蓝牙gatt详解-凯发app官方网站

15 july 2015 on , 

网上关于讲解 ble 的内容比较少，看到这篇文章写的非常详细 ，作为 ble 的入门时介绍是非常合适的。本文主要翻译了一下这篇文章。

一、 引言

现在低功耗蓝牙（ble）连接都是建立在 gatt (generic attribute profile) 协议之上。gatt 是一个在蓝牙连接之上的发送和接收很短的数据段的通用规范，这些很短的数据段被称为属性（attribute）。

二、 gap

详细介绍 gatt 之前，需要了解 gap（generic access profile），它在用来控制设备连接和广播。gap 使你的设备被其他设备可见，并决定了你的设备是否可以或者怎样与合同设备进行交互。例如 beacon 设备就只是向外广播，不支持连接，小米手环就等设备就可以与中心设备连接。

1. 设备角色

gap 给设备定义了若干角色，其中主要的两个是：外围设备（peripheral）和中心设备（central）。

· 外围设备：这一般就是非常小或者简单的低功耗设备，用来提供数据，并连接到一个更加相对强大的中心设备。例如小米手环。

· 中心设备：中心设备相对比较强大，用来连接其他外围设备。例如手机等。

2. 广播数据

在 gap 中外围设备通过两种方式向外广播数据： advertising data payload（广播数据）和 scan response data payload（扫描回复），每种数据最长可以包含 31 byte。这里广播数据是必需的，因为外设必需不停的向外广播，让中心设备知道它的存在。扫描回复是可选的，中心设备可以向外设请求扫描回复，这里包含一些设备额外的信息，例如设备的名字。（广播的数据格式我将另外专门写一个篇博客来讲。）

3. 广播流程

gap 的广播工作流程如下图所示。 
从图中我们可以清晰看出广播数据和扫描回复数据是怎么工作的。外围设备会设定一个广播间隔，每个广播间隔中，它会重新发送自己的广播数据。广播间隔越长，越省电，同时也不太容易扫描到。

4. 广播的网络拓扑结构

大部分情况下，外设通过广播自己来让中心设备发现自己，并建立 gatt 连接，从而进行更多的数据交换。也有些情况是不需要连接的，只要外设广播自己的数据即可。用这种方式主要目的是让外围设备，把自己的信息发送给多个中心设备。因为基于 gatt 连接的方式的，只能是一个外设连接一个中心设备。 使用广播这种方式最典型的应用就是苹果的ibeacon。广播工作模式下的网络拓扑图如下：

三、gatt

gatt 的全名是 generic attribute profile（姑且翻译成：普通属性协议），它定义两个 ble 设备通过叫做 service 和 characteristic 的东西进行通信。gatt 就是使用了 att（attribute protocol）协议，att 协议把 service, characteristic遗迹对应的数据保存在一个查找表中，次查找表使用 16 bit id 作为每一项的索引。

一旦两个设备建立起了连接，gatt 就开始起作用了，这也意味着，你必需完成前面的 gap 协议。这里需要说明的是，gatt 连接，必需先经过 gap 协议。实际上，我们在 android 开发中，可以直接使用设备的 mac 地址，发起连接，可以不经过扫描的步骤。这并不意味不需要经过 gap，实际上在芯片级别已经给你做好了，蓝牙芯片发起连接，总是先扫描设备，扫描到了才会发起连接。

gatt 连接需要特别注意的是：gatt 连接是独占的。也就是一个 ble 外设同时只能被一个中心设备连接。一旦外设被连接，它就会马上停止广播，这样它就对其他设备不可见了。当设备断开，它又开始广播。

中心设备和外设需要双向通信的话，唯一的方式就是建立 gatt 连接。

1. gatt 连接的网络拓扑

下图展示了 gtt 连接网络拓扑结构。这里很清楚的显示，一个外设只能连接一个中心设备，而一个中心设备可以连接多个外设。一旦建立起了连接，通信就是双向的了，对比前面的 gap 广播的网络拓扑，gap 通信是单向的。如果你要让两个设备外设能通信，就只能通过中心设备中转。

2. gatt 通信事务

gatt 通信的双方是 c/s 关系。外设作为 gatt 服务端（server），它维持了 att 的查找表以及 service 和 characteristic 的定义。中心设备是 gatt 客户端（client），它向 server 发起请求。需要注意的是，所有的通信事件，都是由客户端（也叫主设备，master）发起，并且接收服务端（也叫从设备，slave）的响应。

一旦连接建立，外设将会给中心设备建议一个连接间隔（connection interval）,这样，中心设备就会在每个连接间隔尝试去重新连接，检查是否有新的数据。但是，这个连接间隔只是一个建议，你的中心设备可能并不会严格按照这个间隔来执行，例如你的中心设备正在忙于连接其他的外设，或者中心设备资源太忙。

下图展示一个外设（gatt 服务端）和中心设备（gatt 客户端）之间的数据交换流程，可以看到的是，每次都是主设备发起请求：

3. gatt 结构

gatt 事务是建立在嵌套的profiles, services 和 characteristics之上的的，如下图所示： 

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profile profile 并不是实际存在于 ble 外设上的，它只是一个被 bluetooth sig 或者外设设计者预先定义的 service 的集合。例如就是结合了 heart rate service 和 device information service。所有官方通过gatt profile 的列表可以从找到。

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service service 是把数据分成一个个的独立逻辑项，它包含一个或者多个 characteristic。每个 service 有一个 uuid 唯一标识。 uuid 有 16 bit 的，或者 128 bit 的。16 bit 的 uuid 是官方通过认证的，需要花钱购买，128 bit 是自定义的，这个就可以自己随便设置。

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官方通过了一些标准 service，完整列表在。以 为例，可以看到它的官方通过 16 bit uuid是 0x180d，包含 3 个 characteristic：heart rate measurement, body sensor location 和 heart rate control point，并且定义了只有第一个是必须的，它是可选实现的。

· characteristic 在 gatt 事务中的最低界别的是 characteristic，characteristic 是最小的逻辑数据单元，当然它可能包含一个组关联的数据，例如加速度计的 x/y/z 三轴值。

与 service 类似，每个 characteristic 用 16 bit 或者 128 bit 的 uuid 唯一标识。你可以免费使用 bluetooth sig 官方定义的，使用官方定义的，可以确保 ble 的软件和硬件能相互理解。当然，你可以自定义 characteristic，这样的话，就只有你自己的软件和外设能够相互理解。

举个例子， ，这是上面提到的 heart rate service 必需实现的 characteristic，它的 uuid 是 0x2a37。它的数据结构是，开始 8 bit 定义心率数据格式（是uint8 还是 uint16？），接下来就是对应格式的实际心率数据。

实际上，和 ble 外设打交道，主要是通过 characteristic。你可以从 characteristic 读取数据，也可以往 characteristic 写数据。这样就实现了双向的通信。所以你可以自己实现一个类似串口（uart）的 sevice，这个 service 中包含两个characteristic，一个被配置只读的通道（rx），另一个配置为只写的通道（tx）。

更多内容

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bluetooth sig 官方文档

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o 官方通过的 

o 官方通过的 

o 官方通过的 

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移动开发资源

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o  - android developer 凯发k8官网下载客户端中心官网的入门文章，里面有实例代码和讲解视频。

o  - ios, android or windows phone 移动开发样例

o 视频:  - wwdc 2012 关于 ble 开发的视频。