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openharmony之分布式蓝牙实现多功能场景设备协同实战

news 2025/10/19 6:38:25

一、核心概念与异构架构

在开发之前，必须理解OpenHarmony实现分布式体脂仪所依赖的技术基石，特别是其异构系统架构。OpenHarmony并非单一系统，而是根据设备资源分为不同类型，它们在分布式场景中扮演不同角色。

系统类型与角色划分：
- 轻量系统：体脂仪本身。面向MCU（如Arm Cortex-M系列）级处理器，内存通常在128KB到128MB之间，内核为LiteOS-M。这类系统资源极其有限，无法运行复杂的图形界面和应用，主要任务是驱动传感器、通过蓝牙低功耗（BLE）广播数据，并执行简单的控制逻辑。
- 小型系统：可作为智能网关或功能增强型设备。面向应用处理器（如Arm Cortex-A系列），内存通常大于128MB，内核为LiteOS-A或Linux。它比轻量系统功能更强，支持更丰富的驱动和协议，但资源仍少于标准系统。在某些复杂场景下，体脂仪数据可以先汇聚到小型系统设备（如一个带屏幕的健康网关）进行初步处理。
- 标准系统：手机、平板等用户交互设备。内存通常大于128MB，内核为Linux。这是应用开发的主要平台，负责运行复杂的UI、处理业务逻辑、存储数据，并通过分布式软总线与其他设备协同。
分布式技术栈：
- 分布式软总线：为设备间的发现、连接和通信提供统一的分布式通信能力，是所有分布式功能的基础。
- 蓝牙低功耗 (BLE)：体脂仪与手机/网关之间的近距离无线通信协议，负责传输测量数据和控制指令，功耗极低，适合电池供电设备。
- 分布式设备管理：提供设备发现、认证、绑定和状态监听的能力，是建立设备间可信关系的前提。
- 分布式数据管理：确保体脂数据在用户的多个设备（如手机、平板、手表）间自动同步，实现数据的一致性。
整体架构流程：
（1）体脂仪（轻量系统）：上电后初始化传感器和BLE堆栈，作为GATT Server广播一个自定义的BLE服务。
（2）手机（标准系统）：通过分布式设备管理发现并认证体脂仪（或通过BLE扫描直接发现）。认证后，建立可信关系。
（3）手机（标准系统）：作为GATT Client，连接体脂仪的BLE服务，并写入“开始测量”指令到指定的特征值。
（4）体脂仪（轻量系统）：收到指令后，驱动传感器采集数据（体重、阻抗等），通过算法计算出体脂率等参数。
（5）体脂仪（轻量系统）：将计算结果通过BLE的Notify方式，发送给已连接的手机。
（6）手机（标准系统）：接收数据，解析并显示在界面上，同时存入本地数据库。
（7）数据同步：通过分布式数据管理，这些数据可以自动同步到用户的其他OpenHarmony设备上。

二、开发环境准备

硬件要求：
- 一台标准系统设备（如润和RK3568开发板或华为手机）。
- 一台轻量系统开发板（如GD32F303系列MCU开发板），用于模拟体脂仪。
- 蓝牙调试器（可选，用于辅助调试BLE通信）。
软件工具：
- IDE：DevEco Studio 5.0.3.910或更高版本。
- SDK：
  - 标准系统：OpenHarmony Full SDK（API Version 12或更高）。分布式设备管理API是系统级接口，必须使用Full SDK才能编译通过。
  - 轻量系统：需要为轻量系统配置独立的编译环境，通常使用hb set命令选择对应开发板，编译工具链由OpenHarmony源码提供或使用原生交叉编译工具链。

三、核心开发步骤

（一）权限配置（标准系统端）

在module.json5文件中声明应用所需的权限。BLE扫描和分布式数据同步权限是必不可少的。

{"module": {"requestPermissions": [{"name": "ohos.permission.USE_BLUETOOTH","reason": "$string:grant_use_bluetooth","usedScene": {"abilities": ["MainAbility"],"when": "inuse"}},{"name": "ohos.permission.DISCOVER_BLUETOOTH","reason": "$string:grant_discovery_bluetooth","usedScene": {"abilities": ["MainAbility"],"when": "inuse"}},{"name": "ohos.permission.LOCATION","reason": "$string:grant_location","usedScene": {"abilities": ["MainAbility"],"when": "inuse"}},{"name": "ohos.permission.APPROXIMATELY_LOCATION","reason": "$string:grant_location","usedScene": {"abilities": ["MainAbility"],"when": "inuse"}},{"name": "ohos.permission.DISTRIBUTED_DATASYNC","reason": "$string:distributed_permission","usedScene": {"abilities": ["MainAbility"],"when": "inuse"}}]}
}

说明：扫描BLE设备需要获取位置权限，这是系统安全策略的要求。进行分布式设备发现和认证则需要ohos.permission.DISTRIBUTED_DATASYNC权限。

（二）异构设备发现与认证

这是实现分布式体验的第一步，让手机能够发现并信任体脂仪设备。

标准系统端（手机）：

引入设备管理模块：

import deviceManager from '@ohos.distributedHardware.deviceManager';
import { BusinessError } from '@ohos.base';

创建设备管理器实例并注册回调：

let dmInstance: deviceManager.DeviceManager | undefined = undefined;try {dmInstance = deviceManager.createDeviceManager('com.example.bodyfatscale');dmInstance.on('deviceStateChange', (data) => {console.info('deviceStateChange on:' + JSON.stringify(data));if (data.action === deviceManager.DeviceStateChangeAction.ONLINE) {// 设备上线，可以进行分布式业务}});
} catch (err) {let e: BusinessError = err as BusinessError;console.error('createDeviceManager errCode:' + e.code + ',errMessage:' + e.message);
}

发现与认证设备：

if (dmInstance) {dmInstance.startDeviceDiscovery({'discoverTargetType': 0});// ... 在discoverSuccess回调中找到目标设备 ...let targetDeviceId = '...'; // 目标设备的deviceIddmInstance.authenticateDevice(targetDeviceId, {'targetPkgName': 'com.example.bodyfatscale'}, (err, data) => {// 认证结果处理});
}

轻量系统端（体脂仪）：
- 轻量系统通常不直接实现完整的分布式设备管理Client端。它的角色是被发现和响应认证。这通常通过BLE广播包中包含特定信息，或在标准系统发起认证后，由轻量系统的底层服务（可能需要适配）来响应。适配轻量系统时，可能需要保留原生编译系统，将OpenHarmony编译为静态库集成，以最小化改动。

（三）蓝牙低功耗 (BLE) 通信

BLE是体脂仪与手机通信的核心。

标准系统端（手机 - GATT Client）：

扫描BLE设备：

import bluetooth from '@ohos.bluetooth';bluetooth.startBluetoothDiscovery();
bluetooth.on('bluetoothDeviceFind', (data) => {// 根据广播数据中的Service UUID筛选出体脂仪if (data[0].serviceUuids.includes('0000180F-0000-1000-8000-00805F9B34FB')) { // 示例UUIDconsole.info(`Found Scale: ${JSON.stringify(data[0])}`);// 停止扫描并尝试连接bluetooth.stopBluetoothDiscovery();// ... 连接逻辑 ...}
});

连接与交互：

// 假设已获取设备ID
let deviceId = 'XX:XX:XX:XX:XX:XX';
bluetooth.createGattClientServer().then((gattClient) => {gattClient.connect(deviceId);gattClient.on('connectionStateChange', (state) => {if (state.state === bluetooth.BluetoothState.STATE_CONNECTED) {// 连接成功，发现服务gattClient.getServices(deviceId).then((services) => {// 找到自定义服务及其特征值let customService = services.find(s => s.serviceUuid === 'YOUR_CUSTOM_SERVICE_UUID');let measureCharacteristic = customService.characteristics.find(c => c.characteristicUuid === 'MEASURE_CHAR_UUID');// 订阅测量数据通知gattClient.on('characteristicChange', (charValue) => {// 解析charValue，获取体重、体脂率等数据this.parseAndDisplayData(charValue.value);});gattClient.enableNotifyValueChange(charValue, true);});}});
});

轻量系统端（体脂仪 - GATT Server）：

这部分开发通常在C/C++层面进行，使用OpenHarmony提供的BLE Host API。

定义服务与特征：

// 伪代码，展示逻辑
// 1. 定义服务UUID
Uuid serviceUuid = {0x1234, 0x5678, ...};
// 2. 定义特征UUID
Uuid measureCharUuid = {0x1234, 0x5679, ...}; // 可通知
Uuid controlCharUuid = {0x1234, 0x567A, ...}; // 可写// 3. 添加服务
GattsAddService(serviceUuid, true, true);// 4. 添加特征
GattsAddCharacteristic(serviceUuid, measureCharUuid, READ | NOTIFY, ...);
GattsAddCharacteristic(serviceUuid, controlCharUuid, READ | WRITE, ...);// 5. 开始广播
AdvStart();

响应写请求与发送通知：

// 响应写请求回调
void OnWriteRequest(Uuid charUuid, uint8_t* value, uint16_t len) {if (charUuid == controlCharUuid) {if (value[0] == 0x01) { // 假设0x01是开始测量指令StartMeasurement(); // 启动传感器测量}}
}// 测量完成后，发送通知
void SendMeasurementData(float weight, float fatRate) {uint8_t data[8];memcpy(data, &weight, 4);memcpy(data + 4, &fatRate, 4);GattsNotifyValueChange(serviceUuid, measureCharUuid, data, 8);
}

（四）健康数据处理与同步（标准系统端）

数据解析与存储：

import relationalStore from '@ohos.data.relationalStore';parseAndDisplayData(value: ArrayBuffer) {let dataView = new DataView(value);let weight = dataView.getFloat32(0, true); // 小端序let fatRate = dataView.getFloat32(4, true);console.info(`Weight: ${weight}kg, Fat Rate: ${fatRate}%`);// 更新UI// 存入本地数据库this.saveToDatabase(weight, fatRate);
}async saveToDatabase(weight: number, fatRate: number) {// ... 初始化数据库 ...let valueBucket = { 'weight': weight, 'fat_rate': fatRate, 'timestamp': Date.now() };await store.insert('body_data', valueBucket);
}

分布式数据同步：

import distributedData from '@ohos.data.distributedData';// 创建分布式数据对象
let kvManager = distributedData.createKVManager({bundleName: 'com.example.bodyfatscale',userInfo: { userId: '123', userType: 0 }
});let kvStore = await kvManager.getKVStore('bodyfat_store', {createIfMissing: true,encrypt: false,keyAlias: 'bodyfat_alias',storeType: distributedData.StoreType.DEVICE_COLLABORATION
});// 当本地数据有更新时，同步到分布式数据库
async syncToDistributedDB(weight: number, fatRate: number) {await kvStore.put(`record_${Date.now()}`, { weight, fatRate });// 数据会自动同步到其他可信设备
}

四、完整流程与注意事项

流程总结：
（1）体脂仪（轻量系统）上电，广播BLE服务。
（2）手机（标准系统）通过分布式设备管理或BLE扫描发现体脂仪，并完成认证。
（3）手机作为GATT Client连接体脂仪，并发送测量指令。
（4）体脂仪作为GATT Server接收指令，采集数据并通过Notify返回。
（5）手机接收数据，解析、显示并存入本地数据库。
（6）手机将新数据写入分布式数据库，实现多设备同步。
注意事项：
- 异构系统差异：必须清醒认识到标准系统、小型系统、轻量系统的API集合和能力差异巨大。标准系统是分布式业务的主导者，轻量系统是功能专一的执行者。
- 轻量系统适配：为轻量系统开发时，可能需要采用特殊的适配方案，如将OpenHarmony编译为静态库集成到原有RTOS项目中，以降低移植难度和工作量。
- 真机调试：分布式和BLE功能必须在真实设备上进行测试，模拟器无法完全模拟。
- 功耗优化：体脂仪作为电池设备，功耗至关重要。应在无连接时进入深度睡眠，仅在测量或通信时唤醒。
- 数据安全：健康数据属于个人敏感信息，应确保BLE通信链路安全（如使用BLE配对和加密），并对分布式存储的数据进行适当保护。