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作者:小馬

IOS學習也一段時間了，該上點干貨了。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，設備是一個金融刷卡器，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。上幾張圖容易理解一些：

<喎?/kf/ware/vc/" target="_blank" class="keylink">vcD4KPHA+PGJyPgo8L3A+CjxwPjxpbWcgc3JjPQ=="/uploadfile/Collfiles/20140524/201405240909454.jpg" alt="\">

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

藍牙協議本身經歷了從1.0到4.0的升級演變, 最新的4.0以其低功耗著稱，所以一般也叫BLE(Bluetoothlow energy)。

iOS 有兩個框架支持藍牙與外設連接。一個是 ExternalAccessory。從ios3.0就開始支持，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。

另一個框架則是本文要介紹的CoreBluetooth,在iphone4s開始支持,專門用於與BLE設備通訊（因為它的API都是基於BLE的）。這個不需要MFI，並且現在很多藍牙設備都支持4.0,所以也是在IOS比較推薦的一種開發方法。

三 CoreBluetooth介紹

CoreBluetooth框架的核心其實是兩個東西，peripheral和central, 可以理解成外設和中心。對應他們分別有一組相關的API和類，如下圖所示:

如果你要編程的設備是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,所以我將大部分使用上圖中左邊部分的類。使用peripheral編程的例子也有很多，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的設備都是通過服務和特征來展示自己的，一個設備必然包含一個或多個服務，每個服務下面又包含若干個特征。特征是與外界交互的最小單位。比如說，一台藍牙4.0設備，用特征A來描述自己的出廠信息，用特征B來與收發數據等。

服務和特征都是用UUID來唯一標識的，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設備(比如測量心跳和血壓的設備)規定了標准的service UUID(特征的UUID比較多，這裡就不列舉了),如下:

 
#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

當然還有很多設備並不在這個標准列表裡，比如我用的這個金融刷卡器。藍牙設備硬件廠商通常都會提供他們的設備裡面各個服務(service)和特征(characteristics)的功能，比如哪些是用來交互(讀寫)，哪些可獲取模塊信息(只讀)等。

五 實現細節

作為一個中心要實現完整的通訊，一般要經過這樣幾個步驟：

建立中心角色—掃描外設（discover）—連接外設(connect)—掃描外設中的服務和特征(discover)—與外設做數據交互(explore and interact)—斷開連接(disconnect)。

1建立中心角色

首先在我自己類的頭文件中要包含CoreBluetooth的頭文件，並繼承兩個協議，代碼如下:

#import 
CBCentralManager *manager;
manager = [[CBCentralManager alloc] initWithDelegate:self queue:nil];

2掃描外設（discover）

代碼如下:

[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只會discover這個特定的設備，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設備，我用的代碼如下:

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，懷疑和設備本身在的廣播包有關。

3連接外設(connect)

當掃描到4.0的設備後，系統會通過回調函數告訴我們設備的信息，然後我們就可以連接相應的設備，代碼如下:

- (void)centralManager:(CBCentralManager *)central didDiscoverPeripheral:(CBPeripheral *)peripheral advertisementData:(NSDictionary *)advertisementData RSSI:(NSNumber *)RSSI
{

    if(![_dicoveredPeripherals containsObject:peripheral])
        [_dicoveredPeripherals addObject:peripheral];
    
    NSLog(@"dicoveredPeripherals:%@", _dicoveredPeripherals);
}

//連接指定的設備
-(BOOL)connect:(CBPeripheral *)peripheral
{
    NSLog(@"connect start");
    _testPeripheral = nil;
    
    [manager connectPeripheral:peripheral
                       options:[NSDictionary dictionaryWithObject:[NSNumber numberWithBool:YES] forKey:CBConnectPeripheralOptionNotifyOnDisconnectionKey]];
    
    //開一個定時器監控連接超時的情況
    connectTimer = [NSTimer scheduledTimerWithTimeInterval:5.0f target:self selector:@selector(connectTimeout:) userInfo:peripheral repeats:NO];

    return (YES);
}

4掃描外設中的服務和特征(discover)

同樣的，當連接成功後，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設備下所有的服務和特征，代碼如下:

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

一個設備裡的服務和特征往往比較多，大部分情況下我們只是關心其中幾個，所以一般會在發現服務和特征的回調裡去匹配我們關心那些，比如下面的代碼:

- (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;
        }
        
        
    }
}

- (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;//保存讀的特征
            
            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;//保存寫的特征
            
            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與外設做數據交互(explore and interact)

發送數據很簡單，我們可以封裝一個如下的函數:

//寫數據
-(void)writeChar:(NSData *)data
{
    [_testPeripheral writeValue:data forCharacteristic:_writeCharacteristic type:CBCharacteristicWriteWithResponse];
}

_testPeripheral和_writeCharacteristic是前面我們保存的設備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，先組好數據包，然後調用發送函數:

-(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];
}

數據的讀分為兩種，一種是直接讀(reading directly),另外一種是訂閱(subscribe)。從名字也能基本理解兩者的不同。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。前一個好理解，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:

enum {
     CBCharacteristicPropertyBroadcast = 0x01,
     CBCharacteristicPropertyRead = 0x02,
     CBCharacteristicPropertyWriteWithoutResponse = 0x04,
     CBCharacteristicPropertyWrite = 0x08,
     CBCharacteristicPropertyNotify = 0x10,
     CBCharacteristicPropertyIndicate = 0x20,
     CBCharacteristicPropertyAuthenticatedSignedWrites = 0x40,
     CBCharacteristicPropertyExtendedProperties = 0x80,
     };

比如說，你要交互的特征，它的properties的值是0x10,表示你只能用訂閱的方式來接收數據。我這裡是用訂閱的方式，啟動訂閱的代碼如下:

//監聽設備
-(void)startSubscribe
{
    [_testPeripheral setNotifyValue:YES forCharacteristic:_readCharacteristic];
}

當設備有數據返回時，同樣是通過一個系統回調通知我，如下所示:

- (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)//已收到長度
    {
        unsigned char *buffer = (unsigned char *)[_recvData bytes];
        int nLen = buffer[3]*256 + buffer[4];
        if ([_recvData length] == (nLen+3+2+2))
        {
            //接收完畢，通知代理做事
            if ([_mainMenuDelegate respondsToSelector:@selector(DidNotifyReadData)])
                [_mainMenuDelegate DidNotifyReadData];
            
        }
    }

}

6 斷開連接(disconnect)

這個比較簡單，只需要一個API就行了,代碼如下:

//主動斷開設備
-(void)disConnect
{
    
    if (_testPeripheral != nil)
    {
        NSLog(@"disConnect start");
        [manager cancelPeripheralConnection:_testPeripheral];
    }

}

六 成果展示

上幾張效果圖，UI沒怎麼修飾，主要關注功能,實現了讀取磁道信息，與金融ic卡進行APDU交互等功能。