藍芽：GATT，屬性，特性，服務
阿新 • • 發佈：2019-02-09
接著上一篇。
通用屬性配置檔案（Generic Attribute Profile）
1.GATT簡介
通用屬性配置檔案Generic Attribute Profile簡稱GATT。
GATT定義了屬性型別並規定了如何使用，包括了一個數據傳輸和儲存的框架和一些基本操作。中間包含了一些概念如特性characteristics,服務services等，在後面介紹。同時還定義了發現服務，特性和服務間的連線的處理過程，也包括讀寫特性值。
1.1.GATT的角色
GATT中定義了2種角色：伺服器server和客戶端client.
GATT的伺服器是指提供資料的裝置，而GATT的客戶端是指通過GATT的伺服器獲取資料的裝置。
1.2.GATT的層次
GATT伺服器通過一個屬性表來組織傳送的資料。這裡的關係大概是這樣：
一個Profile中可包含一個或者多個服務；一個服務可包含一個或者多個特性（邏輯上的集合）；一個特性至少包含兩個屬性：一個用於宣告，其他用於儲存屬性值。
2.屬性（Attribute）
一個屬性包括控制代碼，UUID，值。
控制代碼是屬性在GATT表中的索引，在一個裝置中每個屬性的控制代碼是唯一的。UUID包括屬性表中的資料型別資訊，它是理解屬性表中值的每一個位元組的關鍵資訊。GATT表中可能有多個屬性擁有相同的UUID值。
屬性相關的資料結構：
/**@brief 屬性元資料. */ 描述符：
在任何特性中的屬性不是定義為屬性值就是描述符。描述符是一個額外的屬性，以提供更多特性的資訊。這裡有個特殊的描述符：客戶端特性配置描述符cccd。這個描述符是給任意支援通知或指示功能的特性額外新增的。在cccd中寫入1為使能通知功能，寫入2使能指示功能，寫0禁止通知和指示功能。
UUID:
在GATT規範中定義所有的屬性都必須要有一個UUID值，UUID是全球唯一的128位的資料，用來識別不同的特性。
藍芽核心規範制定了兩種不同的UUID，一種是基本的UUID，一種是代替基本UUID的16為UUID。
我們協議棧的後面那裡使用的就是代替基本UUID的16為UUID：先增加一個特定的基本UUID，在定義一個十六位的UUID。載入到基本UUID之上。原始碼中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
//新增一個特定的基本UUID
ble_uuid128_t base_uuid = {LBS_UUID_BASE};
err_code = sd_ble_uuid_vs_add(&base_uuid, &p_lbs->uuid_type);UUID資料結構：
/** @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）
一個特性至少包含2個屬性：一個用於宣告，一個用於儲存屬性值。通過GATT服務傳輸的資料必須對映成一系列的特性。可以把特性中的資料看成是一個個捆綁起來的資料，每個特性就是一個數據點。原始碼中特性的資料結構如下：
/**@brief GATT 特性表示格式 */
typedef struct
{
uint8_t format; /**< 值的格式，參照BLE_GATT_CPF_FORMATS. */
int8_t exponent; /**< 整數型別的指數 */
uint16_t unit; /**< 藍芽中分配的UUID*/
uint8_t name_space; /**< 從藍芽分配的名稱空間，參見BLE_GATT_CPF_NAMESPACES.*/
uint16_t desc; /**< 從藍芽分配的名稱空間描述，參見BLE_GATT_CPF_NAMESPACES.*/
} ble_gatts_char_pf_t;
/**@brief GATT 特性性質 */
typedef struct
{
/* 標準性質 */
uint8_t broadcast :1; /**< 是否允許廣播 */
uint8_t read :1; /**< 是否允許讀操作 */
uint8_t write_wo_resp :1; /**< 是否允許命令寫修改操作 */
uint8_t write :1; /**< 是否允許請求寫修改操作*/
uint8_t notify :1; /**< 是否允許通知修改 */
uint8_t indicate :1; /**< 是否允許指示修改 */
uint8_t auth_signed_wr :1; /**< 是否允許簽名寫命令寫入*/
} ble_gatt_char_props_t;
/**@brief GATT 特性元資料. */
typedef struct
{
ble_gatt_char_props_t char_props; /**< 特性性質 */
ble_gatt_char_ext_props_t char_ext_props; /**< 特性拓展性質 */
uint8_t* p_char_user_desc; /**< 指向UTF-8, NULL則無要求 */
uint16_t char_user_desc_max_size; /**< 使用者描述符的最大位元組長 */
uint16_t char_user_desc_size; /**< 使用者描述位元組, 必須小於等於char_user_desc_max_size */
ble_gatts_char_pf_t* p_char_pf; /**< 指向現存的結構體格式，NULL則對描述符不做要求 */
ble_gatts_attr_md_t* p_user_desc_md; /**< 使用者描述符的Attribute元資料,NULL為預設值 */
ble_gatts_attr_md_t* p_cccd_md; /**< cccd的Attribute元資料，NULL為預設值 */
ble_gatts_attr_md_t* p_sccd_md; /**< sccd的Attribute元資料，NULL為預設值 */
} ble_gatts_char_md_t;
/**@brief GATT 特性定義控制代碼 */
typedef struct
{
uint16_t value_handle; /**< 處理特徵值控制代碼 */
uint16_t user_desc_handle; /**< 處理使用者描述符的控制代碼,BLE_GATT_HANDLE_INVALID為不存在 */
uint16_t cccd_handle; /**< 處理CCCD的控制代碼,BLE_GATT_HANDLE_INVALID 為不存在*/
uint16_t sccd_handle; /**< 處理SCCD的控制代碼,BLE_GATT_HANDLE_INVALID 為不存在. */
} ble_gatts_char_handles_t;ble_gatts_char_md_t結構體中的ble_gatt_char_props_t和ble_gatt_char_ext_props_t型別中記錄了GATT的標準和拓展特性。典型的特性包括：
讀：GATT客戶端可以從GATT伺服器中讀取特性值
寫和沒有迴應的寫：允許GATT客戶端寫入一個值到GATT伺服器的特性中。沒有迴應的寫沒有任何應用層上的確認或迴應。
通知：允許GATT伺服器在某個特性該改變的時候對GATT客戶端進行提醒。
指示：允許GATT伺服器在某個特性該改變的時候對GATT客戶端進行提醒，並在應用層上確認。
廣播。
4.服務（serive）
一個服務包括一個或者多個特性，這些特性是邏輯上的集合體。
5.原始碼部分分析
主程式中這些部分主要是對GATT相關內容的操作。這裡的藍芽在GATT中是作為伺服器的角色。
5.1.連線引數
conn_params_init(); //初始化連線引數
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;
// 設定棧的連線引數
err_code = sd_ble_gap_ppcp_set(&m_preferred_conn_params);
if (err_code != NRF_SUCCESS)
{
return err_code;
}
}
else
{
// 從棧上獲取連線引數
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);
}
該函式中定義了一個連線引數結構體資料cp_init，用來儲存連線引數。再呼叫ble_conn_params_init函式進行初始化，同時建立一個定時器。
5.2.自定義服務
該程式實現一個按鍵通知LED點亮的功能。
該部分程式是在services_init函式中新增的
typedef struct
{
ble_lbs_led_write_handler_t led_write_handler; /* 當LED的特性被寫時呼叫的回撥函式 */
} 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);
}在函式職工定義了一個init變數，然後繫結到led_write_handler這個回撥函式上，再呼叫ble_lbs_init進行初始化。在該函式中必須要新增服務，得到服務控制代碼。
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;
// 初始化服務結構體
p_lbs->conn_handle = BLE_CONN_HANDLE_INVALID;
p_lbs->led_write_handler = p_lbs_init->led_write_handler;
// 新增服務
ble_uuid128_t base_uuid = {LBS_UUID_BASE};
err_code = sd_ble_uuid_vs_add(&base_uuid, &p_lbs->uuid_type); //繫結baseUUID
if (err_code != NRF_SUCCESS)
{
return err_code;
}
ble_uuid.type = p_lbs->uuid_type;
ble_uuid.uuid = LBS_UUID_SERVICE;
//這裡是新增server服務UUID為0x1523，並得到一個唯一的控制代碼
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;
}
//這裡是新增button服務 UUID為0x1524
err_code = button_char_add(p_lbs, p_lbs_init);
if (err_code != NRF_SUCCESS)
{
return err_code;
}
//這裡是新增led服務 UUID為0x1525
err_code = led_char_add(p_lbs, p_lbs_init);
if (err_code != NRF_SUCCESS)
{
return err_code;
}
return NRF_SUCCESS;
}下面舉例button_char_add()。led_char_add函式的過程也與此類似。
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));
//設定宣告屬性值
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; //屬性值分配在棧記憶體上
memset(&char_md, 0, sizeof(char_md));
//設定特性值
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;
//設定按鍵UUID
ble_uuid.type = p_lbs->uuid_type;
ble_uuid.uuid = LBS_UUID_BUTTON_CHAR;
memset(&attr_md, 0, sizeof(attr_md));
//設定自定義屬性值
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));
//設定屬性值
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;
//新增按鍵服務
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函式用來新增特性。第一個引數是要新增到的服務的控制代碼，第二個引數是特性值，在它上面繫結一個cccd的屬性元資料（描述符），第三個引數值屬性的描述，中間綁定了ble按鍵的UUID值和按鍵屬性的元資料，第四個引數是返回的按鍵的特性和描述符的唯一控制代碼。
前面大概講過，當協議棧啟動之後，BLE的事件響應在初始化的時候被繫結到ble_evt_dispatch函式中了。而在這個函式中有一個ble_lbs_on_ble_evt的事件監測函式，程式碼如下：
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;
}
//寫入回撥函式，在初始化的時候別繫結。當有寫入時回撥
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);
}
}連線事件和斷開事件呼叫函式on_connect和on_disconnect，和官方提供的on_connect和on_disconnect處理差不多。
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]);
}
}這裡會從事件結構體ble_evt_t中獲取（強制轉換）GATTS的事件資訊（ble_gatts_evt_write_t結構體），然後根據寫入的資訊完成回撥函式的呼叫。至此為一個服務呼叫的流程。