MCP (Model Context Protocol) 交互流程esp32
# MCP (Model Context Protocol) 交互流程
NOTICE: AI 辅助生成, 在实现后台服务时, 请参照代码确认细节!!
本项目中的 MCP 协议用于后台 API（MCP 客户端）与 ESP32 设备（MCP 服务器）之间的通信，以便后台能够发现和调用设备提供的功能（工具）。
## 协议格式
根据代码 (`main/protocols/protocol.cc`, `main/mcp_server.cc`)，MCP 消息是封装在基础通信协议（如 WebSocket 或 MQTT）的消息体中的。其内部结构遵循 [JSON-RPC 2.0](https://www.jsonrpc.org/specification) 规范。
整体消息结构示例：
```json
{
"session_id": "...", // 会话 ID
"type": "mcp", // 消息类型，固定为 "mcp"
"payload": { // JSON-RPC 2.0 负载
"jsonrpc": "2.0",
"method": "...", // 方法名 (如 "initialize", "tools/list", "tools/call")
"params": { ... }, // 方法参数 (对于 request)
"id": ..., // 请求 ID (对于 request 和 response)
"result": { ... }, // 方法执行结果 (对于 success response)
"error": { ... } // 错误信息 (对于 error response)
}
}
```
其中，`payload` 部分是标准的 JSON-RPC 2.0 消息：
- `jsonrpc`: 固定的字符串 "2.0"。
- `method`: 要调用的方法名称 (对于 Request)。
- `params`: 方法的参数，一个结构化值，通常为对象 (对于 Request)。
- `id`: 请求的标识符，客户端发送请求时提供，服务器响应时原样返回。用于匹配请求和响应。
- `result`: 方法成功执行时的结果 (对于 Success Response)。
- `error`: 方法执行失败时的错误信息 (对于 Error Response)。
## 交互流程及发送时机
MCP 的交互主要围绕客户端（后台 API）发现和调用设备上的“工具”（Tool）进行。
1. **连接建立与能力通告**
- **时机：** 设备启动并成功连接到后台 API 后。
- **发送方：** 设备。
- **消息：** 设备发送基础协议的 "hello" 消息给后台 API，消息中包含设备支持的能力列表，例如通过支持 MCP 协议 (`"mcp": true`)。
- **示例 (非 MCP 负载，而是基础协议消息):**
```json
{
"type": "hello",
"version": ...,
"features": {
"mcp": true,
...
},
"transport": "websocket", // 或 "mqtt"
"audio_params": { ... },
"session_id": "..." // 设备收到服务器hello后可能设置
}
```
2. **初始化 MCP 会话**
- **时机：** 后台 API 收到设备 "hello" 消息，确认设备支持 MCP 后，通常作为 MCP 会话的第一个请求发送。
- **发送方：** 后台 API (客户端)。
- **方法：** `initialize`
- **消息 (MCP payload):**
```json
{
"jsonrpc": "2.0",
"method": "initialize",
"params": {
"capabilities": {
// 客户端能力，可选
// 摄像头视觉相关
"vision": {
"url": "...", //摄像头: 图片处理地址(必须是http地址, 不是websocket地址)
"token": "..." // url token
}
// ... 其他客户端能力
}
},
"id": 1 // 请求 ID
}
```
- **设备响应时机：** 设备收到 `initialize` 请求并处理后。
- **设备响应消息 (MCP payload):**
```json
{
"jsonrpc": "2.0",
"id": 1, // 匹配请求 ID
"result": {
"protocolVersion": "2024-11-05",
"capabilities": {
"tools": {} // 这里的 tools 似乎不列出详细信息，需要 tools/list
},
"serverInfo": {
"name": "...", // 设备名称 (BOARD_NAME)
"version": "..." // 设备固件版本
}
}
}
```
3. **发现设备工具列表**
- **时机：** 后台 API 需要获取设备当前支持的具体功能（工具）列表及其调用方式时。
- **发送方：** 后台 API (客户端)。
- **方法：** `tools/list`
- **消息 (MCP payload):**
```json
{
"jsonrpc": "2.0",
"method": "tools/list",
"params": {
"cursor": "" // 用于分页，首次请求为空字符串
},
"id": 2 // 请求 ID
}
```
- **设备响应时机：** 设备收到 `tools/list` 请求并生成工具列表后。
- **设备响应消息 (MCP payload):**
```json
{
"jsonrpc": "2.0",
"id": 2, // 匹配请求 ID
"result": {
"tools": [ // 工具对象列表
{
"name": "self.get_device_status",
"description": "...",
"inputSchema": { ... } // 参数 schema
},
{
"name": "self.audio_speaker.set_volume",
"description": "...",
"inputSchema": { ... } // 参数 schema
}
// ... 更多工具
],
"nextCursor": "..." // 如果列表很大需要分页，这里会包含下一个请求的 cursor 值
}
}
```
- **分页处理：** 如果 `nextCursor` 字段非空，客户端需要再次发送 `tools/list` 请求，并在 `params` 中带上这个 `cursor` 值以获取下一页工具。
4. **调用设备工具**
- **时机：** 后台 API 需要执行设备上的某个具体功能时。
- **发送方：** 后台 API (客户端)。
- **方法：** `tools/call`
- **消息 (MCP payload):**
```json
{
"jsonrpc": "2.0",
"method": "tools/call",
"params": {
"name": "self.audio_speaker.set_volume", // 要调用的工具名称
"arguments": {
// 工具参数，对象格式
"volume": 50 // 参数名及其值
}
},
"id": 3 // 请求 ID
}
```
- **设备响应时机：** 设备收到 `tools/call` 请求，执行相应的工具函数后。
- **设备成功响应消息 (MCP payload):**
```json
{
"jsonrpc": "2.0",
"id": 3, // 匹配请求 ID
"result": {
"content": [
// 工具执行结果内容
{ "type": "text", "text": "true" } // 示例：set_volume 返回 bool
],
"isError": false // 表示成功
}
}
```
- **设备失败响应消息 (MCP payload):**
```json
{
"jsonrpc": "2.0",
"id": 3, // 匹配请求 ID
"error": {
"code": -32601, // JSON-RPC 错误码，例如 Method not found (-32601)
"message": "Unknown tool: self.non_existent_tool" // 错误描述
}
}
```
5. **设备主动发送消息 (Notifications)**
- **时机：** 设备内部发生需要通知后台 API 的事件时（例如，状态变化，虽然代码示例中没有明确的工具发送此类消息，但 `Application::SendMcpMessage` 的存在暗示了设备可能主动发送 MCP 消息）。
- **发送方：** 设备 (服务器)。
- **方法：** 可能是以 `notifications/` 开头的方法名，或者其他自定义方法。
- **消息 (MCP payload):** 遵循 JSON-RPC Notification 格式，没有 `id` 字段。
```json
{
"jsonrpc": "2.0",
"method": "notifications/state_changed", // 示例方法名
"params": {
"newState": "idle",
"oldState": "connecting"
}
// 没有 id 字段
}
```
- **后台 API 处理：** 接收到 Notification 后，后台 API 进行相应的处理，但不回复。
## 交互图
下面是一个简化的交互序列图，展示了主要的 MCP 消息流程：
```mermaid
sequenceDiagram
participant Device as ESP32 Device
participant BackendAPI as 后台 API (Client)
Note over Device, BackendAPI: 建立 WebSocket / MQTT 连接
Device->>BackendAPI: Hello Message (包含 "mcp": true)
BackendAPI->>Device: MCP Initialize Request
Note over BackendAPI: method: initialize
Note over BackendAPI: params: { capabilities: ... }
Device->>BackendAPI: MCP Initialize Response
Note over Device: result: { protocolVersion: ..., serverInfo: ... }
BackendAPI->>Device: MCP Get Tools List Request
Note over BackendAPI: method: tools/list
Note over BackendAPI: params: { cursor: "" }
Device->>BackendAPI: MCP Get Tools List Response
Note over Device: result: { tools: [...], nextCursor: ... }
loop Optional Pagination
BackendAPI->>Device: MCP Get Tools List Request
Note over BackendAPI: method: tools/list
Note over BackendAPI: params: { cursor: "..." }
Device->>BackendAPI: MCP Get Tools List Response
Note over Device: result: { tools: [...], nextCursor: "" }
end
BackendAPI->>Device: MCP Call Tool Request
Note over BackendAPI: method: tools/call
Note over BackendAPI: params: { name: "...", arguments: { ... } }
alt Tool Call Successful
Device->>BackendAPI: MCP Tool Call Success Response
Note over Device: result: { content: [...], isError: false }
else Tool Call Failed
Device->>BackendAPI: MCP Tool Call Error Response
Note over Device: error: { code: ..., message: ... }
end
opt Device Notification
Device->>BackendAPI: MCP Notification
Note over Device: method: notifications/...
Note over Device: params: { ... }
end
```
这份文档概述了该项目中 MCP 协议的主要交互流程。具体的参数细节和工具功能需要参考 `main/mcp_server.cc` 中 `McpServer::AddCommonTools` 以及各个工具的实现。
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