swift 蓝牙开发、OTA升级

公司项目需要用到BLE以CBCentralManager的身份和硬件交互，开发过程中解决了一些遇到的问题和一些处理思路，这里简单记录一下。如果有什么问题或写的不对的地方希望大家可以一起讨论。
首先了解一下什么是BLE，蓝牙低能耗(Bluetooth Low Energy，或称Bluetooth LE、BLE，旧商标Bluetooth Smart，蓝牙版本4.0)，也称低功耗蓝牙。相较经典蓝牙(蓝牙版本2.0)，低功耗蓝牙旨在保持同等通信范围的同时显著降低功耗和成本。

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讨论一些要注意的和一些思路

与设备的交互使用的是16进制，所以要对发送的数据进行16进制转换，转换方法放在末尾
连接和操作一个设备就要持有这个设备对象，系统不维护设备对象的内存管理
发送数据异步回调可以封装一个任务机制，发送数据后生成一个任务，在收到想要的数据的时候关闭任务或者等待任务超时关闭任务。
iOS更换手机的时候设备的UUID会改变，如果想换手机后依然可以重连设备，就需要让设备端配合把设备唯一MAC地址放入广播内容中，给设备扩充MAC属性，根据MAC来选择设备进行连接，做到设备MAC和UUID的匹配
本篇只做了简单的功能介绍和使用，OTA部分需要按照实际协议来做。如果大家有遇到问题或者有好的主意可以找我一起讨论，万分荣幸。

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iOS对蓝牙库进行了封装，封装在CoreBluetooth库，所以使用时

import CoreBluetooth

接下来是对一些名词的介绍

CBCentralManager - 中心管理者
CBPeripheralManager - 外设管理者
CBPeripheral - 外设对象
CBService - 外设服务
CBCharacteristic - 外设服务的特征

大致结构如下

image.png

注：一个CBPeripheral可以包含多个CBService ，而一个CBService 也可以包含多个CBCharacteristic 。

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接下来介绍蓝牙从打开到连接到发送数据到接收数据的一整个流程
1.首先肯定是权限设置，Info.plist里面加入
Privacy - Bluetooth Peripheral Usage Description
2.然后是初始化中心管理者，初始化有三种方式，我使用的默认的初始化方法即

CBCentralManager()//默认主线程，无代理，无options

如果想自己设置线程和其他条件，则可以通过接下来的初始化方法一次性进行设置

//说明：options包含两个key
//CBCentralManagerOptionShowPowerAlertKey
//布尔值，表示的是在central manager初始化时，如果当前蓝牙没打开，是否弹出alert框。
//CBCentralManagerOptionRestoreIdentifierKey
//字符串，一个唯一的标示符，用来蓝牙的恢复连接的。
CBCentralManager.init(delegate:, queue:, options: )

3.判断蓝牙状态，通过CBCentralManager的state来获取

//⚠️iOS10.0之后更新了蓝牙状态枚举的名字，但是枚举类型未变
//10.0之前
CBCentralManagerState
//10.0之后
CBManagerState
//枚举类型如下：
case unknown 
case resetting 
case unsupported
case unauthorized
case poweredOff
case poweredOn

4.如果状态为打开，则可以进行搜索操作

//说明：
//serviceUUIDs为硬件端定好的发送/接受服务，可不填，不填默认搜索全部
//options
scanForPeripherals(withServices serviceUUIDs: [CBUUID]?, options: [String : Any]? = nil)

注：如果连接和操作一个设备就要持有这个设备对象，系统不维护设备对象的内存管理
接下来就是一系列的代理事件了，我会把主要代理按照流程来进行说明，大致流程如下：

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搜索-连接-连接成功/失败(设置外设代理，搜索服务)-搜索到服务(搜索特征)-搜索到特征-监听需要的特征(读写、读、写等根据情况来确定)-通过外设读写特征写入指令-收到设备返回信息-断开连接

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接下来对每个代理来进行详细介绍
CBCentralManagerDelegate：中心管理者代理，负责搜索，设备状态的一些回调
CBPeripheralDelegate：外设代理，负责对外设的一些操作，特征的订阅，以及设备信息和消息的更新回调
搜索&连接

    /// 搜索到新的外设
    ///
    /// - Parameters:
    ///   - central: 蓝牙中心
    ///   - peripheral: 外设
    ///   - advertisementData: 外设广播内容
    ///   - RSSI: 信号
    func centralManager(_ central: CBCentralManager, didDiscover peripheral: CBPeripheral, advertisementData: [String : Any], rssi RSSI: NSNumber){
          if peripheral.name == "你需要连接的设备名称" {
            //连接指定设备
            central.connect(peripheral, options: nil)
            //持有外设对象，自己管理生命周期
            discoverPeripherals.insert(peripheral)
        }
    }

连接成功&失败

    /// 连接外设成功  
    ///
    /// - Parameters:
    ///   - central: 蓝牙中心
    ///   - peripheral: 外设
    func centralManager(_ central: CBCentralManager, didConnect peripheral: CBPeripheral) {
        //设置外设代理以便对外设代理的处理
        peripheral.delegate = self
        //搜索外设的所有服务(可指定服务，默认为搜索全部服务)
        peripheral.discoverServices(nil)
    }
    
    /// 连接外设失败  
    ///
    /// - Parameters:
    ///   - central: 蓝牙中心
    ///   - peripheral: 外设
    ///   - error: 错误
    func centralManager(_ central: CBCentralManager, didFailToConnect peripheral: CBPeripheral, error: Error?) {
        //释放持有的外设对象
        discoverPeripherals.remove(peripheral)
    }

搜索到服务

    /// 发现外设的服务
    ///
    /// - Parameters:
    ///   - peripheral: 外设
    ///   - error: 错误
    func peripheral(_ peripheral: CBPeripheral, didDiscoverServices error: Error?) {
        peripheral.services?.forEach{
            //搜索所有的设备特征
            peripheral.discoverCharacteristics(nil, for: $0)}
    }

搜索到特征

    /// 发现外设的特征,订阅特征(读、写等)
    ///
    /// - Parameters:
    ///   - peripheral: 外设
    ///   - service: 外设的w服务
    ///   - error: 错误
    func peripheral(_ peripheral: CBPeripheral, didDiscoverCharacteristicsFor service: CBService, error: Error?) {
        service.characteristics?.forEach {
            //properties
            //订阅自己需要的特征
            if $0.properties == .notify {
                peripheral.setNotifyValue(true, for: $0)
            }
        }
    }

收到外设消息更新

    /// 收到外设发送内容    
    ///
    /// - Parameters:
    ///   - peripheral: 外设
    ///   - characteristic: 特征
    ///   - error: 错误
    func peripheral(_ peripheral: CBPeripheral, didUpdateValueFor characteristic: CBCharacteristic, error: Error?) {
 
    }

断开设备连接

    /// 外设断开连接  
    ///
    /// - Parameters:
    ///   - central: 蓝牙中心
    ///   - peripheral: 外设
    ///   - error: 错误
    func centralManager(_ central: CBCentralManager, didDisconnectPeripheral peripheral: CBPeripheral, error: Error?) {
        //释放持有的外设对象
        discoverPeripherals.remove(peripheral)
    }

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接下来介绍OTA升级
OTA是DFU(Device Firmware Update)的一种类型，准确说，OTA的全称应该是OTA DFU，就是设备固件升级的意思。只不过大家为了方便起见，直接用OTA来指代固件空中升级（有时候大家也将OTA称为FOTA）。
OTA升级并不复杂，只需要按照硬件定制的协议，把数据按照正常的写入方式发送给硬件即可(注意查看硬件是否规定数据的大小端)，如果遇到问题可以找我，可以一起讨论。

大端模式：是指数据的高字节保存在内存的低地址中，而数据的低字节保存在内存的高地址中，这样的存储模式有点类似于把数据当作字符串顺序处理：地址由小向大增加，而数据从高位往低位放；这和我们的阅读习惯一致。
小端模式：是指数据的高字节保存在内存的高地址中，而数据的低字节保存在内存的低地址中，这种存储模式将地址的高低和数据位权有效地结合起来，高地址部分权值高，低地址部分权值低。

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16进制的转换

16进制类型的字符串[A-F,0-9]和Data之间的转换可以使用下面的方法。如果是包含=之类的可以直接用字符串转换Data即可

extension String {
    ///16进制字符串转Data
    func hexData() -> Data? {
        var data = Data(capacity: count / 2)
        let regex = try! NSRegularExpression(pattern: "[0-9a-f]{1,2}", options: .caseInsensitive)
        regex.enumerateMatches(in: self, range: NSMakeRange(0, utf16.count)) { match, flags, stop in
            let byteString = (self as NSString).substring(with: match!.range)
            var num = UInt8(byteString, radix: 16)!
            data.append(&num, count: 1)
        }
        guard data.count > 0 else { return nil }
        return data
    }
    
    func utf8Data()-> Data? {
        return self.data(using: .utf8)
    }
    
}

extension Data {
    ///Data转16进制字符串
    func hexString() -> String {
        return map { String(format: "%02x", $0) }.joined(separator: "").uppercased()
    }
}