蓝牙协议之GATT学习笔记

1. Generic Attribute Profile(GATT)

  像GAP层实现大多数连接相关的功能一样，BLE低功耗协议栈的GATT层被应用程序用于实现两个连接设备的数据通信。数据以特性的形式传递和存储，这些特性存储在蓝牙低功耗设备的存储器中。站在GATT层角度看，两个连接的设备分别处于GATT服务器和GATT客户端两个角色之一。
（1）GATT服务器：
  这种设备包含特性数据库，供客户端读或者写访问。
（2）GATT客户端：
  这种设备从服务器读或者写数据。
GATT的角色和GAP的角色是相互独立的存在，集中器可以是GATT服务器，也可以是GATT客户端，外部设备也一样。

2. GATT Characteristic And Attribute

  参考蓝牙低功耗的描述，特性和属性从概念上有时可互换。特性可以看成是一个集合，而属性就像是特性的子集。实际上，设备之间传输的信息就是特性。特性约定和使用属性作为value(数值)、properties(权限)和configuration information(配置信息)。典型的特性由以下几个属性组成：

Characteristic Value	特性值	顾名思义，就是特性的值
Characteristic Declaration	声明	描述权限、位置还有特性值的类型
Client Characteristic Configuration	配置	允许GATT服务器配置特性为notified(通知)(异步发送消息)或者indicated(指示)(有响应地异步发送消息)
Characteristic User Description	描述	用ASCII码字符串描述该特征

*注：后面两个（配置和描述）可选。
  这些属性存储在GATT服务器属性表中，除了value之外，其他属性都有以下的Properties(这里不就再译为属性了，避免混淆)：
  （1）Handle:属性在表格中的索引（每个属性有独一无二的句柄）
  （2）Type:指明属性数值代表的是什么(UUID)，有些UUID是SIG技术联盟定义的，有些是用户自定义的
  （3）Permissions: GATT客户端设备对属性值的访问权限
这是什么意思呢？可以看看下面的表格：

句柄	类型uuid	Value
0x0010	Primary Service	Link loss
0x0011	Characteristic	(rw, 0x0012, Alert Level)
0x0012	Alert Level	0x00
0x0020	Primary Service	Tx Power
0x0021	Characteristic	(r, 0x0022, Tx_Power dBm)
0x0022	Tx_Power dBm	0x04
0x0030	Primary Service	Immediate Alert
0x0031	Characteristic	(w, 0x0032, Alert Level)
0x0032	Alert Level

  属性Property是最小可寻址的数据单元，可以通过16BIT的Handle句柄寻址，它的类型UUID可以是16BIT的、32BIT的甚至是128BIT的(这里简单说一下UUID，UUID有些是蓝牙技术连门SIG定义的，有些是我们用户自己定义的，完整的UUID都是128BIT长度，我们遇到的很多16bit的UUID只是SIG定义的128BITUUID中的一部分，而我们用户自定义的UUID，那么这128Bit都可自己定义)，属性有一个数据域，其字节数最高达512字节。总结，ATT协议定义属性由句柄、UUID、数值组成。一个Characteristic至少包含一个数值属性和一个声明属性，数值属性的意义定义在Profile中，声明总是出现在数值属性的前面，用于描述数值属性是否具备读或者写、特性的UUID以及特性值的句柄（可以从上表体会）。
  一个Peer device(这里你可以简单理解为GATT客户端设备)可以通过属性的句柄寻址，并且设备只能对属性进行空中操作。在无线传输协议中并没有服务和特性的概念，仅有属性的概念，意思就是说蓝牙无线传输都是传的属性，设备端自行将收到的解析成服务和特性。

3. GATT Client Abstraction

GATT客户端抽象层，GATT客户端没有属性表或者配置文件，不存在服务信息。分层如下：

4. GATT Server Abstraction

作为GATT服务器，大多数的GATT功能都有独自的GATT配置文件(profiles)封装。这些profiles使用GATTServApp(TI是用这个模块，名字就叫做 GATTServApp，应该其他蓝牙芯片也有相似的模块)来存放和管理属性表 。

  上面的图片是 GATT Server的分层框架，可见，比客户端的多了两层，分别是GattServApp、Profiles。

5. GATT Services and Profile

  前面说到特性是属性的集合，那么这里提到的GATT Service是特性的集合。举个例子，心率服务包含：心率检测特性，体位特性，还有其他特性，多种服务可以组合在一起构成一个服务配置文件。

6. GATT Security

  Gatt服务可以给每个特性各自定义访问权限，每个服务允许一些特性可以被任何客户端访问，同时也可以为认证客户端限制其他特性的访问权限，对于我们用户自己 定义的服务配置文件，我们可以根据自己的需求定义合适的权限。
  需要认证的特性必须在客户端通过配对认证方式后才能访问。这种验证在协议栈里面实现，不需要用户应用程序实现，我们写程序只需要把特性正确的注册到GATT服务中。举个例子，下面给出某配置文件中的其中一个特性，这个特性的权限是认证读。

// Example：
{
   { ATT_BT_UUID_SIZE, ExampleUUID },
   GATT_PERMIT_AUTHEN_READ,
   0,
   &examplestring[0]
},

  当一个未认证的客户端尝试读取这个特性，服务器会返回ERROR_INSUFFICIENT_AUTHEN(0x41)，可以用蓝牙数据分析仪抓取空中包查看。

7. Maximum Transmission Unit (MTU)

  逻辑链路控制及自适应协议层的协议数据单元字节大小定义了ATT最大传输单元的字节大小。默认地，低功耗设备规定了PDU的字节大小是27字节，一般MTU的字节大小是PDU字节大小减去4，因此这里默认的MTU字节大小是23字节，我们配置PDU字节大小也就决定了MTU的字节大小。在集中器和外部设备建立连接的过程中会交换MTU信息，双方协商使用两个MTU中最小的一个。
  如果使能安全连接BLE 4.2特性，设备默认支持MTU为65字节，这是LE安全连接所需要的。实际上在两个设备进行数据通信之前MTU仍然必须通过MTU交换过程进行协商，所有连接将以默认的MTU 23字节开始。MTU增大，意味着在一帧ATT包中能容纳的字节也就多了，减少了数据分包的情况。

8. GAP GATT Service(GGS)

  该服务包含设备和访问信息，比如设备名、厂商ID、产品ID。该服务定义了以下的特性：

Device Name
Appearance
Peripheral preferred connection parameters

  GAP GATT Service(GGS)是蓝牙低功耗设备实现集中器和外部设备角色所必须的。多重角色设备也必须包含有GGS。GGS的作用是设备发现和连接初始化过程。
·怎么使用GAP GATT SERVICE呢？
  拿TI的蓝牙芯片来举个例子，首先包含协议栈的gapgattserver.h文件，初始化GGS参数，将GAP GATT服务添加到GATT服务器中。

9. Generic Attribute Profile Service(GATT Service)

  Generic Attribute Profile(GATT)，通用属性配置文件，它提供在设备上注册的GATT服务信息，从应用程序角度看，它更像是一个属性表。为了能在你自己的应用程序中使用属性表信息，必须先将属性表添加到协议栈GATT Server里面，因此属性表隶属的服务才能被公开到GATT Client，Client也能够请求服务。