iOS MFi外设配套App音频通讯实现小结

最近在做一款外设，搭配一款App，App中实现很多功能，集成了一套语音识别SDK，通过外设给App传输音频，通过SDK解析出具体的指令，去执行App中相关的功能。整体功能是这样，在iOS系统中，以上功能中有几个难点，很难解决或者是无法解决，只能避开。笼统的分以下几个点：

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1).App在后台，外设能否拉起App

2).App被拉起之后，能否进行执行语音指令

3).App在后台，能否接收音频流，执行语音指令

上面这个问题是整个流程中最头疼的问题

1.首先要定义外设的形态，这里的外设可以是耳机，稍微变形一下可以是车载，录音笔，音响等。这里的外设就用耳机来代表。外设传输音频到App，无线场景下大部分都是采用蓝牙，蓝牙又分MFI认证的蓝牙设备和ble设备。

首先要说的是MFi认证的蓝牙设备，这类设备使用iAP协议同iPhone, iPad and iPod进行数据交互，传输性能好，稳定，但是成本比较大，设备需要苹果的官方检测很麻烦。当时查了一些资料，MFi认证的设备似乎是能解决上面说的几个问题。如图1所示，MFi认证的设备跟App商定好协议之后就能通过语音拉起App，但是这里有个坑，那段话我找不到了，意思是如果是usb模式的外设是可以直接拉起App，但是如果非usb模式的，拉起之前会出一个弹框，看图1 我们都以为这个alert是可选的，其实并不是，在某些模式下，必须是带alert的，如果拉起App需要Alert，让用户去确认，那也就没必要通过语音唤醒了，直接点击App好了，所以这条路基本就不考虑了。

但是外设是可以拉起Siri的，这个是固件需要支持的。这又为App打开了一条路，外设可以通过Siri打开App，这条路可行。但是Siri Shortcuts是iOS12之后才支持的。考虑低版本暂时没有想到好的解决方案。

苹果针对iap设备有一个background mode， 如图2 中的External accessory communication。设置了这个mode之后，在用户不主动杀死App，或者是系统不因为内存占用太高而杀死App，App理论上会一直在后台“活着”的，针对这个“活着”又是另一个话题了，这里的活着是假活的，也就是只能接收到来自外设传输的信息，所有其他的网络请求啥的都会被系统停止，在我的另一篇文章 iOS 后台机制探索 中讲到了这个，所以在后台这个模式只是给我们提供了一个入口，而且在接收到外设信息之后，系统只有10几秒的时候给App进行处理，具体多少秒，我没有实测，我在接收到消息之后，重连App中的socket连接进行数据发送这些操作都是能正常完成的。

所以总结以下，在通过MFi认证，使用iap进行数据交互的设备在我们这边的产品来看，能拉起App，但是拉起会出一个alert弹框 让用户确认，所以无法做到无用户参与的拉起App，如果想要通过外设去执行系统级别的操作，可以让外设接入Siri，可以通过Siri去打电话，接电话，查询天气等，同时在iOS12的系统上可以通过Siri打开应用。自家的App在设置了External accessory communication的background mode之后，能一定程度上保证App不被杀死，但是异常情况不可控，如果是iOS12 以上的系统可以通过Siri打开，但是iOS12以下的系统还是需要手动点击，先把App拉活了之后 再通过语音进行指令控制。但是就算设置了background mode之后，App也只能接收到来自iap的数据，无法完全保证所有的socket连接都不断，在每次接收到来自外设的数据时，还是需要本地做重连机制。

通过iap进行数据交互无论是产品定义还是功能实现都比较简单，因为苹果提供了很完整的文档，能实现啥不能实现啥都清清楚楚的展示出来了，而且iap数据传输带宽高，稳定性强，官方提供的demo直接就能用，需要App开发者要配置的东西很少，大部分的难点都在固件端，所以开发起来除了有后台的问题不好解决，其他都很愉快，但是如果是用ble进行音频传输就会有很多坑，下面一篇文章就是要说的不用iap进行这块的数据传输，改用ble的实现流程。

ios蓝牙时通过什么协议实现的

首先，你要了解你的目的是什么，一般的IOS蓝牙开发有以下三种目的：

1. IOS设备和IOS设备之间交互

好消息是：ios6.0可以把iPhone手机当从设备了，可以两台iPhone通过蓝牙通信传数据了，有点类似spp协议

坏消息是：我们需要的不是这种模式

这种模式通常用于两个使用IOS设备的土豪之间互相切磋游戏，玩个飞车什么的，需要注意的是

2. IOS设备与MFI认证设备交互

什么是MFI认证呢？意思是（Make For ipod/ipad/iphone），只有少数的硬件厂商才有苹果的MFI认证，如果你看到这，你的蓝牙设备还没设计，而且想发布在AppStore上，而且打算使用蓝牙4.0以下（4.0就不需要MFI了，福音），那你还是找个MFI认证的硬件开始做吧，我们公司已经有产品了，不可能重新设计，方案Pass了。

好消息是：如果你的蓝牙模块还没设计，打算在AppStore上发布，打算使用蓝牙4.0以下（IOS设备都兼容），那你就抓紧找MFI认证的蓝牙模块吧

坏消息是：我们不可能重新设计，所以舍弃

3. IOS设备与非IOS设备交互

这就是我们的现状了，根据这个现状，我们能分析出两种情况：

a. 我想做蓝牙4.0以下的，这样iphone4也能用了

好消息：确实可以兼容iphone4，但是由于苹果封闭，没有那个API给你调，苹果上也根本检索不到非IOS设备，所以你就需要越狱了，调用私有Api连接设备

坏消息：只有越狱的手机才能用，发布到AppStore是妄想

b. 我想做蓝牙4.0的，不全兼容也没事，我想发布在AppStore上

好消息：苹果开放了4.0的BLE通道，你可以用BLE通道通信，而且4.0设备也能检索到

坏消息：对IOS版本和IOS设备双重要求，肯定不能全兼容了

所以，根据你自己的实际情况，选择方案，现总结出以下几种方案：

1. 情景：蓝牙2.0，发布在AppStore上

答：使用MFI认证的蓝牙模块设计你的蓝牙产品

特点：不越狱就能用，IOS设备全兼容

2. 情景：蓝牙2.0，不用MFI

答：不能用苹果的Api了，使用私有Api连接设备

特点：只能越狱的手机才能用了，IOS设备全兼容

3. 情景：蓝牙4.0

答：使用BLE通道

特点：IOS设备不完全兼容，无需越狱，无需使用MFI，可发布在AppStore上

注意：一定要看你的蓝牙版本，这样才能选择方案，我们现在设备的版本是2.0，但是Boss想要发布在AppStore上，所以打算升级成4.0的，只有这么办了

iOS swift ble Bluetooth

1 前言

当前有越来越多的可穿戴设备使用了蓝牙4.0 BLE（Bluetooth Low Energy)。对于iOS开发而言，Apple之前专门推出CoreBluetooth的Framework来支持BLE的开发。对于硬件开发有了解的朋友应该知道，在之前使用低版本的蓝牙的设备，要连接到iOS设备上，需要注册MFI，拥有MFI协议才能进行相应的开发。如果大家关注我之前对LEGO EV3的研究，就可以发现，EV3是使用了蓝牙2.1，因此需要MFI协议来进行开发。

本文将一步一步讲解如何使用CoreBluetooth框架来与各种可穿戴设备进行通信，使用 小米手环 来进行基本的测试。

2 开发环境

1 Macbook Pro Mac OS X 10.10

2 Xcode 6.3.2

3 iPhone 5s v8.1

4 小米手环

3 基本流程

要开发蓝牙，需要对整个通讯过程有个基本了解。这里我摘录一些Apple官方的文档Core Bluetooth Programming Guide的图片来加以说明。这个文档其实对于开发的流程写的是非常的清楚，大家最好可以看一下。

3.1 可穿戴设备与iOS互联方式

从上面这幅图可以看到，我们的iOS设备是Central，用来接收数据和发送命令，而外设比如小米手环是Peripheral，向外传输数据和接收命令。我们要做的就是通过Central来连接Peripheral，然后实现数据的接收和控制指令的发送。在做到这一步之后，再根据具体的硬件，对接收到的数据进行parse解析。

3.2 可穿戴设备蓝牙的数据结构

这里用的是心率设备来做说明，每个外设Peripheral都有对应的服务Service，比如这里是心率Service。一个外设可以有不止一个s、Service。每个service里面可以有多个属性Characteristic，比如这里有两个Characteristic，一个是用来测量心率，一个是用来定位位置。

那么很关键的一点是每个Service，每个Characteristic都是用UUID来确定的。UUID就是每个Service或Characteristic的identifier。

大家可以在iPhone上下载LightBlue这个应用。可以在这里查看一些设备的UUID。

在实际使用中，我们都是要通过UUID来获取数据。这点非常重要。

在CoreBluetooth中，其具体的数据结构图如下：

4 Step-By-Step 上手BLE开发

4.1 Step 1 创建CBCentralManager

从名字上大家可以很清楚的知道，这个类是用来管理BLE的。我们也就是通过这个类来实现连接。

先创建一个：

@property (nonatomic,strong) CBCentralManager *centralManager;

dispatch_queue_t centralQueue = dispatch_queue_create("com.manmanlai", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);

self.centralManager = [[CBCentralManager alloc] initWithDelegate:self queue:centralQueue];

然后关键在于CBCentralManagerDelegate的使用。这个之后再讲。

4.2 Step 2 寻找CBPeripheral外设

有了CBCentralManager，接下来就是寻找CBPeripheral外设，方法很简单：

[self.centralManager scanForPeripheralsWithServices:@[] options:nil];

这里的Service就是对应的UUID，如果为空，这scan所有service。

4.3 Step 3 连接CBPeripheral

在上一步中，如果找到了设备，则CBCentralManager的delegate会调用下面的方法：

- (void)centralManager:(CBCentralManager *)central didDiscoverPeripheral:(CBPeripheral *)peripheral advertisementData:(NSDictionary *)advertisementData RSSI:(NSNumber *)RSSI

{

NSLog(@"name:%@",peripheral);

if (!peripheral || !peripheral.name || ([peripheral.name isEqualToString:@""])) {

return;

}

if (!self.peripheral || (self.peripheral.state == CBPeripheralStateDisconnected)) {

self.peripheral = peripheral;

self.peripheral.delegate = self;

NSLog(@"connect peripheral");

[self.centralManager connectPeripheral:peripheral options:nil];

}

}

我们在这里创建了一个CBPeripheral的对象，然后直接连接

CBPeripheral的对象也需要设置delegate.

4.4 Step 4 寻找Service

如果Peripheral连接成功的话，就会调用delegate的方法：

- (void)centralManager:(CBCentralManager *)central didConnectPeripheral:(CBPeripheral *)peripheral

{

if (!peripheral) {

return;

}

[self.centralManager stopScan];

NSLog(@"peripheral did connect");

[self.peripheral discoverServices:nil];

}

我们这里先停止Scan，然后让Peripheral外设寻找其Service。

4.5 Step 5 寻找Characteristic

找到Service后会调用下面的方法：

- (void)peripheral:(CBPeripheral *)peripheral didDiscoverServices:(NSError *)error

{

NSArray *services = nil;

if (peripheral != self.peripheral) {

NSLog(@"Wrong Peripheral.\n");

return ;

}

if (error != nil) {

NSLog(@"Error %@\n", error);

return ;

}

services = [peripheral services];

if (!services || ![services count]) {

NSLog(@"No Services");

return ;

}

for (CBService *service in services) {

NSLog(@"service:%@",service.UUID);

[peripheral discoverCharacteristics:nil forService:service];

}

}

我们根据找到的service寻找其对应的Characteristic。

4.6 Step 6 找到Characteristic后读取数据

找到Characteristic后会调用下面的delegate方法：

- (void)peripheral:(CBPeripheral *)peripheral didDiscoverCharacteristicsForService:(CBService *)service error:(NSError *)error

{

NSLog(@"characteristics:%@",[service characteristics]);

NSArray *characteristics = [service characteristics];

if (peripheral != self.peripheral) {

NSLog(@"Wrong Peripheral.\n");

return ;

}

if (error != nil) {

NSLog(@"Error %@\n", error);

return ;

}

self.characteristic = [characteristics firstObject];

//[self.peripheral readValueForCharacteristic:self.characteristic];

[self.peripheral setNotifyValue:YES forCharacteristic:self.characteristic];

这里我们可以使用readValueForCharacteristic:来读取数据。如果数据是不断更新的，则可以使用setNotifyValue:forCharacteristic:来实现只要有新数据，就获取。

4.7 Step 7 处理数据

读到数据后会调用delegate方法：

- (void)peripheral:(CBPeripheral *)peripheral didUpdateValueForCharacteristic:(CBCharacteristic *)characteristic error:(NSError *)error

{

NSData *data = characteristic.value;

// Parse data ...

}

4.8 Step 8 向设备写数据

这个很简单，只要使用：

[self.peripheral writeValue:data forCharacteristic:self.characteristic type:CBCharacteristicWriteWithResponse];

data是NSData类型。

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