低功耗蓝牙ble开发（三）——bluez5接口及glib相关函数开发说明

在 D-Bus 编程中，代理对象（proxy object）是一个方便的抽象，用于简化与远程 D-Bus 服务的交互。代理对象代表远程 D-Bus 服务的某个对象，使得你可以像调用本地对象的方法一样调用远程对象的方法、获取属性以及监听信号。虽然使用代理对象并不是必须的，但它极大地简化了 D-Bus 编程，特别是对于复杂的 D-Bus 接口。

代理对象的作用

  1. 方法调用简化： 代理对象提供了调用远程方法的简单接口，你可以直接调用代理对象的方法，而不需要手动构建和解析 D-Bus 消息。
  2. 属性访问简化： 代理对象允许你直接访问远程对象的属性，而不需要手动处理 D-Bus 的 Get 和 Set 请求。
  3. 信号处理简化： 代理对象可以自动处理从远程对象发出的信号，简化信号监听和处理过程。
  4. 错误处理： 代理对象提供一致的错误处理机制，使得处理 D-Bus 方法调用和属性访问中的错误更加方便。

6、bluez提供的基于dbus的api

BlueZ 是 Linux 下的官方蓝牙协议栈，提供了丰富的 D-Bus 接口来管理蓝牙设备。BlueZ 中的主要接口和方法涉及设备发现、配对、连接以及管理 GATT 服务和特征。以下是 BlueZ 中的关键接口、方法及其之间的关系的详细说明。

（1）主要接口
  1. org.bluez.Adapter1
    • 描述：表示蓝牙适配器，负责设备发现和管理。
    • 常用方法：
      • StartDiscovery：开始扫描周围的蓝牙设备。
      • StopDiscovery：停止扫描。
      • RemoveDevice：移除已配对的设备。
    • 常用属性：
      • Address：适配器的地址。
      • Name：适配器的名称。
      • Powered：适配器的电源状态。
  2. org.bluez.Device1
    • 描述：表示蓝牙设备，可以配对和连接。
    • 常用方法：
      • Connect：连接到设备。
      • Disconnect：断开连接。
      • Pair：配对设备。
      • CancelPairing：取消配对过程。
    • 常用属性：
      • Address：设备的地址。
      • Name：设备的名称。
      • Paired：配对状态。
      • Connected：连接状态。
  3. org.bluez.GattService1
    • 描述：表示 GATT 服务。
    • 常用属性：
      • UUID：服务的 UUID。
      • Primary：是否为主服务。
      • Device：所属设备。
  4. org.bluez.GattCharacteristic1
    • 描述：表示 GATT 特征。
    • 常用方法：
      • ReadValue：读取特征值。
      • WriteValue：写入特征值。
      • StartNotify：开始通知。
      • StopNotify：停止通知。
    • 常用属性：
      • UUID：特征的 UUID。
      • Service：所属服务。
      • Value：当前特征值。
  5. org.bluez.GattDescriptor1
    • 描述：表示 GATT 描述符。
    • 常用方法：
      • ReadValue：读取描述符值。
      • WriteValue：写入描述符值。
    • 常用属性：
      • UUID：描述符的 UUID。
      • Characteristic：所属特征。
      • Value：当前描述符值。
  6. org.freedesktop.DBus.ObjectManager
    • 描述：用于管理和监控 D-Bus 对象，通常用于获取所有对象及其接口和属性。
    • 常用方法：
      • GetManagedObjects：获取所有受管理的对象及其接口和属性。
    • 常用信号：
      • InterfacesAdded：当新对象添加时发出信号。
      • InterfacesRemoved：当对象接口移除时发出信号。
（2）方法之间的关系和流程

以下是使用 BlueZ 进行 BLE 设备发现、连接和操作的常见流程：

  1. 启动设备发现
    • 调用 org.bluez.Adapter1.StartDiscovery 开始扫描设备。
    • 订阅 org.freedesktop.DBus.ObjectManager.InterfacesAdded 信号，获取新发现的设备。
  2. 配对设备
    • 在 InterfacesAdded 信号回调中，检查是否是目标设备。
    • 调用 org.bluez.Device1.Pair 进行配对。
  3. 连接设备
    • 配对成功后，调用 org.bluez.Device1.Connect 连接到设备。
  4. 发现服务和特征
    • 连接成功后，调用 org.freedesktop.DBus.ObjectManager.GetManagedObjects 获取设备的所有服务和特征。
    • 遍历返回的对象，找到 org.bluez.GattService1 和 org.bluez.GattCharacteristic1。
  5. 操作特征
    • 使用 org.bluez.GattCharacteristic1.ReadValue 读取特征值。
    • 使用 org.bluez.GattCharacteristic1.WriteValue 写入特征值。
    • 使用 org.bluez.GattCharacteristic1.StartNotify 订阅通知。

7、main_loop和dbus

“main_loop” 和 “dbus” 是两个在 Linux 环境下开发桌面应用和系统服务时经常会遇到的概念。

（1）Main Loop (主循环)

主循环是事件驱动编程的核心概念，广泛应用于图形用户界面（GUI）和其他需要持续处理事件的应用中。它的主要作用是不断地检查和处理事件，如用户输入、网络数据、定时器等。

在一个典型的主循环中，应用程序会做以下工作：

  1. 检查是否有任何事件发生（如鼠标点击、键盘输入）。
  2. 处理这些事件并执行相应的回调函数。
  3. 如果没有事件发生，则应用程序通常会等待（通常是阻塞操作），直到有事件需要处理。

在 Linux 环境下，许多 GUI 库如 GTK 和 Qt 都实现了自己的主循环。例如，GTK 使用 GMainLoop 进行事件处理。

（2）D-Bus (Desktop Bus)

D-Bus 是一个消息总线系统，用于在同一台机器上运行的多个程序之间进行通信。它的设计初衷是提供一个简单的方式，允许应用程序相互通信并协调工作。

D-Bus 有两个主要的总线：

  1. 系统总线：用于系统服务与应用程序之间的通信，例如网络管理器、音量控制等系统服务。
  2. 会话总线：用于同一用户会话中的应用程序之间的通信，例如桌面环境的组件。

D-Bus 的通信模型基于消息传递，包括方法调用、信号和属性。应用程序可以通过 D-Bus 接口来调用其他应用程序的方法、接收信号或查询/设置属性。

（3）Main Loop 和 D-Bus 的结合

在实际开发中，D-Bus 通常需要集成到应用程序的主循环中，以便处理来自 D-Bus 的消息。这种集成通常通过库来实现，例如：

  • GLib（用于 GTK 应用）：GLib 提供了对 D-Bus 的支持，可以将 D-Bus 消息处理集成到 GMainLoop 中。
  • QtDBus（用于 Qt 应用）：QtDBus 提供了对 D-Bus 的支持，可以将 D-Bus 消息处理集成到 Qt 的事件循环中。

例如，在一个使用 GLib 的应用程序中，您可以这样使用 D-Bus：

#include <glib.h>
#include <gio/gio.h>

int main(int argc, char *argv[]) {
    GMainLoop *loop = g_main_loop_new(NULL, FALSE);
    GDBusConnection *connection;
    GError *error = NULL;

    connection = g_bus_get_sync(G_BUS_TYPE_SESSION, NULL, &error);
    if (error != NULL) {
        g_printerr("Error connecting to D-Bus: %s\n", error->message);
        g_error_free(error);
        return 1;
    }

    // 设置 D-Bus 信号处理等

    g_main_loop_run(loop);

    // 清理资源
    g_main_loop_unref(loop);
    g_object_unref(connection);

    return 0;
}

在这个示例中，g_main_loop_run 会启动主循环，g_bus_get_sync 用于连接到会话总线，之后可以设置 D-Bus 信号处理等操作。

总之，main loop 和 D-Bus 在 Linux 环境下的桌面应用开发中是两个非常重要的组件，前者负责事件处理循环，后者提供了进程间通信机制。通过将 D-Bus 集成到主循环中，可以让应用程序更高效地处理系统事件和进程间通信。

8、GVariant格式

GVariant 是 GLib 库中的一种数据类型，用于在 D-Bus 上表示和传输复杂的数据结构。格式字符串 (a{oa{sa{sv}}}) 描述了 GVariant 的一种复合结构，常用于表示对象树及其属性。这种格式在 BlueZ 和其他使用 D-Bus 的应用中非常常见，尤其是在实现 org.freedesktop.DBus.ObjectManager 接口时。

结构说明

  • ( ... )：表示一个元组。
  • a{ ... }：表示一个键值对的数组（字典）。
  • o：表示一个对象路径（D-Bus 中的对象路径以 / 开头的字符串）。
  • a{ ... }：嵌套的键值对数组。
  • s：表示一个字符串。
  • a{ ... }：再次嵌套的键值对数组。
  • v：表示一个变体（可以是任意类型）。

解释 (a{oa{sa{sv}}})

  • 最外层的括号 () 表示这是一个元组。
  • a{oa{sa{sv}}} 描述了元组中的一个元素，这是一个数组，每个元素是一个键值对，其中键是对象路径（o），值是另一个字典（a{sa{sv}}）。
  • a{sa{sv}} 描述了对象路径对应的值，这是一个字典，其中键是接口名称（s），值是属性字典（a{sv}）。
  • a{sv} 描述了属性字典，其中键是属性名称（s），值是属性值（v，表示变体类型）。

bluez和dbus的开发中，很多该格式的操作，glib库中提供了很多该格式的函数方法，具体情况具体分析使用。

（1）具体示例

假设我们有如下的 GVariant 数据表示一个蓝牙设备和其服务：

(
  {
    "/org/bluez/hci0/dev_XX_XX_XX_XX_XX_XX" : {  // 设备对象路径
      "org.bluez.Device1" : {  // 接口
        "Address" : <"XX:XX:XX:XX:XX:XX">,  // 属性
        "Name" : <"DeviceName">
      }
    },
    "/org/bluez/hci0/dev_XX_XX_XX_XX_XX_XX/service0001" : {  // 服务对象路径
      "org.bluez.GattService1" : {  // 接口
        "UUID" : <"00001800-0000-1000-8000-00805f9b34fb">,  // 属性
        "Primary" : <true>
      }
    }
  }
)
（2）解析示例
void parse_managed_objects(GVariant *result) {
    GVariantIter *iter;
    gchar *object_path;
    GVariant *interfaces;

    // 解析结果
    g_variant_get(result, "(a{oa{sa{sv}}})", &iter);

    // 遍历每个对象路径
    while (g_variant_iter_next(iter, "{oa{sa{sv}}}", &object_path, &interfaces)) {
        g_print("Object Path: %s\n", object_path);

        GVariantIter *iface_iter;
        gchar *interface;
        GVariant *props;

        // 解析接口
        g_variant_get(interfaces, "a{sa{sv}}", &iface_iter);
        while (g_variant_iter_next(iface_iter, "{sa{sv}}", &interface, &props)) {
            g_print("  Interface: %s\n", interface);

            GVariantIter *prop_iter;
            gchar *prop_name;
            GVariant *prop_value;

            // 解析属性
            g_variant_get(props, "a{sv}", &prop_iter);
            while (g_variant_iter_next(prop_iter, "{sv}", &prop_name, &prop_value)) {
                gchar *value_str = g_variant_print(prop_value, TRUE);
                g_print("    %s: %s\n", prop_name, value_str);
                g_free(value_str);
                g_variant_unref(prop_value);
                g_free(prop_name);
            }
            g_variant_iter_free(prop_iter);
            g_variant_unref(props);
            g_free(interface);
        }
        g_variant_iter_free(iface_iter);
        g_variant_unref(interfaces);
        g_free(object_path);
    }
    g_variant_iter_free(iter);
}

9、Dbus接口

org.freedesktop.DBus.ObjectManager 和 org.freedesktop.DBus.Properties 是两个不同的 D-Bus 接口，分别用于管理对象和处理属性。它们在 BlueZ（Linux 上的 Bluetooth 栈）以及其他基于 D-Bus 的系统中广泛使用。以下是它们的详细介绍。

（1）org.freedesktop.DBus.ObjectManager

org.freedesktop.DBus.ObjectManager 接口用于管理对象树，主要用于枚举和监视对象的生命周期变化。它有两个主要方法：

  1. GetManagedObjects

    • 描述：返回对象路径和它们对应的接口和属性。

    • 方法签名：a{oa{sa{sv}}}

    • 示例代码：

      GVariant *result = g_dbus_connection_call_sync(
    connection,
    "org.bluez",
    "/",
    "org.freedesktop.DBus.ObjectManager",
    "GetManagedObjects",
    NULL,
    G_VARIANT_TYPE("(a{oa{sa{sv}}})"),
    G_DBUS_CALL_FLAGS_NONE,
    -1,
    NULL,
    &error
);

if (error != NULL) {
    g_printerr("Error getting managed objects: %s\n", error->message);
    g_error_free(error);
    return;
}

信号

  1. InterfacesAdded
    • 描述：在新对象添加到对象树时发出信号。
    • 信号签名：(oa{sa{sv}})
  2. InterfacesRemoved
    • 描述：在对象从对象树中移除时发出信号。
    • 信号签名：(oas)
（2）org.freedesktop.DBus.Properties

org.freedesktop.DBus.Properties 接口用于获取和设置对象属性，并监听属性变化。它有几个主要方法和一个信号：

方法

  1. Get

    • 描述：获取对象的特定属性值。

    • 方法签名：(ss) -> (v)

    • 示例代码：

      GVariant *result = g_dbus_connection_call_sync(
    connection,
    "org.bluez",
    object_path,
    "org.freedesktop.DBus.Properties",
    "Get",
    g_variant_new("(ss)", interface_name, property_name),
    G_VARIANT_TYPE("(v)"),
    G_DBUS_CALL_FLAGS_NONE,
    -1,
    NULL,
    &error
);

if (error != NULL) {
    g_printerr("Error getting property: %s\n", error->message);
    g_error_free(error);
    return;
}

GVariant *property_value = g_variant_get_child_value(result, 0);
// 处理属性值
g_variant_unref(property_value);
g_variant_unref(result);

  2. Set

    • 描述：设置对象的特定属性值。
    • 方法签名：(ssv) -> ()

  3. GetAll

    • 描述：获取对象的所有属性值。
    • 方法签名：(s) -> (a{sv})

信号

  1. PropertiesChanged
    • 描述：当对象的属性发生变化时发出信号。
    • 信号签名：(sa{sv}as)
（3）信号签名

上述中的信号签名可以理解为调用方法的输入参数类型（箭头后面的表示输出参数类型）

(ss) -> (v) 是 D-Bus 方法调用的签名格式，描述了方法的输入参数和返回值类型。这种签名在 org.freedesktop.DBus.Properties 接口的 Get 方法中非常常见。

签名解释

  • (ss)：表示方法的输入参数是两个字符串。
  • ->：表示从输入参数到返回值的转换。
  • (v)：表示方法的返回值是一个变体类型。

具体来说，这个签名表示一个方法，它接收两个字符串参数并返回一个变体。

org.freedesktop.DBus.Properties.Get 方法

这个签名用于 org.freedesktop.DBus.Properties 接口中的 Get 方法，该方法用于获取某个对象属性的值。

  • 方法名称：Get
  • 输入参数：
    • s：接口名称
    • s：属性名称
  • 返回值：
    • v：属性值

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