切系统(bootloader mode),重启,传输数据,验证数据,切系统,重启,完成。

其中数据传输也会分成很多节去发送,没法送一段数据,做一次数据校验。

ota存在的问题

以TI的芯片举例,他需要可以存2个image,数据传输时候需要的空间比较大,而每个智能设备的速率,功耗,存储都会有很多限制,导致很多设备会自己去实现ota的功能,自定义流程和数据传输方式,导致许多设备都是有自己私有的ota模式和协议,所以在做开发的时候,要仔细阅读设备协议中对ota的描述。

蓝牙开发中的常见的问题和坑

应用如何做自动重连

其实自动重连比想象的要简单许多,无论是android还是ios端,只需要在设备断开连接的委托方法中,重新调用gatt.connet或者是centralManager.connet方法就可以了,无论当时设备是否有点,是否在周围,当设备再次开会或者连接到可连接范围内,都会自动被连上,就是这么简单。

连接失败处理

分两个平台来说,iOS端也有连接失败的委托,但是好像几乎不会发生这种情况,至少我从来没遇见过,而对于同款设备,android常常会出现连接失败的情况,status != BluetoothGatt.GATT_SUCCESS ,android端开发请不要把连接失败和断开连接放在一块处理,因为断开连接可以直接尝试重新连接,而连接失败后尝试重新连接,需要加一些延时,并且需要gatt.close,清空一下状态,否则会把gatt阻塞导致手机不重启蓝牙就再也无法连接任何设备的情况。

后台运行

iOS后来运行,需要设备中info.Plist权限,key:Required background modes ,value: bluetooth-central(手机作为central) , bluetooth-peripheral(手机作为外设) 参考链接

同时连接多个设备

android很简单,创建多个gattCallback,每个gattCallback单独管理设备连接后的操作,而iOS也最好不要创建多个CBCentralManager,多个CBCentralManager理论上可以用,但是会存在多个手机版本存在不同的行为,还有一些很容易出错的问题,这块内容不细说了。使用同一个CBCentralManager,通过进入委托的peripheral的identifier区分不同的设备,进行不同的操作和处理。 在阿里的smurfs蓝牙模块中,我使用了一个dispatcher去分发每个连接设备的事件到不同实例中进行处理。

扫描广播包

所有外设,只有在发出广播包的情况下,才能被central发现,绝大多数情况下,外设被连接后就不会发出广播(也有例外),很多人遇到无法找到设备的问题,大多属于这种情况。 重复扫描问题——————

提高蓝牙连接速度

无论是iOS,还是android,都可以通过已绑定的设备,在不开启扫描的情况下进行快速连接,iOS需要的参数是peripheral的identifier,android需要mac地址。但android和iOS还是有一些区别的,比如iOS不能拿到已绑定的设备list,但是可以通过UUID去拿到peripheral的实例。而android可以拿到已绑定的设备list。android绑定过程需要手动调用createBond的方法,而iOS在连接成功一次后会自动绑定。 android在处理createBond时,常常会应为不同手机平台,不同设备,会产生兼容性的问题,这点需要注意。

定向扫描

在扫描时候可以传入serviceUUID,这样可以扫描到特定条件的设备,提高扫描的速度,排除干扰。

如何获取mac地址

android可以直接通过getAddress得到mac地址,而iOS出于苹果的安全策略问题,无法直接获得mac地址,只能得到一个mac地址换算出来的identifier。不过在智能设备开发时,一般都会考虑到这个问题,大多数智能设备会把mac地址保存在广播数据中,不同设备可能会存在不同的位置。

Babybluetooth蓝牙库的使用

Babybluetooth是iOS的蓝牙库的封装,iOS蓝牙委托层级特别讨厌,一个委托接着一个委托,比如先进入扫描的委托,在进入链接的委托,在进入连接成功,发现服务,发现特征,读写操作,一套操作被拆分的很散,容易出错,代码不易维护,上手慢等缺点,Babybluetooth对CoreBluetooth进行了封装,把委托回调进行方法调用的方式,改成了链式方法顺序调用,直接调用baby.enjoy()方法,完成一整套操作。简化了上手难度和代码维护成本。现在开源在github上,有2300个star,蓝牙库中排名第一。

由于时间关系,这里不会详细介绍BabyBluetooth的使用,想连接的可以看github bady的主页

作者:刘彦玮,80后,一个全栈工程师,github开源作者,目前就职于阿里巴巴,从事iot智能蓝牙设备应用端和基础框架开发。
原文:知乎live:一小时蓝牙科普 文字整理版
声明:本文首发于作者博客,转载已经作者授权。

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