如何使用 CoreBluetooth 从 1822 PulseOximeter 的蓝牙 LE 数据中提取 SFLOAT 值

Question

我正在开发一个 iOS 应用程序，该应用程序将在 iOS 11.4 上使用 CoreBluetooth 从支持 Bluetooth LE 的设备读取脉搏血氧仪数据> 在 Swift 4.1 中。

我有 CBCentralManager 搜索外围设备，我找到了我感兴趣的 CBPeripheral，我确认它具有 0x1822 脉搏血氧仪服务，如蓝牙 SIG here 所述。 （您可能需要在 Bluetooth SIG 注册才能访问该链接。它是免费的，但需要一两天时间。）

之后，我连接到它，然后我发现服务：

func centralManager(_ central: CBCentralManager, didConnect peripheral: CBPeripheral) {
    peripheral.discoverServices(nil)
}

然后在我的 peripheral:didDiscoverServices 中发现 GATT 特征：

func peripheral(_ peripheral: CBPeripheral, didDiscoverServices error: Error?){
    for service in peripheral.services ?? [] {
        if service.uuid.uuidString == "1822" {
            peripheral.discoverCharacteristics(nil, for: service)
        }
    }
}

从中我看到以下可用特征 (CBCharacteristic.uuid)：0x2A5F、0x2A5E、0x2a60 和 0x2A52。然后我订阅 0x2A5F 的更新，即 PLX 连续测量，描述为 here:

if service.uuid.uuidString == "1822" && characteristic.uuid.uuidString == "2A5F" {
    // pulseox continuous
    print("[SUBSCRIBING TO UPDATES FOR SERVICE 1822 'PulseOx' for Characteristic 2A5F 'PLX Continuous']")
    peripheral.setNotifyValue(true, for: characteristic)    
}

然后我开始在我的 peripheral:didUpdateValueFor 方法中接收返回的 20 字节数据包：

func peripheral(_ peripheral: CBPeripheral, didUpdateValueFor characteristic: CBCharacteristic, error: Error?) {

    if characteristic.service.uuid.uuidString == "1822" && characteristic.uuid.uuidString == "2A5F" {
        if let data = characteristic.value {
            var values = [UInt8](repeating:0, count:data.count)
            data.copyBytes(to: &values, count: data.count)
        }
    }
}

从参考文档中，您可以看到第一个字节是一组位域，描述了数据包中包含哪些可选值。接下来的 2 个字节是 SpO2PR-Normal - SpO2（氧合）读数的 SFLOAT 值，接下来的 2 个字节是另一个 SFLOAT 值为了 SpO2PR-Normal - PR（脉率）值。

蓝牙 SIG 将 SFLOAT 列为 IEEE-11073 16 位 SFLOAT here。 IEEE 的 document on IEEE-11073 未公开列出，而是 available for purchase，但我宁愿避免这样做。

知道如何解码吗？我在 Stack Overflow 上发现了另一个问题，引用了普通的 32-bit Float，但该问题是针对不同类型的 Float，其答案不适用。

Answer 1

这里是：

Xcode 9.4.1 或 Xcode 10.0 beta 3

iOS 11.4.1 或 iOS 12.0 beta 3

Swift 4.1.2 或 Swift 4.2

func floatFromTwosComplementUInt16(_ value: UInt16, havingBitsInValueIncludingSign bitsInValueIncludingSign: Int) -> Float {
    // calculate a signed float from a two's complement signed value
    // represented in the lowest n ("bitsInValueIncludingSign") bits
    // of the UInt16 value
    let signMask: UInt16 = UInt16(0x1) << (bitsInValueIncludingSign - 1)
    let signMultiplier: Float = (value & signMask == 0) ? 1.0 : -1.0

    var valuePart = value
    if signMultiplier < 0 {
        // Undo two's complement if it's negative
        var valueMask = UInt16(1)
        for _ in 0 ..< bitsInValueIncludingSign - 2 {
            valueMask = valueMask << 1
            valueMask += 1
        }
        valuePart = ((~value) & valueMask) &+ 1
    }

    let floatValue = Float(valuePart) * signMultiplier

    return floatValue
}

func extractSFloat(values: [UInt8], startingIndex index: Int) -> Float {
    // IEEE-11073 16-bit SFLOAT -> Float
    let full = UInt16(values[index+1]) * 256 + UInt16(values[index])

    // Check special values defined by SFLOAT first
    if full == 0x07FF {
        return Float.nan
    } else if full == 0x800 {
        return Float.nan // This is really NRes, "Not at this Resolution"
    } else if full == 0x7FE {
        return Float.infinity
    } else if full == 0x0802 {
        return -Float.infinity // This is really negative infinity
    } else if full == 0x801 {
        return Float.nan // This is really RESERVED FOR FUTURE USE
    }

    // Get exponent (high 4 bits)
    let expo = (full & 0xF000) >> 12
    let expoFloat = floatFromTwosComplementUInt16(expo, havingBitsInValueIncludingSign: 4)

    // Get mantissa (low 12 bits)
    let mantissa = full & 0x0FFF
    let mantissaFloat = floatFromTwosComplementUInt16(mantissa, havingBitsInValueIncludingSign: 12)

    // Put it together
    let finalValue = mantissaFloat * pow(10.0, expoFloat)

    return finalValue
}

extraSFloat 方法采用 Uint8 数组和该数组的索引来指示 SFLOAT 的位置。例如，如果数组是两个字节（只是 SFLOAT 的两个字节），那么你会说：

let floatValue = extractSFloat(values: array, startingIndex: 0)

我这样做是因为在处理蓝牙数据时，我总是得到一个包含我需要解码的数据的 UInt8 值数组。

Answer 2

这就是我在 Swift 5 (XCode 12.4) 中的做法

func peripheral(_ peripheral: CBPeripheral, didUpdateValueFor characteristic: CBCharacteristic, error: Error?) {
        guard characteristic.service.uuid == CBUUID(string: "1822"),
              characteristic.uuid == CBUUID(string: "2A5F"),
              let data = characteristic.value else {
            return
        }
        
        let numberOfBytes = data.count
        var byteArray = [UInt8](repeating: 0, count: numberOfBytes)
        (data as NSData).getBytes(&byteArray, length: numberOfBytes)
        
        logger.debug("Data: \(byteArray)")
        
        let oxygenation = byteArray[1]
        let heartRate = byteArray[3]
    }

摘自我的教程"Reverse Engineering Bluetooth Devices - An Introduction to CoreBluetooth"