Android BLE开发之初识GATT

作者: 小时不识月z | 来源:发表于2017-02-22 10:56 被阅读7263次

    前言

    BLE是在Android 4.3上被引入的,并在android 5.0上加入了ble advertise的API支持。其时,IOS上的BLE已经玩的风生水起,其中IOS的ANCS服务就是基于BLE封装的通知下发协议,而IBeacon是基于BLE广播的单向传输的应用。
    Android上的BLE开发算是个后发者,但是android开放了对BLE的支持后,我们就可以又很多好玩的东西可以尝试了,比如以前IOS的蓝牙是无法与Android的蓝牙进行通信的,有了BLE这就有了可能,还有读取IOS的下发通知,自己实现和android手表的通信,读取手环的数据等等有趣的东西。

    而中文社区中关于Android BLE的开发资料几乎全是android官网上BLE开发指南的原版翻译,但是该网站上的内容是基于Android 4.3来写的,其中的API已经过时,最新的BLE API应该是基于Android 5.0的,所以我根据官网的思路基于最新的API最简单的方式介绍Android的BLE开发。
    以后还会把跟BLE相关的内容都整理下来,作为一个系列。

    基本概念

    想要进行Ble相关的开发,我们必须具备一定的基础知识,当然基础知识肯定是非常简单的。

    设备角色

    首先要明白的是,这两种角色的区分是硬件层面上,而且是成对出现的相对概念:
    ** 中心设备(Central device) **:功能相对强大,用来扫描和连接周边设备的,例如手机、平板等
    ** 周边设备(Central device) **:功能相对简单,功耗较小,被中心设备连接以提供数据的,例如手环、智能体温计等

    其实从最根本上来讲,它应该是在对建立连接的过程不同角色的一种区分。我们知道蓝牙设备要想让别人知道自己的存在,是要不间断的对外放松广播的,而另外一方则需要扫描并回复该广播包,这样才能建立连接,在这个过程中,负责广播的就是peripheral,而负责扫描的是Central。

    关于两者的连接过程需要注意:

    • 中心设备可以同时连接多个周边设备。
    • 周边设备一旦被连接上,立刻停止广播,断开后继续广播
    • 任何时候只能一个设备尝试连接,排队连接。
    GATT

    BLE技术是基于GATT进行通信的,GATT是一种属性传输协议,简单的讲可以认为是一种属性传输的应用层协议。
    它的结构非常简单:


    GATT结构图

    你可以把他看成xml来理解:

    • 每个GATT由完成不同功能的Service组成;
    • 每个Service由不同的Characteristic组成;
    • 每个Characteristic由一个value和一个或者多个Descriptor组成;
    • Service、Characteristic相当于标签(Service相当于他的类别,Characteristic相当于它的名字),而value才真正的包含数据,Descriptor是对这个value进行的说明和描述,当然我们可以从不同角度来描述和说明,因此可以有多个Descriptor.

    这样子理解可能不够准确,下面我们来举一个简单的例子进行说明:

    常见的小米手环是一个BLE设备,(假设)它包含三个Service,分别是提供设备信息的Service、提供步数的Service、检测心率的Service;
    而设备信息的service中包含的characteristic包括厂商信息、硬件信息、版本信息等;而心率Service则包括心率characteristic等,而心率characteristic中的value则真正的包含心率的数据,而descriptor则是对该value的描述说明,比如value的单位啊,描述啊,权限啊等。

    GATT C/S

    对GATT有了初步的了解,我们知道GATT是一种典型的C/S模式,既然是C/S那么我们就有必要对Server和client进行区分。

    ** GATT server ** vs. ** GATT client **。这两种角色存在的阶段则是建立连接之后,根据对话地位的不同进行区分的,很容易理解的是,保有数据的那一方我们称之为GATT server,访问数据的那一方我们称之为GATT client。

    这和我们之前提到的设备角色是不同层面的概念,有必要加以区分,我们还是用一个简单的例子进行说明:

    以手机和手表的例子来进行说明,手机和手机建立连接之前,我们都是用手机的蓝牙搜索功能去搜索手表的蓝牙设备,这个过程中很明显手表在进行BLE广播以便其他设备知道自己的存在,它在这个过程中就是peripheral的角色,而手机负责扫描的任务,自然扮演的就是Center了;两者建立了GATT连接后,当手机需要从手表中读取步数等传感器数据时,两者交互的数据是保存在手表中的,因此此时手表就是GATT server的角色,自然手机就作为GATT client;而当手表想要从手机读取短信电话等信息室,数据的保佑者又变成了手机,所以此时手机就是server ,而手表则是client。

    Service/Characteristic

    上面我们已经对他们有了感性的理解,接下来我们来一些实用的信息:

    1. Characteristic是最小的数据逻辑单元。现在不难理解了吧。
    2. value、descriptor中存储数据的解析由Server的工程师决定,并无规范,双发按照约定开发。
    3. Service/Characteristic均有一个唯一的UUID标识,UUID既有16位的也有128位的,我们需要了解的是16位的UUID是经过蓝牙组织认证的,是需要购买的,当然也有一些通用的16位UUID。
      例如Heart Rate服务的UUID就是0X180D,代码中表示为0X00001800-0000-1000-8000-00805f9b34fb,其他位为固定的。而128位的UUID则可以自定义。
    4. GATT连接是独占的。

    应用开发

    添加权限

    进行蓝牙APP的开发,需要在manifest文件中加入如下的权限:

    <uses-permission android:name="android.permission.BLUETOOTH"/>
    <uses-permission android:name="android.permission.BLUETOOTH_ADMIN"/>
    

    BLUETOOTH权限使得你的APP可以使用蓝牙的对话功能,例如建连和数据的传输。
    BLUETOOTH_ADMIN权限允许APP启动设备的被发现以及操作蓝牙的settings。
    其他更详细的查看官网上的说明BLE开发指南

    获得蓝牙

    要想进行ble的开发首先要获得设备上的蓝牙适配器并保证蓝牙是使能的,这样才能进一步的进行ble的相关操作。

    1. 获得蓝牙适配器
      系统启动的时候蓝牙相关的系统服务已经开启,这时候我们首先要获得系统的蓝牙服务:
    BluetoothManager bluetoothManager =
            (BluetoothManager) getSystemService(Context.BLUETOOTH_SERVICE);
    

    通过蓝牙的系统服务得到蓝牙适配器:

    BluetoothAdapter mBluetoothAdapter = bluetoothManager.getAdapter();
    

    得到蓝牙适配器之后,我们就能进行蓝牙的相关操作,无论是经典蓝牙还是ble都可以,当然进行这些操作之前我们首先使能蓝牙。

    1. 蓝牙的使能
      这个当然是为了保证蓝牙是开着的,给蓝牙芯片使能。
    if (mBluetoothAdapter == null || !mBluetoothAdapter.isEnabled()) {
        Intent enableBtIntent = new Intent(BluetoothAdapter.ACTION_REQUEST_ENABLE);
        startActivityForResult(enableBtIntent, REQUEST_ENABLE_BT);
    }
    

    这段代码是调用了系统提供的开启蓝牙的对话框,点击即可使能蓝牙,其实本质也是调用BluetoothAdapter.enable()。

    1. 扫描Ble设备
    //1. Android 4.3以上,Android 5.0以下
    mBluetoothAdapter.startLeScan(BluetoothAdapter.LeScanCallback LeScanCallback)
    //2. Android 5.0以上,扫描的结果在mScanCallback中进行处理
    mBluetoothLeScanner = mBluetoothAdapter.getBluetoothLeScanner();
    mBluetoothLeScanner.startScan(ScanCallback mScanCallback);
    

    注意传入的callback参数是不同的。以下我们都按照5.0的API进行。

    1. 得到扫描结果
      在扫描结果的callback函数中将扫描到的设备的名称和地址进行打印。
            @Override
            public void onScanResult(int callbackType, ScanResult result) {
                if(result != null){
                    System.out.println("扫面到设备:" + result.getDevice().getName() + "  " + result.getDevice().getAddress()); 
                }
            }
    

    因为扫描本身是个耗电操作,因此扫描到目标设备后应该立即体停止扫描

    if(mTargetDeviceName.equal(result.getDevice().getName())){
            mBluetoothLeScanner.stopScan(mScanCallback);
    }
    
    1. 对目标设备进行连接
    result.getDevice().connectGatt(MainActivity.this, false, mGattCallback);
    

    传入的BluetoothGattCallback对象中对连接结果做处理,以及通过GATT进行通信的绝大多数的操作都在这个对象中,至于后续BluetoothGattCallback的讲解,我们将在demo以及后续的文章中进行。

    应用demo之初识gatt

    Android官网的例子中有BLE的示例,但是那个例子有些API已经过时,没有使用最新的5.0的API,而且也写得过于麻烦,不便于开发新手入门,因此我写了一个简单的demo,仅仅包含整个扫描、连接、获取service的过程,一眼便能看懂,当然这个demo的目的是增进GATT的认识。

    Demo的下载地址:
    ** Github Jiesean : BleDemo **

    运行Demo并连接小米手环1代得到的结果如下:

    Services num:6
    扫描到Service:00001800-0000-1000-8000-00805f9b34fb
    characteristic: 00002a00-0000-1000-8000-00805f9b34fb
    characteristic: 00002a01-0000-1000-8000-00805f9b34fb
    characteristic: 00002a02-0000-1000-8000-00805f9b34fb
    characteristic: 00002a04-0000-1000-8000-00805f9b34fb
    扫描到Service:00001801-0000-1000-8000-00805f9b34fb
    characteristic: 00002a05-0000-1000-8000-00805f9b34fb
    扫描到Service:0000fee0-0000-1000-8000-00805f9b34fb
    characteristic: 0000ff01-0000-1000-8000-00805f9b34fb
    characteristic: 0000ff02-0000-1000-8000-00805f9b34fb
    characteristic: 0000ff03-0000-1000-8000-00805f9b34fb
    characteristic: 0000ff04-0000-1000-8000-00805f9b34fb
    characteristic: 0000ff05-0000-1000-8000-00805f9b34fb
    characteristic: 0000ff06-0000-1000-8000-00805f9b34fb
    characteristic: 0000ff07-0000-1000-8000-00805f9b34fb
    characteristic: 0000ff08-0000-1000-8000-00805f9b34fb
    characteristic: 0000ff09-0000-1000-8000-00805f9b34fb
    characteristic: 0000ff0a-0000-1000-8000-00805f9b34fb
    characteristic: 0000ff0b-0000-1000-8000-00805f9b34fb
    characteristic: 0000ff0c-0000-1000-8000-00805f9b34fb
    characteristic: 0000ff0d-0000-1000-8000-00805f9b34fb
    characteristic: 0000ff0e-0000-1000-8000-00805f9b34fb
    characteristic: 0000ff0f-0000-1000-8000-00805f9b34fb
    characteristic: 0000ff10-0000-1000-8000-00805f9b34fb
    扫描到Service:0000fee1-0000-1000-8000-00805f9b34fb
    characteristic: 0000fedd-0000-1000-8000-00805f9b34fb
    characteristic: 0000fede-0000-1000-8000-00805f9b34fb
    characteristic: 0000fedf-0000-1000-8000-00805f9b34fb
    characteristic: 0000fed0-0000-1000-8000-00805f9b34fb
    characteristic: 0000fed1-0000-1000-8000-00805f9b34fb
    characteristic: 0000fed2-0000-1000-8000-00805f9b34fb
    characteristic: 0000fed3-0000-1000-8000-00805f9b34fb
    扫描到Service:0000fee7-0000-1000-8000-00805f9b34fb
    characteristic: 0000fec7-0000-1000-8000-00805f9b34fb
    characteristic: 0000fec8-0000-1000-8000-00805f9b34fb
    characteristic: 0000fec9-0000-1000-8000-00805f9b34fb
    扫描到Service:00001802-0000-1000-8000-00805f9b34fb
    characteristic: 00002a06-0000-1000-8000-00805f9b34fb
    

    我们可以看到总共得到了6个Service,分别是:

    下一篇文章我们将对小米手环进行读取和操作。

    <p>

    ** 相关阅读: **
    ** BLE简介 **
    ** 低功耗蓝牙BLE协议栈简介 **

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      网友评论

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      • 酷玩技术派:很赞 插眼
      • 8007c8c3e227:我下载下来,在studio上真机运行直接就闪退了。。。不知道是什么原因
        小时不识月z:@一醉方休28 没太明白你的意思,闪退应该会有错误log 打印吧,看一下是什么原因呢
        8007c8c3e227:另外在layout里面那个扫描id没见到绑定在mainactivity里,自己还是太笨了吧。。。
      • fa1b38362fcc:5.0下的另外一种方法 mBluetoothAdapter.startLeScan(BluetoothAdapter.LeScanCallback);
        中的BluetoothAdapter.LeScanCallback找不到
        Kery_:我也是出现了同样的问题。写的时候没问题,但是运行在手机上就会出现崩溃,出现NoClassDefDoundErr的错误
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        p0werHu:为什么我开始扫描之后始终没有跳转到,mScanCallback回调函数啊,求教
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        小时不识月z:这个挺好玩的,柴总你换公司了么?

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