前回は、micro:bitとRaspberry Pi 3 model B+をペアリングし、ラズパイ上のPython3からbluepyモジュールを使ってコネクトしました。そしてその様子をラズパイ上のWiresharkで観察してみました。そこで痛感したことは、Handle / UUID / Characteristic などというものを理解しないと何が何だかサッパリということであります。今回は、micro:bitの「それら」をダンプして何があるのか調べてみます。
※「ブロックを積みながら」投稿順 index はこちら
汎用アトリビュート・プロファイル(GATT)こそは、BLE通信を通じて何かデータをやり取りしたい、というときに避けて通れぬものであるようです。そこにはクライアントとサーバと「呼ばれる」役割があります。
- サーバ：実際にデータを保持する。クライアントの要求を受信し、応答を返す
- クライアント：要求をサーバに送信し、応答を得る
前回のコネクションでは、micro:bitがペリフェラル、ラズパイがセントラルという固定の役割でしたが、GATTではデータを実際に持っている側がサーバということになります。データの方向だけで決まるので役割固定ではありませぬ。あるときはサーバ、あるときはクライアント。
ここで登場した「アトリビュート」という概念は階層構造をもったデータであるようです。データを保持するGATTサーバの中には
- サービス
- 特性(characteristics)
- ディスクリプタ
という３レベルの階層構造が含まれると理解できます。micro:bitで具体例に調べると、加速度センサの「サービス」の中に、実際に加速度の値を保持する「特性」とか、測定インターバルを指定する「特性」などが含まれています。そしてディスクリプタは各特性に引っ付いていて、それぞれの特性を補完するような情報を付加する存在であるようです。アプリレベルの具体的な通信は、所望の特性からデータを読み出したり、書き込んだりすることとなります。
そこでどんな特性があるのかリストできれば、BLEを通じて行える操作の一覧が得られることになります。今回は、
- micro:bit V1.5 上に 「BLE Uartサービス」を走らせておく（アイキャッチ画像参照。１個のブロックを置くだけ）
- ラズパイ Pythonで、micro:bitをPheripheral()としてコネクトし、特性一覧を出力
してみました。ラズパイ側のPython操作については以下に bluepy モジュールのドキュメントがあるのでそこをご参照ください。
bluepy – a Bluetooth LE interface for Python
単純化すると以下のような３ステップにつきます。xxのところはBLEアドレスが入ります。
pobj = bluepy.btle.Peripheral()
pobj.connect("xx:xx:xx:xx:xx:xx", bluepy.btle.ADDR_TYPE_RANDOM)
clis = pobj.getCharacteristics()
得たリストの各要素（オブジェクト）の中に、uuidやhandleというものが含まれております。
UUID
UUIDはBluetoothの概念ではなく、ITU規定の「ユニバーサル固有識別子」だそうです。グローバルにユニークな１６バイト（１２８ビット）の値。よってこれが分かれば「それがどんなデータであるのか一意に決まる」タイプ（型）として扱って良いのだと思います。ただ、パケットの小さいBLEで１２８ビットはあんまりな長さなので標準Bluetooth UUIDというものをBluetooth SIGが決めているようです。以下のxxxxxxxxのところに16ビットもしくは32ビットの短い「標準」UUIDをはめ込んで実際の128ビットIDをつくる場合もあるそうです(実例がすぐに登場します。）
xxxxxxxx-0000-1000-8000-00805f9b34fb
先ほどでたmicro:bitの加速度センサ・サービスで具体的な３次元加速度を保持している「特性」のUUIDはBluetooth標準ではなく、フル128ビット値で以下の値でした。
E95DCA4B-251D-470A-A062-FA1922DFA9A8
このようなmicro:bitのBluetooth情報を調べるときに出発点となりそうなのは、例によって英国ランカスター大のmicro:bitのサイトです。
BBC micro:bit Bluetooth Profile
上記のドキュメントの中にリンクがありますが、micro:bit上のGATTサービスに存在する筈のUUIDについてまとめてくれているのが以下のページです。上の加速度センサのUUIDも以下のURLのページから引用させていただいたものです。
Bluetooth Developer Studio Level 3 Profile Report
Handle
さて、UUIDが分かれば実際に読み書きできるかといえばさにあらず。実際に読み書き操作をする場合にはハンドルという16ビットの値を使用します。これはユニークな識別子でトランザクションに渡って変化しない、ボンディングされたデバイスについては複数トランザクションに渡って変化しない、逆に言えば変化する場合もあり、という値です。よって、まず特性を検索し、所望のUUIDに１対1にひっついたハンドルを見つけ、それを使ってデータにアクセスするという手順を踏むのが安全そうです。
BLE Uartサービスのみを走らせてあるmicro:bit V1.5上で実際にリストできた特性のUUID、ハンドルと、ランカスター大の資料から読み取った特性を１行にまとめたものを、以下に「サービス毎」の表形式にしてみました。なお上記資料にUUIDが見当たらない特性には”—“と記しました。
Generic Access
| UUID | Handle | Properties | CHARACTERISTICS |
|---|---|---|---|
| 00002a00-0000-1000-8000-00805f9b34fb | 0003 | READ WRITE | Device Name |
| 00002a01-0000-1000-8000-00805f9b34fb | 0005 | READ | Appearance |
| 00002a04-0000-1000-8000-00805f9b34fb | 0007 | READ | Peripheral Preferred Connection Parameters |
| 00002a05-0000-1000-8000-00805f9b34fb | 000a | INDICATE | — |
上記はUUIDからして標準Bluetooth UUIDです。—のところも標準Bluetoothのドキュメントをあされば書いてあるのではないかと思われます。
DFU CONTROL SERVICE
| UUID | Handle | Properties | CHARACTERISTICS |
|---|---|---|---|
| e95d93b1-251d-470a-a062-fa1922dfa9a8 | 000e | READ WRITE | DFU Control |
| e97d3b10-251d-470a-a062-fa1922dfa9a8 | 0011 | WRITE NO RESPONSE NOTIFY | — |
DFU＝Device Firmware Updateだと思います。ノルディック社のチップのFirmwareを書き換えるためのものでしょう。無暗に触るところではないかも。
Device Information
| UUID | Handle | Properties | CHARACTERISTICS |
|---|---|---|---|
| 00002a24-0000-1000-8000-00805f9b34fb | 0015 | READ | Model Number String |
| 00002a25-0000-1000-8000-00805f9b34fb | 0017 | READ | Serial Number String |
| 00002a26-0000-1000-8000-00805f9b34fb | 0019 | READ | Firmware Revision String |
ここは、読み出し専用のデバイス情報ばかり、まずはこのあたりからアクセスしてみますか。
EVENT SERVICE
| UUID | Handle | Properties | CHARACTERISTICS |
|---|---|---|---|
| e95d9775-251d-470a-a062-fa1922dfa9a8 | 001c | READ NOTIFY | MicroBit Event |
| e95d5404-251d-470a-a062-fa1922dfa9a8 | 001f | WRITE NO RESPONSE WRITE | Client Event |
| e95d23c4-251d-470a-a062-fa1922dfa9a8 | 0021 | WRITE | Client Requirements |
| e95db84c-251d-470a-a062-fa1922dfa9a8 | 0023 | READ NOTIFY | MicroBit Requirements |
ここは「通知」をともなうイベント関係か。また後で。
UART SERVICE
| UUID | Handle | Properties | CHARACTERISTICS |
|---|---|---|---|
| 6e400002-b5a3-f393-e0a9-e50e24dcca9e | 0027 | INDICATE | TX Characteristic |
| 6e400003-b5a3-f393-e0a9-e50e24dcca9e | 002a | WRITE NO RESPONSE WRITE | RX Characteristic |
最後に登場したのが、BLE Uartサービスの特性二つ。シリアル通信はこの２つの特性を読み書きすることで行えるっと。
ようやく呪文のようだったBLE通信の中身が少しわかってきたので、次回は、簡単なところから実際に読み書きしてみたいと思います。