CN114070706A - 国产操作系统下低功耗蓝牙设备通讯的实现方法 - Google Patents

国产操作系统下低功耗蓝牙设备通讯的实现方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种国产操作系统下低功耗蓝牙设备通讯的实现方法，通过对GAP层、GATT层以及ATT层协议封装实现，其中，低功耗设备在操作系统上的连接和数据读取方法包括如下步骤：登录操作系统；运行低功耗蓝牙应用软件，通过扫描操作触发代码逻辑，接收低功耗蓝牙的广播数据，获取可接收的低功耗蓝牙设备的物理地址和名称；选择欲配对连接的具体设备；通过GATT方式查看低功耗蓝牙设备上报的数据，通过对GATT的协议进行解析，查看低功耗蓝牙设备所支持的属性；通过轮询的方式多次读取数据，实现数据的可视化显示及实时监控。本发明能够大大的提升用户对系统的整体体验感，使得用户的生活更便利，更智能化。

Description

国产操作系统下低功耗蓝牙设备通讯的实现方法
技术领域
本发明涉及操作系统程序优化技术领域，具体涉及一种国产操作系统下低功耗蓝牙设备通讯的实现方法。
背景技术
在现在已有的Linux桌面版操作系统上，只能支持经典蓝牙的连接，例如中标麒麟操作系统存在Blueman的应用软件可以使用蓝牙传输文件，蓝牙播放音乐等功能。随着蓝牙协议的更新，到蓝牙4.0版本之后，蓝牙逐渐区分为经典蓝牙和低功耗蓝牙，经典蓝牙延续蓝牙本身的音频连接、键盘连接、文件传输的功能，而低功耗蓝牙为了保证长时间运行、长距离连接、数据低延时、成本低等特性逐渐脱离经典蓝牙范畴。低功耗蓝牙应运而生的产品有心跳带、血压计、温度感应器、运动手表、智能电动牙刷等等。随着蓝牙技术的不断发展，低功耗蓝牙设备的大量兴起，在国产操作系统上，势必需要一款可连接低功耗蓝牙设备的应用软件，它能够通过低功耗蓝牙的连接方式，从而实现操作系统对其的数据监控及数据统计。例如，检测智能电动牙刷的当前电量，统计电动牙刷的使用情况，汇总运动手表统计的运动次数，跑步举例，消耗能量等。
发明内容
为解决已有技术存在的不足，本发明提供了一种国产操作系统下低功耗蓝牙设备通讯的实现方法，通过对GAP层、GATT层以及ATT层协议封装实现，其中，
低功耗设备在操作系统上的连接和数据读取方法包括如下步骤：
步骤S1：登录操作系统；
步骤S2：运行低功耗蓝牙应用软件，通过扫描操作触发代码逻辑，通过GAP层接收低功耗蓝牙的广播数据，获取可接收的低功耗蓝牙设备的物理地址和名称；
步骤S3：通过GAP层选择欲配对连接的具体设备；
步骤S4：通过GATT方式查看低功耗蓝牙设备上报的数据，通过对GATT的协议进行解析，查看低功耗蓝牙设备所支持的属性；
步骤S5：通过轮询的方式多次读取数据，实现数据的可视化显示及实时监控。
其中，低功耗设备在操作系统上的读取和消息通知通过如下步骤实现：
步骤Sa：登录操作系统；
步骤Sb：通过设置系统服务配置，使低功耗蓝牙的服务在后台进行自启动；
步骤Sc：通过GAP层，服务程序一直处于等待低功耗蓝牙设备连接的状态机上，直至低功耗蓝牙设备通过低功耗的应用进行连接；
步骤Sd：通过GAP层，服务程序等待低功耗蓝牙上报的提示和报警消息，直至低功耗蓝牙设备主动通过ATT属性中的通知属性发送通知消息；
步骤Se：在服务程序接收到低功耗蓝牙设备的ATT值为通知或报警时，调用通知结果，并根据GATT将通知结果解析为基本数据文字描述，通知给用户。
其中，所述ATT层协议封装通过如下步骤实现：
解析ATT层数据格式并实现代码封装；
通过对ATT数据格式解析的代码封装来判断当前数据类型，或通过协议标准的数据格式设计请求、命令或确认；
对属性的请求、命令、指示、确认或通知进行代码封装。
其中，所述ATT层协议的封装代码如下：enc_read_by_grp_req dec_read_by_grp_req enc_read_by_grp_resp enc_find_by_type_req enc_write_cmd dec_write_cmd。
其中，所述GATT层协议封装通过如下步骤实现：确定如何发现和使用服务、特性及描述的代码封装。
其中，所述GATT层协议的封装代码如下：gatt_discover_char gatt_read_chargatt_write_char gatt_dis cover_desc gatt_read_char_by_uuid。
其中，所述GAP层协议封装通过如下步骤实现：
初次发现设备，发现初次蓝牙设备的代码封装；
建立初次连接，对初次发现的蓝牙设备进行连接的代码封装；
重新连接，对已经连接的设备进行重新连接的代码封装；
连接状态，对蓝牙设备连接状态获取和提示的代码进行封装。
其中，所述GAP层协议的封装代码如下：bt_gatt_server_new bt_gatt_server_send_notification bt_gatt_server_send_indication bt_gatt_server_ref bt_gatt_client_new bt_gatt_client_ref bt_gatt_client_notify bt_gatt_client_set_service_changed。
本发明提供的国产操作系统下低功耗蓝牙设备通讯的实现方法，能够大大的提升用户对系统的整体体验感，使得用户的生活更便利，更智能化。
附图说明
图1：本发明的低功耗设备在操作系统上的连接和数据读取流程图。
图2：本发明的低功耗设备在操作系统上的服务和消息通知流程图。
具体实施方式
为了对本发明的技术方案及有益效果有更进一步的了解，下面结合附图详细说明本发明的技术方案及其产生的有益效果。
本发明基于已有的操作系统平台上没有对低功耗蓝牙技术进行协议栈应用上的编写代码工程，基于蓝牙的4.2协议上低功耗蓝牙部分的协议传输规则，封装了低功耗蓝牙传输信息，从而完成低功耗蓝牙的扫描、配对、连接、通知、读写的基本功能实现，完成低功耗蓝牙的ATT层协议封装、GATT层协议封装及GAP层协议封装。从而达到与低功耗蓝牙设备的数据交互和处理。
其中GAP层主要处理低功耗蓝牙设备的状态，如设备发现、建立连接、终止连接、初始化和设备配置状态机。而GATT主要对低功耗蓝牙设备的GATT服务进行解析，读取服务中的属性值，也就是ATT的具体数据(例如智能牙刷的当前电池电量值)。而ATT的具体数据即包括属性值的句柄、属性值的类型、属性值(例如数据句柄，类型为电池电量数据，值为电量百分比值)。
如果国产化平台没有上述适配代码层封装，它的裸数据将是如下，无法有效的利用里面的数据。
04 3e 26 02 01 00 00 e5 qe 40 29 eb 08 1a 02 01 05 03 ff 00
00 06 08 4d 49 20 52 43 03 02 12 18 04 0d 04 05 00 02 0a 00 c9
本发明基于对上述低功耗蓝牙协议的代码层封装，所有遵循蓝牙4.0协议之后的低功耗蓝牙设备都能够通过GAP进行设备连接，都能通过GATT进行属性值的读取和写入，这个属性值可以代表如电池电量、心率数、跑步步数、温度、湿度等数据。
本发明的具体的封装方法及封装代码如下：
一、GAP层
主要处理低功耗蓝牙设备的状态，如设备发现、建立连接、终止连接、初始化和设备配置状态机。一个具体的协议封装通过如下步骤实现：
初次发现设备，发现初次蓝牙设备的代码封装；
建立初次连接，对初次发现的蓝牙设备进行连接的代码封装；
重新连接，对已经连接的设备进行重新连接的代码封装；
连接状态，对蓝牙设备连接状态获取和提示的代码进行封装，如已连接、未连接、正在连接、正在广播、不可连接等状态。
GAP层定义了gatt的clietn和server，分别如下：bt_gatt_server_new bt_gatt_server_send_notification bt_gatt_server_send_indication bt_gatt_server_refbt_gatt_cli ent_new bt_gatt_client_ref bt_gatt_client_notify bt_gatt_cli ent_set_service_changed等等，它通过代码封装成蓝牙的server和client。
二、GATT层
主要对低功耗蓝牙设备的GATT服务进行解析，用于读取ATT中的属性值，它定义了对ATT的属性的读写和解析，具体定义如何发现和使用服务、特性及描述的代码封装，例如：
发现服务：找到所有的服务，然后通过数据解析区分哪些是主要服务，哪些是次要服务。实现找到特定服务的代码封装，实现找到所有服务的代码封装，实现找到主要服务的代码封装。
发现特性：在服务被发现后，通过ATT请求的方式，向服务器获取特性数据。实现请求所有特性的代码封装，实现请求特定服务的特性的代码封装。
使用服务：在服务被发现后，通过读取和写入相应服务的特性值，来使用服务，其中包括ATT中包含的命令、指示、确认、通知、请求。实现使用各种服务的代码封装。
描述：即ATT属性的属性值，它根据不同服务提供不同的属性值，它是对一个设备功能的描述。例如电池电量等ATT属性值等。实现对ATT属性值描述的代码封装。
分别如下：
Figure BDA0002618815360000061
Figure BDA0002618815360000071
其代码封装如下：gatt_discover_char gatt_read_char gatt_write_chargatt_discover_desc gatt_read_char_by_uuid。
三、ATT层
ATT层会实现数据读取和写入，其能够区分客户端和服务端，主要处理的是ATT的具体数据和命令(例如智能牙刷的当前电池电量值，例如这段数据是读、是写、是通知消息等，它定义了ATT的相关16进制数据的意义，也就是哪些值代表哪些意思，以及命令(OP)的意思，通过如下步骤实现：
解析ATT层数据格式并实现代码封装；如其包括属性句柄，属性参数，属性值，属性权限。
通过对ATT数据格式解析的代码封装来判断当前数据类型，或通过协议标准的数据格式设计请求、命令或确认；如下简单实例：
Figure BDA0002618815360000072
Figure BDA0002618815360000081
对属性(ATT数据格式解析后的结果)的请求、命令、指示、确认或通知进行代码封装，如下：
ATT的客户端发送请求，ATT服务端接收请求后发出响应(本发明实现客户端的发送请求代码封装，接收服务端响应的代码封装)；
ATT客户端发送命令代码封装；
ATT客户端在接收服务端指示消息后的确认消息代码封装；
ATT客户端接收服务端的通知消息代码封装。
一个具体的封装代码可如下：
Figure BDA0002618815360000082
Figure BDA0002618815360000091
其代码封装如下：enc_read_by_grp_req
dec_read_by_grp_req enc_read_by_grp_resp enc_find_by_type_req enc_write_cmd dec_write_cmd等等。
四、实现过程
本发明的国产操作系统下低功耗蓝牙设备通讯的实现方法，在一个较佳实施例中，可适用于中标麒麟系统。
图1为本发明的低功耗设备在操作系统上的连接和数据读取流程图，如图1所示，本发明对应低功耗设备在中标麒麟系统上的连接和数据读取流程如下：
1、通过正常登陆的方式进入中标麒麟操作系统。
2、通过点击的方式，运行BLE的应用软件。
3、找到BLE应用软件的扫描按钮，点击扫描，触发代码逻辑，通过GAP层接收低功耗蓝牙的广播数据，拿到室外可接收到的低功耗蓝牙设备的物理地址和名字。
GAP层在此的作用体现为广播者与观察者之间的互动：被连接的设备处于广播者的身份，它在数据包中包含体现广播者的字段，GAP层的代码判断了这个设备正在广播消息，它通过bt_gatt_client_new生成一个设备的数据，里面会体现蓝牙的物理地址和名称。而扫描设备的蓝牙处于观察者(即操作系统本身硬件蓝牙)，它和广播者相对应，它察觉所有的外围设备的广播者身份，如果是广播者，则调用bt_gatt_client_new生成一个设备数据，从而获取广播者的mac地址和名称，而身为观察者的GAP角色，它自己由bt_gatt_server_new生成，从而代表自己是观察者。
4、扫描之后，会存在一个扫描到的BLE设备的名称列表，通过选择名称列表来选择跟哪个具体设备进行配对连接。
GAP层在此的作用体现为外围设备与中央设备之间的互动：在选择被连接的设备并开始连接的时候，广播者的角色更换为外围设备，作为外围设备会发送例如bt_gatt_client_send的消息来对中央设备进行消息通知。而之前的观察者在完成设备连接的时候，更换身份为中央设备，它会接收外围设备的消息数据，从而通过GATT发送ATT消息。例如bt_gatt_server_send_notification。
5、如果扫描不到周围存在BLE设备，应用将提示周围无BLE设备的消息。
6、在选择了具体设备进行配对连接之后，可以主动的查看BLE设备上报的数据，以GATT的方式查看，它将显示该BLE设备提供什么属性，提供什么功能，唯一标识符是多少。
7、在选择配对的时候如果出现配对失败，可能由于BLE设备信号弱，或是BLE设备距离较远，导致配对失败，此时应用将提示此BLE设备信号弱。
8、在对GATT的协议的解析下，用户可以看到此BLE设备支持那些属性，例如电池电量、心跳频率检测等等，用户可以单独对其进行读取，读取电池电量信息和心跳频率信息，也可以通过写入设置，例如设置电池电量信息低于多少上报警告，心跳频率高于多少上报提示等等。
9、在对BLE设备读取数据的情况下，将该数据包含时间线的方式显示每时每刻数据值的大小。
10、使用轮询的方式，多次读取数据，将数据可视化显示和实时监控起来。
11、如果BLE设备离开了通信范围，应用将提示BLE设备断开连接。
图2为本发明的低功耗设备在操作系统上的服务和消息通知流程图，如图2所示，本发明对应低功耗设备在中标麒麟系统上的服务和消息通知的流程如下：
1、通过正常登陆的方式进入中标麒麟操作系统。
2、通过Linux系统服务配置的方式，使BLE的服务进程在后台启动。
3、通过GAP层，服务程序一直处于等待BLE设备连接的状态机上，直到BLE设备通过BLE的应用进行连接的时候，将跳往步骤4。
同于上文所描述，这里GAP层与蓝牙设备的互动角色，在连接之前为广播者和观察者，连接之后体现为外围设备和中央设备。
4、通过GAP层，服务察觉到BLE设备自动/手动连接，主动等待BLE上报的提示和报警消息，直到BLE设备主动通过ATT属性的通知属性，发送通知消息时，状态将跳至步骤5。
在此GAP作为中央设备，移植等待外围设备的消息通知，获取到外围设备的消息。
5、在BLE服务进程接收到BLE设备的ATT值为通知/报警时，BLE服务主动调用系统的通知效果，将此消息按照GATT解析成基本数据文字描述，通知给正在使用中标麒麟系统的用户。
在中标麒麟操作系统平台上，通过上述操作流程方法拿到上述数据之后，可通过图像数据化的方式，将数据记录。例如将数据以直方图、条形图或饼状图等方式展现。另一方面可通过系统通知的方式，将重要的数据通知给使用中标麒麟操作系统的用户，例如通知用户智能牙刷电量不足需要充电，当日运动量不足等基础消息。
通过本发明提供的方法，用户能够在使用国产操作系统时对自己所拥有的低功耗蓝牙智能设备进行管控，可以提升用户对国产操作系统的使用评价。同时，还可以使操作系统对各种低功耗蓝牙设备的数据进行图像可视化，以方便用户更加明朗地了解智能设备采集信息的状态，也能让用户更加便捷地操作低功耗蓝牙设备，且不错失任何一条来自用户智能设备的报警消息。
本发明中，所谓的“GATT”，全称为Generic Attribute Profile，是一种通用属性协议。
本发明中，所谓的“ATT”，全称为Attribute Protocol，是一种属性协议。
本发明中，所谓的“GAP”，全称为Generic Access Profile，是一种通用访问协议。
虽然本发明已利用上述较佳实施例进行说明，然其并非用以限定本发明的保护范围，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围之内，相对上述实施例进行各种变动与修改仍属本发明所保护的范围，因此本发明的保护范围以权利要求书所界定的为准。

Claims (8)

1.国产操作系统下低功耗蓝牙设备通讯的实现方法，其特征在于：通过对GAP层、GATT层以及ATT层协议封装实现，其中，
低功耗设备在操作系统上的连接和数据读取方法包括如下步骤：
步骤S1：登录操作系统；
步骤S2：运行低功耗蓝牙应用软件，通过扫描操作触发代码逻辑，通过GAP层接收低功耗蓝牙的广播数据，获取可接收的低功耗蓝牙设备的物理地址和名称；
步骤S3：通过GAP层选择欲配对连接的具体设备；
步骤S4：通过GATT方式查看低功耗蓝牙设备上报的数据，通过对GATT的协议进行解析，查看低功耗蓝牙设备所支持的属性；
步骤S5：通过轮询的方式多次读取数据，实现数据的可视化显示及实时监控。
2.如权利要求1所述的国产操作系统下低功耗蓝牙设备通讯的实现方法，其特征在于：
低功耗设备在操作系统上的读取和消息通知通过如下步骤实现：
步骤Sa：登录操作系统；
步骤Sb：通过设置系统服务配置，使低功耗蓝牙的服务在后台进行自启动；
步骤Sc：通过GAP层，服务程序一直处于等待低功耗蓝牙设备连接的状态机上，直至低功耗蓝牙设备通过低功耗的应用进行连接；
步骤Sd：通过GAP层，服务程序等待低功耗蓝牙上报的提示和报警消息，直至低功耗蓝牙设备主动通过ATT属性中的通知属性发送通知消息；
步骤Se：在服务程序接收到低功耗蓝牙设备的ATT值为通知或报警时，调用通知结果，并根据GATT将通知结果解析为基本数据文字描述，通知给用户。
3.如权利要求1或2所述的国产操作系统下低功耗蓝牙设备通讯的实现方法，其特征在于：所述ATT层协议封装通过如下步骤实现：
解析ATT层数据格式并实现代码封装；
通过对ATT数据格式解析的代码封装来判断当前数据类型，或通过协议标准的数据格式设计请求、命令或确认；
对属性的请求、命令、指示、确认或通知进行代码封装。
4.如权利要求3所述的国产操作系统下低功耗蓝牙设备通讯的实现方法，其特征在于：所述ATT层协议的封装代码如下：enc_read_by_grp_req dec_read_by_grp_req enc_read_by_grp_resp enc_find_by_type_req enc_write_cmd dec_write_cmd。
5.如权利要求1或2所述的国产操作系统下低功耗蓝牙设备通讯的实现方法，其特征在于：所述GATT层协议封装通过如下步骤实现：确定如何发现和使用服务、特性及描述的代码封装。
6.如权利要求5所述的国产操作系统下低功耗蓝牙设备通讯的实现方法，其特征在于：所述GATT层协议的封装代码如下：gatt_discover_char gatt_read_char gatt_write_char gatt_discover_desc gatt_read_char_by_uuid。
7.如权利要求1或2所述的国产操作系统下低功耗蓝牙设备通讯的实现方法，其特征在于：所述GAP层协议封装通过如下步骤实现：
初次发现设备，发现初次蓝牙设备的代码封装；
建立初次连接，对初次发现的蓝牙设备进行连接的代码封装；
重新连接，对已经连接的设备进行重新连接的代码封装；
连接状态，对蓝牙设备连接状态获取和提示的代码进行封装。
8.如权利要求7所述的国产操作系统下低功耗蓝牙设备通讯的实现方法，其特征在于：所述GAP层协议的封装代码如下：bt_gatt_server_new bt_gatt_server_send_notification bt_gatt_server_send_indication bt_gatt_server_ref bt_gatt_client_new bt_gatt_client_ref bt_gatt_client_notify bt_gatt_client_set_service_changed。
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