GATT及其服务、特性和属性详解

声明：本文参考自 原文章。

1. 角色

除了GAP（通用访问配置文件）定义的角色外，BLE还定义了两个与GAP角色独立的角色：GATT服务器和GATT客户端。提供数据的设备被称为GATT服务器，而访问GATT服务器并获取数据的设备则被称为GATT客户端。值得注意的是，一个设备可以同时担任服务器和客户端的角色。

2. GATT层

GATT层负责传输实际数据。GATT服务器通过一个称为属性表的表格来组织数据，这些数据用于实际传输。

2.1 属性

属性包含句柄、UUID（类型）和值。句柄是属性在GATT表中的唯一标识符，每个属性的句柄在设备中都是唯一的。UUID提供了属性表中数据类型的信息，是理解属性表中每个字节意义的关键。一个GATT表中可能包含多个属性，这些属性可能具有相同的UUID。

2.2 特性

特性至少包含两个属性：一个用于声明，一个用于存储特性的值。所有通过GATT服务传输的数据都必须映射为一系列特性。可以将特性中的数据视为一个个捆绑的数据点，每个特性都是一个独立且自包含的数据单元。例如，如果多块数据总是同时变化，可以将它们组合在一个特性中。

2.3 描述符

特性中的属性要么是属性值，要么是描述符。描述符是一个额外的属性，用于提供关于特性的更多信息，通常提供人类可读的特性描述。特别值得一提的是客户端特性配置描述符（Client Characteristic Configuration Descriptor，CCCD），它用于支持通知或指示功能的特性。在CCCD中写入“1”启用通知功能，写入“2”启用指示功能，写入“0”则同时禁用通知和指示功能。

2.4 服务

服务包含一个或多个相关联的特性。GATT服务通常包含具有相关功能的多个特性，如特定传感器的读取和设置、人机接口的输入输出等。将相关特性组织到服务中不仅实用而且高效，有助于明确逻辑和用户数据的边界，并促进不同应用程序间的代码重用。GATT的设计遵循蓝牙技术联盟（SIG）的规范，SIG建议根据其规范设计自定义的profile。

2.5 Profile（数据配置文件）

一个profile文件可以包含一个或多个服务，其中包含所需服务的信息或对等设备交互的配置信息。设备的GAP和GATT角色可能在数据交换过程中发生变化，因此，profile文件应包含广播类型、连接间隔、安全等级等信息。需要注意的是，一个profile中的属性表不能包含另一个属性表。

2.6 标准和自定义服务及特性

蓝牙技术联盟（SIG）已定义了一些profile、服务、特性和GATT层的属性。然而，协议栈中只实现了一部分BLE服务，这意味着只要协议栈支持GATT，就可以为特定应用创建所需的profile和服务。因此，在一个应用中可以支持profile和服务，从而可以创建自定义服务。

2.7 UUID

GATT层中定义的所有属性都有一个UUID值，UUID是一个全球唯一的128位号码，用于识别不同的特性。

2.7.1 蓝牙技术联盟 UUID

蓝牙核心规范定义了两种UUID：基本UUID和16位UUID。所有蓝牙技术联盟定义的UUID共用一个基本UUID：0x0000xxxx-0000-1000-8000-00805F9B34FB。每个蓝牙技术联盟定义的属性都有一个唯一的16位UUID，用于替代基本UUID的‘x’部分。例如，心率测量特性使用0x2A37作为16位UUID，其完整的128位UUID为：0x00002A37-0000-1000-8000-00805F9B34FB。虽然蓝牙技术联盟使用相同的基本UUID，但16位UUID足以唯一识别各种属性。蓝牙技术联盟定义的UUID不能用于任何自定义属性、服务和特性，自定义属性必须使用完整的128位UUID。

2.7.2 供应商特定的UUID

SoftDevice 以类似蓝牙技术联盟定义UUID的方式定义UUID：首先增加一个特定的基本UUID，然后定义一个16位的UUID（类似于别名），再加载在基本UUID之上。这种方式使得应用更加简单，尤其是在同一服务中。使用nRFgo Studio可以轻松生成一个新的基本UUID。例如，在LED BUTTON示例中，采用0x0000xxxx-1212-EFDE-1523-785FEABCD123作为基本UUID。蓝牙核心规范没有规定如何分配16位UUID，因此可以根据需要自由分配。例如，在LED BUTTON示例中，0x1523作为服务的UUID，0x1524作为LED特性的UUID，0x1525作为按键状态特性的UUID。

2.8 空中操作和性质

大部分的空中操作事件都是通过句柄进行的，因为句柄能够唯一识别各个属性。特性的性质决定了如何使用特性，包括：

1）写

2）无响应写

3）读

4）通知

5）指示

2.8.1 写和无响应写

写和无响应写允许GATT客户端向GATT服务器的特性中写入值。两者的区别在于无响应写事件没有应用层的确认或回应。

2.8.2 读

读性质表明GATT客户端可以读取GATT服务器中特性的值。

2.8.3 通知和指示

通知和指示性质允许GATT服务器在其特性发生变化时通知GATT客户端。两者的区别在于指示有应用层的确认，而通知没有。