蓝牙：GATT，属性，特性，服务
接着上一篇。
通用属性配置文件（Generic Attribute Profile）
1.GATT简介
通用属性配置文件Generic Attribute Profile简称GATT。
GATT定义了属性类型并规定了如何使用，包括了一个数据传输和存储的框架和一些基本操作。中间包含了一些概念如特性characteristics,服务services等，在后面介绍。同时还定义了发现服务，特性和服务间的连接的处理过程，也包括读写特性值。
1.1.GATT的角色
GATT中定义了2种角色：服务器server和客户端client.
GATT的服务器是指提供数据的设备，而GATT的客户端是指通过GATT的服务器获取数据的设备。
1.2.GATT的层次
GATT服务器通过一个属性表来组织发送的数据。这里的关系大概是这样：
一个Profile中可包含一个或者多个服务；一个服务可包含一个或者多个特性（逻辑上的集合）；一个特性至少包含两个属性：一个用于声明，其他用于存储属性值。
2.属性（Attribute）
一个属性包括句柄，UUID，值。
句柄是属性在GATT表中的索引，在一个设备中每个属性的句柄是唯一的。UUID包括属性表中的数据类型信息，它是理解属性表中值的每一个字节的关键信息。GATT表中可能有多个属性拥有相同的UUID值。
属性相关的数据结构：
/**@brief 属性元数据. */
typedef struct
{
ble_gap_conn_sec_mode_t read_perm; /**< 读权限 */
ble_gap_conn_sec_mode_t write_perm; /**< 写权限 */
uint8_t vlen :1; /**< 属性长度. */
uint8_t vloc :2; /**< 值存放的位置, 详情参照BLE_GATTS_VLOCS.*/
uint8_t rd_auth :1; /**< 读许可，该值会在每次读操作后向应用重新发起请求*/
uint8_t wr_auth :1; /**< 写许可会在每次读操作后向应用重新发起请求(但不写命令). */
} ble_gatts_attr_md_t;
/**@brief GATT 属性. */
typedef struct
{
ble_uuid_t* p_uuid; /**< 指向属性的UUID */
ble_gatts_attr_md_t* p_attr_md; /**< 指向属性元数据的数据结构*/
uint16_t init_len; /**< 初始化属性长度 */
uint16_t init_offs; /**< 初始化属性偏移 */
uint16_t max_len; /**< 最大属性长度,参照BLE_GATTS_ATTR_LENS_MAX*/
uint8_t* p_value; /**< 指向属性数据。请注意如果 BLE_GATTS_VLOC_USER值的位置被选在attribute metadata结构体中,则需指向有效生命周期缓冲区。协议栈可能在没有得到应用程序许可的情况下直接操作 */
} ble_gatts_attr_t;
/**@brief GATT 属性内容. */
typedef struct
{
ble_uuid_t srvc_uuid; /**< 服务UUID */
ble_uuid_t char_uuid; /**< 特性的UUID(BLE_UUID_TYPE_UNKNOWN无效). */
ble_uuid_t desc_uuid; /**< 描述UUID(BLE_UUID_TYPE_UNKNOWN无效). */
uint16_t srvc_handle; /**< 服务句柄 */
uint16_t value_handle; /**< 特性的处理句柄(BLE_GATT_HANDLE_INVALID 无效). */
uint8_t type; /**< 属性类型, 参照BLE_GATTS_ATTR_TYPES. */
} ble_gatts_attr_context_t;描述符：
在任何特性中的属性不是定义为属性值就是描述符。描述符是一个额外的属性，以提供更多特性的信息。这里有个特殊的描述符：客户端特性配置描述符cccd。这个描述符是给任意支持通知或指示功能的特性额外添加的。在cccd中写入1为使能通知功能，写入2使能指示功能，写0禁止通知和指示功能。
UUID:
在GATT规范中定义所有的属性都必须要有一个UUID值，UUID是全球唯一的128位的数据，用来识别不同的特性。
蓝牙核心规范制定了两种不同的UUID，一种是基本的UUID，一种是代替基本UUID的16为UUID。
我们协议栈的后面那里使用的就是代替基本UUID的16为UUID：先增加一个特定的基本UUID，在定义一个十六位的UUID。加载到基本UUID之上。源码中UUID如下：
#define LBS_UUID_BASE {0x23, 0xD1, 0xBC, 0xEA, 0x5F, 0x78, 0x23, 0x15, 0xDE, 0xEF, 0x12, 0x12, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00}
#define LBS_UUID_SERVICE 0x1523
#define LBS_UUID_LED_CHAR 0x1525
#define LBS_UUID_BUTTON_CHAR 0x1524
//添加一个特定的基本UUID
ble_uuid128_t base_uuid = {LBS_UUID_BASE};
err_code = sd_ble_uuid_vs_add(&base_uuid, &p_lbs->uuid_type);UUID数据结构：
/** @brief 128 bit UUID values. */
typedef struct
{
unsigned char uuid128[16];
} ble_uuid128_t;
/** @brief Bluetooth Low Energy UUID type, encapsulates both 16-bit and 128-bit UUIDs. */
typedef struct
{
uint16_t uuid; /**< 16-bit UUID value or octets 12-13 of 128-bit UUID. */
uint8_t type; /**< UUID type, see @ref BLE_UUID_TYPES. If type is BLE_UUID_TYPE_UNKNOWN, the value of uuid is undefined. */
} ble_uuid_t;3.特性（Characteristics）
一个特性至少包含2个属性：一个用于声明，一个用于存储属性值。通过GATT服务传输的数据必须映射成一系列的特性。可以把特性中的数据看成是一个个捆绑起来的数据，每个特性就是一个数据点。源码中特性的数据结构如下：
/**@brief GATT 特性表示格式 */
typedef struct
{
uint8_t format; /**< 值的格式，参照BLE_GATT_CPF_FORMATS. */
int8_t exponent; /**< 整数类型的指数 */
uint16_t unit; /**< 蓝牙中分配的UUID*/
uint8_t name_space; /**< 从蓝牙分配的命名空间，参见BLE_GATT_CPF_NAMESPACES.*/
uint16_t desc; /**< 从蓝牙分配的命名空间描述，参见BLE_GATT_CPF_NAMESPACES.*/
} ble_gatts_char_pf_t;
/**@brief GATT 特性性质 */
typedef struct
{
/* 标准性质 */
uint8_t broadcast :1; /**< 是否允许广播 */
uint8_t read :1; /**< 是否允许读操作 */
uint8_t write_wo_resp :1; /**< 是否允许命令写修改操作 */
uint8_t write :1; /**< 是否允许请求写修改操作*/
uint8_t notify :1; /**< 是否允许通知修改 */
uint8_t indicate :1; /**< 是否允许指示修改 */
uint8_t auth_signed_wr :1; /**< 是否允许签名写命令写入*/
} ble_gatt_char_props_t;
/**@brief GATT 特性元数据. */
typedef struct
{
ble_gatt_char_props_t char_props; /**< 特性性质 */
ble_gatt_char_ext_props_t char_ext_props; /**< 特性拓展性质 */
uint8_t* p_char_user_desc; /**< 指向UTF-8, NULL则无要求 */
uint16_t char_user_desc_max_size; /**< 用户描述符的最大字节长 */
uint16_t char_user_desc_size; /**< 用户描述字节, 必须小于等于char_user_desc_max_size */
ble_gatts_char_pf_t* p_char_pf; /**< 指向现存的结构体格式，NULL则对描述符不做要求 */
ble_gatts_attr_md_t* p_user_desc_md; /**< 用户描述符的Attribute元数据,NULL为默认值 */
ble_gatts_attr_md_t* p_cccd_md; /**< cccd的Attribute元数据，NULL为默认值 */
ble_gatts_attr_md_t* p_sccd_md; /**< sccd的Attribute元数据，NULL为默认值 */
} ble_gatts_char_md_t;
/**@brief GATT 特性定义句柄 */
typedef struct
{
uint16_t value_handle; /**< 处理特征值句柄 */
uint16_t user_desc_handle; /**< 处理用户描述符的句柄,BLE_GATT_HANDLE_INVALID为不存在 */
uint16_t cccd_handle; /**< 处理CCCD的句柄,BLE_GATT_HANDLE_INVALID 为不存在*/
uint16_t sccd_handle; /**< 处理SCCD的句柄,BLE_GATT_HANDLE_INVALID 为不存在. */
} ble_gatts_char_handles_t;ble_gatts_char_md_t结构体中的ble_gatt_char_props_t和ble_gatt_char_ext_props_t类型中记录了GATT的标准和拓展特性。典型的特性包括：
读：GATT客户端可以从GATT服务器中读取特性值
写和没有回应的写：允许GATT客户端写入一个值到GATT服务器的特性中。没有回应的写没有任何应用层上的确认或回应。
通知：允许GATT服务器在某个特性该改变的时候对GATT客户端进行提醒。
指示：允许GATT服务器在某个特性该改变的时候对GATT客户端进行提醒，并在应用层上确认。
广播。
4.服务（serive）
一个服务包括一个或者多个特性，这些特性是逻辑上的集合体。
5.源码部分分析
主程序中这些部分主要是对GATT相关内容的操作。这里的蓝牙在GATT中是作为服务器的角色。
5.1.连接参数
conn_params_init(); //初始化连接参数
static void conn_params_init(void)
{
uint32_t err_code;
ble_conn_params_init_t cp_init;
memset(&cp_init, 0, sizeof(cp_init));
cp_init.p_conn_params = NULL;
cp_init.first_conn_params_update_delay = FIRST_CONN_PARAMS_UPDATE_DELAY;
cp_init.next_conn_params_update_delay = NEXT_CONN_PARAMS_UPDATE_DELAY;
cp_init.max_conn_params_update_count = MAX_CONN_PARAMS_UPDATE_COUNT;
cp_init.start_on_notify_cccd_handle = BLE_GATT_HANDLE_INVALID;
cp_init.disconnect_on_fail = false;
cp_init.evt_handler = on_conn_params_evt;
cp_init.error_handler = conn_params_error_handler;
err_code = ble_conn_params_init(&cp_init); //初始化
APP_ERROR_CHECK(err_code);
}
uint32_t ble_conn_params_init(const ble_conn_params_init_t * p_init)
{
uint32_t err_code;
m_conn_params_config = *p_init;
m_change_param = false;
if (p_init->p_conn_params != NULL)
{
m_preferred_conn_params = *p_init->p_conn_params;
// 设置栈的连接参数
err_code = sd_ble_gap_ppcp_set(&m_preferred_conn_params);
if (err_code != NRF_SUCCESS)
{
return err_code;
}
}
else
{
// 从栈上获取连接参数
err_code = sd_ble_gap_ppcp_get(&m_preferred_conn_params);
if (err_code != NRF_SUCCESS)
{
return err_code;
}
}
m_conn_handle = BLE_CONN_HANDLE_INVALID;
m_update_count = 0;
return app_timer_create(&m_conn_params_timer_id,
APP_TIMER_MODE_SINGLE_SHOT,
update_timeout_handler);
}
该函数中定义了一个连接参数结构体数据cp_init，用来保存连接参数。再调用ble_conn_params_init函数进行初始化，同时创建一个定时器。
5.2.自定义服务
该程序实现一个按键通知LED点亮的功能。
该部分程序是在services_init函数中添加的
typedef struct
{
ble_lbs_led_write_handler_t led_write_handler; /* 当LED的特性被写时调用的回调函数 */
} ble_lbs_init_t;
static void services_init(void)
{
uint32_t err_code;
ble_lbs_init_t init;
init.led_write_handler = led_write_handler;
err_code = ble_lbs_init(&m_lbs, &init);
APP_ERROR_CHECK(err_code);
}在函数职工定义了一个init变量，然后绑定到led_write_handler这个回调函数上，再调用ble_lbs_init进行初始化。在该函数中必须要添加服务，得到服务句柄。
uint32_t ble_lbs_init(ble_lbs_t * p_lbs, const ble_lbs_init_t * p_lbs_init)
{
uint32_t err_code;
ble_uuid_t ble_uuid;
// 初始化服务结构体
p_lbs->conn_handle = BLE_CONN_HANDLE_INVALID;
p_lbs->led_write_handler = p_lbs_init->led_write_handler;
// 添加服务
ble_uuid128_t base_uuid = {LBS_UUID_BASE};
err_code = sd_ble_uuid_vs_add(&base_uuid, &p_lbs->uuid_type); //绑定baseUUID
if (err_code != NRF_SUCCESS)
{
return err_code;
}
ble_uuid.type = p_lbs->uuid_type;
ble_uuid.uuid = LBS_UUID_SERVICE;
//这里是添加server服务UUID为0x1523，并得到一个唯一的句柄
err_code = sd_ble_gatts_service_add(BLE_GATTS_SRVC_TYPE_PRIMARY, &ble_uuid, &p_lbs->service_handle);
if (err_code != NRF_SUCCESS)
{
return err_code;
}
//这里是添加button服务 UUID为0x1524
err_code = button_char_add(p_lbs, p_lbs_init);
if (err_code != NRF_SUCCESS)
{
return err_code;
}
//这里是添加led服务 UUID为0x1525
err_code = led_char_add(p_lbs, p_lbs_init);
if (err_code != NRF_SUCCESS)
{
return err_code;
}
return NRF_SUCCESS;
}下面举例button_char_add()。led_char_add函数的过程也与此类似。
static uint32_t button_char_add(ble_lbs_t * p_lbs, const ble_lbs_init_t * p_lbs_init)
{
ble_gatts_char_md_t char_md;
ble_gatts_attr_md_t cccd_md;
ble_gatts_attr_t attr_char_value;
ble_uuid_t ble_uuid;
ble_gatts_attr_md_t attr_md;
memset(&cccd_md, 0, sizeof(cccd_md));
//设置声明属性值
BLE_GAP_CONN_SEC_MODE_SET_OPEN(&cccd_md.read_perm);
BLE_GAP_CONN_SEC_MODE_SET_OPEN(&cccd_md.write_perm);
cccd_md.vloc = BLE_GATTS_VLOC_STACK; //属性值分配在栈内存上
memset(&char_md, 0, sizeof(char_md));
//设置特性值
char_md.char_props.read = 1;
char_md.char_props.notify = 1;
char_md.p_char_user_desc = NULL;
char_md.p_char_pf = NULL;
char_md.p_user_desc_md = NULL;
char_md.p_cccd_md = &cccd_md;
char_md.p_sccd_md = NULL;
//设置按键UUID
ble_uuid.type = p_lbs->uuid_type;
ble_uuid.uuid = LBS_UUID_BUTTON_CHAR;
memset(&attr_md, 0, sizeof(attr_md));
//设置自定义属性值
BLE_GAP_CONN_SEC_MODE_SET_OPEN(&attr_md.read_perm);
BLE_GAP_CONN_SEC_MODE_SET_NO_ACCESS(&attr_md.write_perm);
attr_md.vloc = BLE_GATTS_VLOC_STACK;
attr_md.rd_auth = 0;
attr_md.wr_auth = 0;
attr_md.vlen = 0;
memset(&attr_char_value, 0, sizeof(attr_char_value));
//设置属性值
attr_char_value.p_uuid = &ble_uuid;
attr_char_value.p_attr_md = &attr_md;
attr_char_value.init_len = sizeof(uint8_t);
attr_char_value.init_offs = 0;
attr_char_value.max_len = sizeof(uint8_t);
attr_char_value.p_value = NULL;
//添加按键服务
return sd_ble_gatts_characteristic_add(p_lbs->service_handle, &char_md,
&attr_char_value,
&p_lbs->button_char_handles);
}
sd_ble_gatts_characteristic_add函数用来添加特性。第一个参数是要添加到的服务的句柄，第二个参数是特性值，在它上面绑定一个cccd的属性元数据（描述符），第三个参数值属性的描述，中间绑定了ble按键的UUID值和按键属性的元数据，第四个参数是返回的按键的特性和描述符的唯一句柄。
前面大概讲过，当协议栈启动之后，BLE的事件响应在初始化的时候被绑定到ble_evt_dispatch函数中了。而在这个函数中有一个ble_lbs_on_ble_evt的事件监测函数，代码如下：
void ble_lbs_on_ble_evt(ble_lbs_t * p_lbs, ble_evt_t * p_ble_evt)
{
switch (p_ble_evt->header.evt_id)
{
case BLE_GAP_EVT_CONNECTED:
on_connect(p_lbs, p_ble_evt);
break;
case BLE_GAP_EVT_DISCONNECTED:
on_disconnect(p_lbs, p_ble_evt);
break;
case BLE_GATTS_EVT_WRITE:
on_write(p_lbs, p_ble_evt);
break;
default:
break;
}
}
static void on_disconnect(ble_lbs_t * p_lbs, ble_evt_t * p_ble_evt)
{
UNUSED_PARAMETER(p_ble_evt);
p_lbs->conn_handle = BLE_CONN_HANDLE_INVALID;
}
static void on_connect(ble_lbs_t * p_lbs, ble_evt_t * p_ble_evt)
{
p_lbs->conn_handle = p_ble_evt->evt.gap_evt.conn_handle;
}
//写入回调函数，在初始化的时候别绑定。当有写入时回调
static void led_write_handler(ble_lbs_t * p_lbs, uint8_t led_state)
{
if (led_state)
{
nrf_gpio_pin_set(LEDBUTTON_LED_PIN_NO);
}
else
{
nrf_gpio_pin_clear(LEDBUTTON_LED_PIN_NO);
}
}连接事件和断开事件调用函数on_connect和on_disconnect，和官方提供的on_connect和on_disconnect处理差不多。
typedef struct
{
ble_evt_hdr_t header; /**< Event header. */
union
{
ble_common_evt_t common_evt; /**< Common Event, evt_id in BLE_EVT_* series. */
ble_gap_evt_t gap_evt; /**< GAP originated event, evt_id in BLE_GAP_EVT_* series. */
ble_l2cap_evt_t l2cap_evt; /**< L2CAP originated event, evt_id in BLE_L2CAP_EVT* series. */
ble_gattc_evt_t gattc_evt; /**< GATT client originated event, evt_id in BLE_GATTC_EVT* series. */
ble_gatts_evt_t gatts_evt; /**< GATT server originated event, evt_id in BLE_GATTS_EVT* series. */
} evt;
} ble_evt_t;
static void on_write(ble_lbs_t * p_lbs, ble_evt_t * p_ble_evt)
{
ble_gatts_evt_write_t * p_evt_write = &p_ble_evt->evt.gatts_evt.params.write;
if ((p_evt_write->handle == p_lbs->led_char_handles.value_handle) &&
(p_evt_write->len == 1) &&
(p_lbs->led_write_handler != NULL))
{
p_lbs->led_write_handler(p_lbs, p_evt_write->data[0]);
}
}这里会从事件结构体ble_evt_t中获取（强制转换）GATTS的事件信息（ble_gatts_evt_write_t结构体），然后根据写入的信息完成回调函数的调用。至此为一个服务调用的流程。