IOS学习也一段时间了,该上点干货了。前段时间研究了一下IOS蓝牙通讯相关的东西,把研究的一个成果给大家分享一下。
一 项目背景
简单介绍一下做的东西,设备是一个金融刷卡器,通过蓝牙与iphone手机通讯。手机端的app通过发送不同的指令(通过蓝牙)控制刷卡器执行一些动作,比如读磁条卡,读金融ic卡等。上几张图容易理解一些:
<喎?"http://www./kf/ware/vc/" target="_blank" class="keylink">vcD4KPHA+PGJyPgo8L3A+CjxwPjxpbWcgc3JjPQ=="http://www./uploadfile/Collfiles/20140524/201405240909454.jpg" alt="\">
看了上面几张图,你应该大概了解这是个什么东东了。
二 IOS 蓝牙介绍
蓝牙协议本身经历了从1.0到4.0的升级演变, 最新的4.0以其低功耗著称,所以一般也叫BLE(Bluetoothlow energy)。
iOS 有两个框架支持蓝牙与外设连接。一个是 ExternalAccessory。从ios3.0就开始支持,也是在iphone4s出来之前用的比较多的一种模式,但是它有个不好的地方,External Accessory需要拿到苹果公司的MFI认证。
另一个框架则是本文要介绍的CoreBluetooth,在iphone4s开始支持,专门用于与BLE设备通讯(因为它的API都是基于BLE的)。这个不需要MFI,并且现在很多蓝牙设备都支持4.0,所以也是在IOS比较推荐的一种开发方法。
三 CoreBluetooth介绍
CoreBluetooth框架的核心其实是两个东西,peripheral和central, 可以理解成外设和中心。对应他们分别有一组相关的API和类,如下图所示:
如果你要编程的设备是central那么你大部分用到,反之亦然。在我们这个示例中,金融刷卡器是peripheral,我们的iphone手机是central,所以我将大部分使用上图中左边部分的类。使用peripheral编程的例子也有很多,比如像用一个ipad和一个iphone通讯,ipad可以认为是central,iphone端是peripheral,这种情况下在iphone端就要使用上图右边部分的类来开发了。
四 服务和特征
有个概念有必要先说明一下。什么是服务和特征呢(service and characteristic)?
每个蓝牙4.0的设备都是通过服务和特征来展示自己的,一个设备必然包含一个或多个服务,每个服务下面又包含若干个特征。特征是与外界交互的最小单位。比如说,一台蓝牙4.0设备,用特征A来描述自己的出厂信息,用特征B来与收发数据等。
服务和特征都是用UUID来唯一标识的,UUID的概念如果不清楚请自行google,国际蓝牙组织为一些很典型的设备(比如测量心跳和血压的设备)规定了标准的service UUID(特征的UUID比较多,这里就不列举了),如下:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 | #define BLE_UUID_ALERT_NOTIFICATION_SERVICE 0x1811
#define BLE_UUID_BATTERY_SERVICE 0x180F
#define BLE_UUID_BLOOD_PRESSURE_SERVICE 0x1810
#define BLE_UUID_CURRENT_TIME_SERVICE 0x1805
#define BLE_UUID_CYCLING_SPEED_AND_CADENCE 0x1816
#define BLE_UUID_DEVICE_INFORMATION_SERVICE 0x180A
#define BLE_UUID_GLUCOSE_SERVICE 0x1808
#define BLE_UUID_HEALTH_THERMOMETER_SERVICE 0x1809
#define BLE_UUID_HEART_RATE_SERVICE 0x180D
#define BLE_UUID_HUMAN_INTERFACE_DEVICE_SERVICE 0x1812
#define BLE_UUID_IMMEDIATE_ALERT_SERVICE 0x1802
#define BLE_UUID_LINK_LOSS_SERVICE 0x1803
#define BLE_UUID_NEXT_DST_CHANGE_SERVICE 0x1807
#define BLE_UUID_PHONE_ALERT_STATUS_SERVICE 0x180E
#define BLE_UUID_REFERENCE_TIME_UPDATE_SERVICE 0x1806
#define BLE_UUID_RUNNING_SPEED_AND_CADENCE 0x1814
#define BLE_UUID_SCAN_PARAMETERS_SERVICE 0x1813
#define BLE_UUID_TX_POWER_SERVICE 0x1804
#define BLE_UUID_CGM_SERVICE 0x181A
|
当然还有很多设备并不在这个标准列表里,比如我用的这个金融刷卡器。蓝牙设备硬件厂商通常都会提供他们的设备里面各个服务(service)和特征(characteristics)的功能,比如哪些是用来交互(读写),哪些可获取模块信息(只读)等。
五 实现细节
作为一个中心要实现完整的通讯,一般要经过这样几个步骤:
建立中心角色—扫描外设(discover)—连接外设(connect)—扫描外设中的服务和特征(discover)—与外设做数据交互(explore and interact)—断开连接(disconnect)。
1建立中心角色
首先在我自己类的头文件中要包含CoreBluetooth的头文件,并继承两个协议,代码如下:
1 2 3 | # import <corebluetooth corebluetooth.h= "" >
CBCentralManager *manager;
manager = [[CBCentralManager alloc] initWithDelegate:self queue:nil];</corebluetooth>
|
2扫描外设(discover)
代码如下:
1 | [manager scanForPeripheralsWithServices:nil options:options];
|
这个参数应该也是可以指定特定的peripheral的UUID,那么理论上这个central只会discover这个特定的设备,但是我实际测试发现,如果用特定的UUID传参根本找不到任何设备,我用的代码如下:
1 2 3 4 | NSArray *uuidArray = [NSArray arrayWithObjects:[CBUUID UUIDWithString:@ "1800" ],[CBUUID UUIDWithString:@ "180A" ],
[CBUUID UUIDWithString:@ "1CB2D155-33A0-EC21-6011-CD4B50710777" ],[CBUUID UUIDWithString:@ "6765D311-DD4C-9C14-74E1-A431BBFD0652" ],nil];
[manager scanForPeripheralsWithServices:uuidArray options:options];
|
目前不清楚原因,怀疑和设备本身在的广播包有关。
3连接外设(connect)
当扫描到4.0的设备后,系统会通过回调函数告诉我们设备的信息,然后我们就可以连接相应的设备,代码如下:
1 2 3 4 5 6 7 8 | - ( void )centralManager:(CBCentralManager *)central didDiscoverPeripheral:(CBPeripheral *)peripheral advertisementData:(NSDictionary *)advertisementData RSSI:(NSNumber *)RSSI
{
if (![_dicoveredPeripherals containsObject:peripheral])
[_dicoveredPeripherals addObject:peripheral];
NSLog(@ "dicoveredPeripherals:%@" , _dicoveredPeripherals);
}
|
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 | //连接指定的设备
-(BOOL)connect:(CBPeripheral *)peripheral
{
NSLog(@ "connect start" );
_testPeripheral = nil;
[manager connectPeripheral:peripheral
options:[NSDictionary dictionaryWithObject:[NSNumber numberWithBool:YES] forKey:CBConnectPeripheralOptionNotifyOnDisconnectionKey]];
//开一个定时器监控连接超时的情况
connectTimer = [NSTimer scheduledTimerWithTimeInterval: 5 .0f target:self selector: @selector (connectTimeout:) userInfo:peripheral repeats:NO];
return (YES);
}
|
4扫描外设中的服务和特征(discover)
同样的,当连接成功后,系统会通过回调函数告诉我们,然后我们就在这个回调里去扫描设备下所有的服务和特征,代码如下:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 | - ( void )centralManager:(CBCentralManager *)central didConnectPeripheral:(CBPeripheral *)peripheral
{
[connectTimer invalidate]; //停止时钟
NSLog(@ "Did connect to peripheral: %@" , peripheral);
_testPeripheral = peripheral;
[peripheral setDelegate:self];
[peripheral discoverServices:nil];
}
|
一个设备里的服务和特征往往比较多,大部分情况下我们只是关心其中几个,所以一般会在发现服务和特征的回调里去匹配我们关心那些,比如下面的代码:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 | - ( void )peripheral:(CBPeripheral *)peripheral didDiscoverServices:(NSError *)error
{
NSLog(@ "didDiscoverServices" );
if (error)
{
NSLog(@ "Discovered services for %@ with error: %@" , peripheral.name, [error localizedDescription]);
if ([self.delegate respondsToSelector: @selector (DidNotifyFailConnectService:withPeripheral:error:)])
[self.delegate DidNotifyFailConnectService:nil withPeripheral:nil error:nil];
return ;
}
for (CBService *service in peripheral.services)
{
if ([service.UUID isEqual:[CBUUID UUIDWithString:UUIDSTR_ISSC_PROPRIETARY_SERVICE]])
{
NSLog(@ "Service found with UUID: %@" , service.UUID);
[peripheral discoverCharacteristics:nil forService:service];
isVPOS3356 = YES;
break ;
}
}
}
|
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 | - ( void )peripheral:(CBPeripheral *)peripheral didDiscoverCharacteristicsForService:(CBService *)service error:(NSError *)error
{
if (error)
{
NSLog(@ "Discovered characteristics for %@ with error: %@" , service.UUID, [error localizedDescription]);
if ([self.delegate respondsToSelector: @selector (DidNotifyFailConnectChar:withPeripheral:error:)])
[self.delegate DidNotifyFailConnectChar:nil withPeripheral:nil error:nil];
return ;
}
for (CBCharacteristic *characteristic in service.characteristics)
{
if ([characteristic.UUID isEqual:[CBUUID UUIDWithString:UUIDSTR_ISSC_TRANS_TX]])
{
NSLog(@ "Discovered read characteristics:%@ for service: %@" , characteristic.UUID, service.UUID);
_readCharacteristic = characteristic; //保存读的特征
if ([self.delegate respondsToSelector: @selector (DidFoundReadChar:)])
[self.delegate DidFoundReadChar:characteristic];
break ;
}
}
for (CBCharacteristic * characteristic in service.characteristics)
{
if ([characteristic.UUID isEqual:[CBUUID UUIDWithString:UUIDSTR_ISSC_TRANS_RX]])
{
NSLog(@ "Discovered write characteristics:%@ for service: %@" , characteristic.UUID, service.UUID);
_writeCharacteristic = characteristic; //保存写的特征
if ([self.delegate respondsToSelector: @selector (DidFoundWriteChar:)])
[self.delegate DidFoundWriteChar:characteristic];
break ;
}
}
if ([self.delegate respondsToSelector: @selector (DidFoundCharacteristic:withPeripheral:error:)])
[self.delegate DidFoundCharacteristic:nil withPeripheral:nil error:nil];
}
|
相信你应该已经注意到了,回调函数都是以"did"开头的,这些函数不用你调用,达到条件后系统后自动调用。
5与外设做数据交互(explore and interact)
发送数据很简单,我们可以封装一个如下的函数:
1 2 3 4 5 | //写数据
-( void )writeChar:(NSData *)data
{
[_testPeripheral writeValue:data forCharacteristic:_writeCharacteristic type:CBCharacteristicWriteWithResponse];
}
|
_testPeripheral和_writeCharacteristic是前面我们保存的设备对象和可以读写的特征。
然后我们可以在外部调用它,比如当然我要触发刷卡时,先组好数据包,然后调用发送函数:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 | -( void )msrRead
{
unsigned char command[ 512 ] = { 0 };
unsigned char *pTmp;
int nSendLen = 0 ;
unsigned char ucCrc[ 3 ] = { 0 };
_commandType = COMMAND_MSR_READ;
pTmp = command;
*pTmp = 0x02 ; //start
pTmp++;
*pTmp = 0xc1 ; //main cmd
pTmp++;
*pTmp = 0x07 ; //sub cmd
pTmp++;
nSendLen = 2 ;
*pTmp = nSendLen/ 256 ;
pTmp++;
*pTmp = nSendLen% 256 ;
pTmp++;
*pTmp = 0x00 ; //sub cmd
pTmp++;
*pTmp = 0x00 ; //sub cmd
pTmp++;
Crc16CCITT(command+ 1 ,pTmp-command- 1 ,ucCrc);
memcpy(pTmp,ucCrc, 2 );
NSData *data = [[NSData alloc] initWithBytes:&command length: 9 ];
NSLog(@ "send data:%@" , data);
[g_BLEInstance.recvData setLength: 0 ];
[g_BLEInstance writeChar:data];
}
|
数据的读分为两种,一种是直接读(reading directly),另外一种是订阅(subscribe)。从名字也能基本理解两者的不同。实际使用中具体用一种要看具体的应用场景以及特征本身的属性。前一个好理解,特征本身的属性是指什么呢?特征有个properties字段(characteristic.properties),它是一个整型值,有如下几个定义:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 | enum {
CBCharacteristicPropertyBroadcast = 0x01 ,
CBCharacteristicPropertyRead = 0x02 ,
CBCharacteristicPropertyWriteWithoutResponse = 0x04 ,
CBCharacteristicPropertyWrite = 0x08 ,
CBCharacteristicPropertyNotify = 0x10 ,
CBCharacteristicPropertyIndicate = 0x20 ,
CBCharacteristicPropertyAuthenticatedSignedWrites = 0x40 ,
CBCharacteristicPropertyExtendedProperties = 0x80 ,
};
|
比如说,你要交互的特征,它的properties的值是0x10,表示你只能用订阅的方式来接收数据。我这里是用订阅的方式,启动订阅的代码如下:
1 2 3 4 5 | //监听设备
-( void )startSubscribe
{
[_testPeripheral setNotifyValue:YES forCharacteristic:_readCharacteristic];
}
|
当设备有数据返回时,同样是通过一个系统回调通知我,如下所示:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 | - ( void )peripheral:(CBPeripheral *)peripheral didUpdateValueForCharacteristic:(CBCharacteristic *)characteristic error:(NSError *)error
{
if (error)
{
NSLog(@ "Error updating value for characteristic %@ error: %@" , characteristic.UUID, [error localizedDescription]);
if ([_mainMenuDelegate respondsToSelector: @selector (DidNotifyReadError:)])
[_mainMenuDelegate DidNotifyReadError:error];
return ;
}
[_recvData appendData:characteristic.value];
if ([_recvData length] >= 5 ) //已收到长度
{
unsigned char *buffer = (unsigned char *)[_recvData bytes];
int nLen = buffer[ 3 ]* 256 + buffer[ 4 ];
if ([_recvData length] == (nLen+ 3 + 2 + 2 ))
{
//接收完毕,通知代理做事
if ([_mainMenuDelegate respondsToSelector: @selector (DidNotifyReadData)])
[_mainMenuDelegate DidNotifyReadData];
}
}
}
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6 断开连接(disconnect)
这个比较简单,只需要一个API就行了,代码如下:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 | //主动断开设备
-( void )disConnect
{
if (_testPeripheral != nil)
{
NSLog(@ "disConnect start" );
[manager cancelPeripheralConnection:_testPeripheral];
}
}
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六 成果展示
上几张效果图,UI没怎么修饰,主要关注功能,实现了读取磁道信息,与金融ic卡进行APDU交互等功能。
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