零基础掌握 iOS 蓝牙开发
前言
本文记录了博主第一次接触蓝牙，到使用 App 同周边蓝牙设备通信的过程。只讨论 App 作为中心设备的情况，不包含 App 作为周边设备的情形。
iOS 中使用 Core Bluetooth 框架实现蓝牙通信。Core Bluetooth 是基于蓝牙 4.0 的低功耗模式实现的。
蓝牙的连接类似于 Client/Server 构架模型。中心设备作为客户端，周边设备作为服务端，扫描并建立连接进行数据交换。
在开始编码前，先熟悉 iOS 在蓝牙通信中涉及到的几个类，搬砖费不费力。
准备
蓝牙相关的类图：
bluetooth.001.png
- CBCentralManager 类表示中心设备，扫描发现周边蓝牙设备，周边蓝牙设备用 CBPeripheral 类表示。
- 一个蓝牙设备可能存在多种用途，每一种用途对应一个服务，使用 CBService 表示，比如心率传感器有心率监测服务。
- 一个服务可以细分为多种特征，使用 CBCharacteristic 表示，比如心率监测服务中，含有心率的测量值、地理位置的定位等 Characteristic。
- 一个特征可以有多种描述，用 CBDescriptor 表示。
以上涉及到的 CBService，CBCharacteristic，CBDescriptor 类都继承自 CBAttribute，它们有一个共同的属性 CBUUID，用来作为唯一的标识。
Peripheral 作为 Server 端， Central 作为 Client， Peripheral 广播自己的 Services 和 Characteristics， Central 可以选择订阅某一个具体的 Service, 也可以一次性订阅全部的 Server（不建议这么做）。获取到某个 Service 之后，同样需要继续发现这个服务下的 Characteristics。Peripheral 和 Central 之间通过 Characteristic 建立一个双向的数据通道。
注意一定要用真机测试。
编码
在 iOS 10 之后需要在 Info.plist 文件里面设置 NSBluetoothPeripheralUsageDescription 字段，添加访问蓝牙权限的描述，否则强行访问蓝牙功能会造成 Crash。
开始，初始化一个中心设备：
CBCentralManager *centralManager = [[CBCentralManager alloc] initWithDelegate:self queue:nil options:nil];
_centralManager = centralManager;
这里有一个注意点，CBCentralManager 的创建是异步的，如果初始化完成之后没有被当前创建它的类所持有，就会在下一次 RunLoop 迭代的时候释放。当然 CBCentralManager 实例如果不是在 ViewController 中创建的，那么持有 CBCentralManager 的这个类在初始化之后也必须被 ViewController 持有，否则控制台会有如下的错误输出：
[CoreBluetooth] XPC connection invalid
如果成功初始化，就会回调 CBCentralManagerDelegate:
// 在 cetral 的状态变为 CBManagerStatePoweredOn 的时候开始扫描
- (void)centralManagerDidUpdateState:(CBCentralManager *)central {
if (central.state == CBManagerStatePoweredOn) {
[_centralManager scanForPeripheralsWithServices:nil options:nil];
}
}
中心设备处于 PowerOn 状态的时候开始扫描周边设备，可以使用指定的 UUID 发现特定的 Service，也可以传入 nil，表示发现所有周边的蓝牙设备，不过还是建议只发现自己需要服务的设备。发现之后会回调如下方法：
- (void)centralManager:(CBCentralManager *)central
didDiscoverPeripheral:(CBPeripheral *)peripheral
advertisementData:(NSDictionary<NSString *, id> *)advertisementData RSSI:(NSNumber *)RSSI {
if (!peripheral.name) return; // Ingore name is nil peripheral.
if (![_peripheralsList containsObject:peripheral]) {
[_peripheralsList addObject:peripheral];
_peripherals = _peripheralsList.copy;
}
}
成功发现设备后选择一个 peripheral 建立连接，在建立连接之后停止发现：
[_centralManager connectPeripheral:peripheral options:nil];
连接成功后会继续回调 CBCentralManagerDelegate 中的方法：
- (void)centralManager:(CBCentralManager *)central didConnectPeripheral:(CBPeripheral *)peripheral {
peripheral.delegate = self;
// Client to do discover services method...
CBUUID *seriveUUID = [CBUUID UUIDWithString:@"d2009d00-6000-1000-8000-XXXX"];
// `nil` 代表发现所有服务。
[peripheral discoverServices:@[seriveUUID]];
}
连接成功该周边设备之后，再发现需要使用该设备的具体服务。
接下来就是响应 CBPeripheralDelegate 代理方法了。
成功发现周边设备的某个服务之后响应方法：
// 发现服务
- (void)peripheral:(CBPeripheral *)peripheral didDiscoverServices:(nullable NSError *)error {
NSArray *services = peripheral.services;
if (services) {
CBService *service = services[0];
CBUUID *writeUUID = [CBUUID UUIDWithString: TRANSFER_SERVICE_UUID];
CBUUID *notifyUUID = [CBUUID UUIDWithString: TRANSFER_SERVICE_UUID];
[peripheral discoverCharacteristics:@[writeUUID, notifyUUID] forService:service]; // 发现服务
}
}
发现服务（CBService）之后，还需要发现该服务下的特征（Characteristic）。这里通常会有两中特征：写特征和通知特征。
发现特征之后一定要打开通知特性，否者写入数据之后，不会收到回复数据。
// 发现特征
- (void)peripheral:(CBPeripheral *)peripheral didDiscoverCharacteristicsForService:(CBService *)service error:(nullable NSError *)error {
if (!error) {
NSArray *characteristicArray = service.characteristics;
if（characteristicArray.count > 1） {
CBCharacteristic *writeCharacteristic = characteristicArray[0];
CBCharacteristic *notifyCharacteristic = characteristicArray[1];
// 通知使能， `YES` enable notification only, `NO` disable notifications and indications
[peripheral setNotifyValue:YES forCharacteristic:notifyCharacteristic];
}
} else {
NSLog(@"Discover Charactertics Error : %@", error);
}
}
使用 writeCharactersitc 写入数据：
[peripheral writeValue:writeData.copy forCharacteristic:writeCharactersitc type:CBCharacteristicWriteWithResponse];
写入数据之后，在需要回复的前提下会回调如下两个代理方法：
// 写入成功
- (void)peripheral:(CBPeripheral *)peripheral didWriteValueForCharacteristic:(CBCharacteristic *)characteristic error:(nullable NSError *)error {
if (!error) {
NSLog(@"Write Success");
} else {
NSLog(@"WriteVale Error = %@", error);
}
}
// 写入成功后的应答
- (void)peripheral:(CBPeripheral *)peripheral didUpdateValueForCharacteristic:(CBCharacteristic *)characteristic error:(NSError *)error {
if (error) {
NSLog(@"update value error: %@", error);
} else {
NSData *responseData = characteristic.value;
}
}
至此，一次完整的蓝牙通信就完成了。
蓝牙数据包的载荷比较小，在应答的过程中，经常需要进行拆包、组合。包的第一个字节代表包的序列号。
