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【HarmonyOS Next】三天撸一个BLE调试精灵

一、功能介绍

BLE调试精灵APP属于工具类APP，在用户使用的过程中，负责调试BLE设备从机端，比如蓝牙耳机、低功耗设备、带有BLE的空调等设备，可以在页面中清晰看到设备的厂商，拥有扫描设备、连接设备、发送测试数据等主要的功能。当通过BLE调试精灵APP调试时，可以方便快捷的查看设备的属性。

本APP包含以下功能：

• 扫描BLE从机设备
• 区分从机设备的厂商
• 广播包解析展示
• 连接设备
• 展示服务和特征值
• 特征值的读、写、通知
• 根据MTU分包大数据发送

二、基本知识

在实现BLE调试APP之前，需要对BLE有基本的了解。

• BLE是低功耗蓝牙，用于可穿戴设备，IoT智能设备等众多物联网设备，功耗低、带宽也低。不同于经典蓝牙，经典蓝牙功耗高、带宽高。
• BLE分为主机和从机，主动连接其它设备的是主机，比如手机是主机，可穿戴设备等是从机
• 在有些平台下需要先扫描才能进行连接。
• 在纯血鸿蒙平台下，从机的MAC地址无法获取，而是被包装成了deviceId，类似于某水果平台。
• 广播中厂商信息、UUID有一定的规范，厂商可对应具体的厂家，由蓝牙技术联盟分配，UUID有比如获取电量等服务。
• 连接的过程中通常会自定义超时时间、重连次数。
• 下发数据时通常会根据MTU进行数据包的分割。
• 基本的字节操作。

三、技术解析

1. 侧边栏容器

SideBarContainer 组件是鸿蒙的内置组件，配合状态管理，可以很轻松的实现侧边栏展示与隐藏的效果。
用内置属性controlButton展示不同的按钮，用@State tabShow控制侧边栏展示与隐藏的状态，用背景颜色达到蒙版的效果。

 SideBarContainer(SideBarContainerType.Overlay) {Column() {DrawerTab();}.height('100%')Column() {MainPage({ tabShow: this.tabShow })}.onClick(() => {animateTo({duration: 500,curve: Curve.EaseOut,playMode: PlayMode.Normal,}, () => {this.tabShow = false;})}).width('100%').height('100%').backgroundColor(this.tabShow ? '#c1c2c4' : '')}.showSideBar(this.tabShow).controlButton({left: 6,top: 6,height: 40,width: 40,icons: {shown: $r("app.media.tab_change_back"),hidden: $r("app.media.tab_change"),switching: $r("app.media.tab_change")}}).onChange((value: boolean) => {this.tabShow = value;})

2. BLE扫描

startBLEScan 方法进行扫描，使用ScanFilter进行扫描过滤，使用ScanOptions可传入扫描的配置，比如用最快速的响应扫描所有的设备。
BLEDeviceFind 监听该事件接收扫描的结果回调。

      ble.on("BLEDeviceFind", this.onReceiveEvent);let scanFilter: ble.ScanFilter = {//name: scanName,};let scanOptions: ble.ScanOptions = {interval: 0,dutyMode: ble.ScanDuty.SCAN_MODE_LOW_LATENCY,matchMode: ble.MatchMode.MATCH_MODE_AGGRESSIVE}ble.startBLEScan([scanFilter], scanOptions);

当扫描到一定时间时，停止扫描。

       // 取消上一次定时器if (this.mScanTimerId != 0) {clearTimeout(this.mScanTimerId)}this.mScanTimerId = setTimeout(() => {BleLogger.debug(TAG, "setTimeout")this.stopBLEScan();if (this.mCallback) {this.mCallback.scanFinish();}}, scanTime);

扫描到结果ble.ScanResult对象，包含deviceId、广播包等数据，deviceId相当于本次扫描过程中的设备的唯一标识，可在后续的流程中用于连接；广播包一般是31个字节，在BLE5.0及以上可超出31个字节，使用拓展广播包，广播包由LTV格式构成，可以在LTV格式中解析出厂商代码，厂商代码可对应成具体厂家。

解析LTV格式：

/*** LTV格式数据*/
export class LtvInfo {length: number;tag: number;value: Uint8Array;constructor(length: number, tag: number, value: Uint8Array) {this.length = length;this.tag = tag;this.value = value;}
}export class BleBeaconUtil2 {/*** 解析 BLE 广播数据* @param advData 广播数据字节数组* @returns 解析结果的 Map，键是数据类型，值是对应的数据内容*/public static parseData(advData: Uint8Array): Array<LtvInfo> {let result: Array<LtvInfo> = []; // 存放解析后的结果let index = 0; // 用于遍历数据while (index < advData.length) {let length = advData[index]; // 获取当前数据单元的长度index++;if (length === 0) {break; // 长度为 0 时结束解析}const type = advData[index]; // 获取数据类型index++;const data = advData.slice(index, index + length - 1); // 获取实际数据index += length - 1; // 更新索引// 根据不同类型解析数据let ltvInfo: LtvInfo = BleBeaconUtil2.parseDataType(length, type, data);result.push(ltvInfo);}return result; // 返回解析后的数据}/*** 根据广播数据的类型解析具体的数据* @param type 数据类型* @param data 对应类型的数据* @param result 存放解析结果的对象*/private static parseDataType(length: number, type: number, data: Uint8Array): LtvInfo {return new LtvInfo(length, type, data);}
}

获取厂商代码，厂商代码和厂家对应信息应构成Map<number, string>数据结构，具体厂商代码在该网址下进行获取
https://bitbucket.org/bluetooth-SIG/public/raw/HEAD/assigned_numbers/company_identifiers/company_identifiers.yaml

 /*** 获取厂商代码* @returns*/public getManufacturerData(ltvArray: Array<LtvInfo>): number {let manufacturerData = new Uint8Array(2);if (ltvArray.length == 0) {return 0;}for (const ltvInfo of ltvArray) {if (ltvInfo.tag === 0xff) {if (ltvInfo.value && ltvInfo.value.length > 2) {manufacturerData[0] = ltvInfo.value[1];manufacturerData[1] = ltvInfo.value[0];return ByteUtils.byteToShortBig(manufacturerData);}}}return 0;}

3. BLE连接

GattClientDevice.connect 传入deviceId用于连接，可自定义超时逻辑。

  /*** 开始链接* @param deviceId*/private connect(deviceId: string) {this.notifyConnectStart(deviceId);this.mDevice = ble.createGattClientDevice(deviceId);this.mDevice.on('BLEConnectionStateChange', this.ConnectStateChanged.bind(this));try {this.mDevice.connect();} catch (e) {// todo 比如，蓝牙突然关闭时的错误this.notifyConnectError(BleException.ERROR_CODE_CONNECT_10001, this.mDeviceId);return;}this.cancelTimeoutRunnable();this.startTimeoutRunnable(this.mConnectTimeout);}

在核心回调中处理连接成功或失败的状态，抛给业务层。值得注意的是，并不是连接成功之后就算业务上的连接成功，还需要发现服务，如需进行数据交互，还需要启用通知->设置MTU操作，都完成之后，才是业务层面的连接成功。

4. 获取服务和特征值

BLE丛机包含多个服务，每个服务都有一个UUID，主服务下可包含多个子服务，子服务下可以包含多个特征值。

连接成功之后得到services: Array<ble.GattService>，从中循环取出服务和特征值并展示。

 List() {ForEach(this.deviceInfo.services, (item: ble.GattService) => {ListItem() {/* item view */ServiceItemView({ item: item, deviceId: this.deviceInfo.deviceId })}})}List() {ForEach(this.item.characteristics, (itemChild: ble.BLECharacteristic) => {ListItem() {Column() {Text(this.getName(itemChild.characteristicUuid)).fontSize($r('app.float.font_normal')).fontWeight(FontWeight.Bold)BlockView({ block: 2 })Text('UUID:' + itemChild.characteristicUuid).fontSize(12)BlockView({ block: 2 })Text('可操作属性')ServiceItemButtonView({ itemChild: itemChild, deviceId: this.deviceId })// 子服务-描述符if (itemChild.descriptors) {ForEach(itemChild.descriptors, (itemChildDes: ble.BLEDescriptor) => {ListItem() {Column() {Text('Descriptors').fontSize($r('app.float.font_normal')).fontWeight(FontWeight.Bold)BlockView({ block: 2 })Text('UUID:' + itemChildDes.descriptorUuid).fontSize(12)}.alignItems(HorizontalAlign.Start)}})}}.alignItems(HorizontalAlign.Start).width('100%').padding({left: 30,right: 10,top: 10,bottom: 10})}})}.divider({strokeWidth: 1,color: '#cccccc'}).backgroundColor('#eeeeee')

5. 特征值

特征值一共有五个。

• Read：可读取数据（如设备名称、电量）
• Write：可写入数据（如配置参数）
• Notify：丛机主动通知主机（无需确认）
• Indicate：丛机通知主机（需确认，比Notify多了一个确认）
• Write Without Response：写入无需回复（低延迟，如控制指令）

用最常见的数据通信举例，主机给丛机发送一个文件数据，丛机给主机回复收到。

this.mDevice是ble.GattClientDevice对象，在连接时根据createGattClientDevice获取。

首先请求设置MTU，拿到MTU之后，再对数据进行分包

private mtuChangeCallback = (mtu: number) => {BleLogger.debug(TAG, 'set mtu change:' + mtu)if (!this.mDeviceId) {this.notifyError(BleException.ERROR_CODE_CONNECT_10009, this.mDeviceId);return;}let bluetoothGatt = BleConnectionList.getInstance().get(this.mDeviceId);if (!bluetoothGatt) {this.notifyError(BleException.ERROR_CODE_CONNECT_10009, this.mDeviceId);return;}bluetoothGatt.off('BLEMtuChange', this.mtuChangeCallback);BLESdkConfig.getInstance().setBleMaxMtu(mtu);this.notifySuccess(mtu, this.mDeviceId);}

将分隔的组成一个队列，队列中每个数据的长度是MTU

let queuePacket: Queue<Uint8Array> =BleDataUtils.splitByte(requestPacket, BLESdkConfig.getInstance().getBleMaxMtu());

将数据依次取出，然后发送数据

let data: Uint8Array = this.mDataQueue.pop();
let bluetoothGatt = BleConnectionList.getInstance().get(this.mDeviceId!);
// 携带数据
this.mBleCharacteristic.characteristicValue = this.typedArrayToBuffer(data);
bluetoothGatt.writeCharacteristicValue(this.mBleCharacteristic, this.mWriteType,
this.writeCharacteristicValueCallBack.bind(this))

至此功能讲解完毕，有问题欢迎沟通。