未完待续
前言
本文框架主要分为以下几部分：
- BLE协议栈框架简述
- BLE-GATT层相关概念简单介绍，包括profile、service等
- 结合代码分析GATT层的概念
- 思考与拓展
BLE协议栈框架
暂略
BLE-GATT层相关概念
GATT（Generic Attribute Profile）定义了一种用于数据交换的分层结构，包括Profile（通用属性配置文件）、Service（服务）、Characteristic（特征值）、Descriptor（描述符）等。
一个BLE设备可以有多个服务，每个服务可以包含多个特征值，每个特征值可以有零个或多个特征描述符。
例如，一个健康监测设备可能有一个心率服务，该服务有一个心率测量特征值，这个特征值可能有一个描述符来指示测量结果的格式。
特征声明是特征值的描述和定义。它包含了特征值的属性（如读、写、通知）、权限、以及可能的描述符等信息，定义如何访问和使用特征值。
Profile（配置文件）
Profile，即配置文件，定义了BLE设备的功能和数据交换规则。
包括关键概念有：服务、特征值、特征描述符、属性、配置文件角色、数据交换格式、安全和配对等。
Service（服务）
Service（服务）是一组特征值的组合，每个服务都有一个唯一的标识符UUID，使得客户端可以标准化识别服务。
服务可以包含多个特征值，特征值可以包含多个特征描述符（Descriptors）。
服务本身没有直接的访问权限，但它们包含的特征值可以具有不同的访问权限，如只读、可写、可通知等。
句柄： 服务句柄（Service Handle）是一个用于唯一标识服务的数字。每个服务、特征值（Characteristic）、以及特征描述符（Descriptor）在GATT数据库中都有一个唯一的句柄值。
- 在GATT数据库，即
profile_data中，句柄值通常会从1开始，然后依次增加。 - 服务句柄通常与其他属性的句柄一起定义了一个服务的范围，即服务的第一个和最后一个属性句柄标识了服务的开始和结束。
- 服务句柄与服务的UUID相关联，UUID用于定义服务的类型和功能，而句柄用于在GATT数据库中标识服务的位置。
主服务： 主服务是GATT数据库中的顶级服务，它作为GATT层次结构的起点，包含多个特征值（Characteristics）和次级服务（Secondary Services）。
一个主服务可以包含多个次级服务，而次级服务也可以进一步包含其他次级服务或特征值。
主服务可以被客户端设备发现，客户端设备通过扫描和查询来识别服务器端提供的服务
在BLE设备配对和连接过程中，客户端设备首先发现主服务，然后才能进一步发现和访问服务内的特征值
主服务在GATT数据库中定义了一个服务范围，由服务的起始句柄（Start Handle）和结束句柄（End Handle）标识
Characteristic（特征值）
每个特征值都有一个唯一的UUID（Universally Unique Identifier），用于在GATT数据库中标识不同的特征值。
特征值是客户端和服务器之间数据交换的基本单元。其表示BLE设备中的一个数据项，可以是温度传感器的读数、设备的电池电量、或者其它用户自定义的数据设置通道。
客户端可以读取服务器的特征值，或者在特征值上注册通知，以接收数据更新。
其定义了一系列特征属性（Properties），这些属性描述了特征值的行为，例如是否可读、可写、可通知（Notify）、可指示（Indicate）等。
特征值可以有零个或多个特征描述符（Descriptor），这些描述符提供了关于特征值的额外信息，例如用户友好的描述、配置参数等。
特征值具有访问权限，定义了哪些操作（如读取、写入）是被允许的。这些权限可以用于实现安全措施，如认证和加密。
特征值可以是动态的，其值随设备状态变化而变化；也可以是静态的，其值在设备使用期间保持不变。
Properties（特征值的属性）
定义位置：在特征声明（Characteristic Declaration，UUID: 0x2803）中声明
作用：定义客户端（如手机）可以对特征值执行的操作类型（公开声明，客户端可见）。
具体属性值及含义： 1字节的位掩码（Bitmask），每个位表示一种支持的操作
| 属性位（十六进制） | 名称 | 说明 |
|---|---|---|
0x01 |
Broadcast | 允许通过广播发送特征值（需配合广播数据包配置）。 |
0x02 |
Read | 允许客户端通过读请求（Read Request）主动读取特征值。 |
0x04 |
Write Without Response | 允许客户端通过无响应写入（Write Without Response）发送数据，无需服务器确认。 |
0x08 |
Write | 允许客户端通过写入请求（Write Request）修改特征值，需服务器响应确认。 |
0x10 |
Notify | 允许服务器通过通知（Notification）主动推送数据，无需客户端确认。 |
0x20 |
Indicate | 允许服务器通过指示（Indication）主动推送数据，需客户端确认。 |
0x40 |
Authenticated Signed Writes | 写入操作需使用认证签名（增强安全性）。 |
0x80 |
Extended Properties | 表示特征包含扩展属性描述符。 |
示例：
1、0x12（二进制 00010010）：支持 Read 和 Write Without Response。
2、0x30（二进制 00110000）：支持 Notify 和 Indicate。
指示（Indication）：
- 服务器主动推送 + 客户端强制确认。
- 高可靠性，适用于关键数据。
- 数据包类型：Handle Value Indication（0x1D）；确认包类型：Handle Value Confirmation（0x1E）
- 协议栈自动确认（无需应用层代码）
写入（Write）：
- 客户端主动发起，分带响应（可靠）和不带响应（快速）两种模式。
- 带响应写入需处理服务器反馈，不带响应写入适合实时场景。
- 带响应的写入 —— 数据包类型：Write Request（0x12）；确认包类型：Write Response（0x13）
- 不带响应的写入 —— 数据包类型：Write Command（0x52）；确认包类型：无
实际应用示例：
- 高频数据：优先使用 通知（Notify） 或 无响应写入，避免确认带来的延迟。
- 关键配置：使用 指示 或 带响应写入，确保操作可靠
权限（Permissions）
作用：控制客户端对特征值的访问规则（服务器端安全配置，客户端不可见）。
定义位置：在特征值属性（Characteristic Value）和描述符（Descriptors）中设置。
具体权限类型
| 权限标志 | 说明 |
|---|---|
Readable |
允许客户端读取特征值。 |
Writable |
允许客户端通过 Write Request 写入特征值（需服务器确认）。 |
Write Without Response |
允许客户端通过 Write Without Response 写入（无需确认）。 |
Encrypted Read |
需加密连接（如LE Secure Connection）才能读取。 |
Encrypted Write |
需加密连接才能写入。 |
Authenticated Read |
需配对认证（如MITM保护）才能读取。 |
Authenticated Write |
需配对认证才能写入。 |
Authorization Required |
需应用层授权（如用户手动确认）。 |
No Access |
完全禁止访问（仅服务器内部使用）。 |
属性（Properties）与权限（Permissions）两者共同决定客户端能否成功执行操作：
属性是“菜单”：客户端根据属性判断可以尝试哪些操作（如是否发送读请求）。
权限是“门禁”：服务器根据权限决定是否允许操作（如拒绝未加密的读请求）
UUID（唯一标识符）
蓝牙低功耗（BLE）的GATT（Generic Attribute Profile）框架中，服务（Service）、特征声明（Characteristic Declaration）、特征值（Characteristic Value）和特征描述符（Descriptor）都有各自的UUID（Universally Unique Identifier，通用唯一识别码）
BLE的服务和特征值都是通过UUID唯一标识的，并且可以通过UUID查找相关的服务和特征值
唯一性：UUID提供了一个全球唯一的标识符，确保了不同设备或开发者定义的服务、特征值和描述符不会发生冲突。
标准化：使用UUID有助于标准化，使得不同制造商生产的设备能够通过标准化的接口进行通信和交互。
等等
Client and Server
Server（服务器端）（Peripheral）（从机）： 比如蓝牙耳机
- 提供服务，广播服务信息，被其它设备发现
- 存储特征值数据，如设备参数、状态信息或者用户自定义的数据
- 响应客户端的数据交互，或者发送通知/指示到客户端
Client（客户端）（Central）（主机）： 比如手机
- 发现服务，请求服务信息，连接到Server访问特征值
- 根据实际应用，可以读取Server的特征值数据，或者写入数据到特征值
- 也可以订阅特征值通知，当特征值数据发生变化时，会收到通知。
- 一个通信会话包括一个 Server 和一个 Client
- 设备可以同时充作为 Server 和 Client
- BLE支持一对多通信模式，一个Server可以与多个Client建立通信
BLE通信流程
发现阶段：Client扫描周围环境中的Server，通过广播包发现服务。
连接阶段：Client发起连接请求，Server接受连接后，两者建立通信链路。
服务和特征值发现：Client通过读取操作获取Server上的服务列表，进一步发现服务内的特征值。
数据交互：Client根据需要读取或写入特征值，Server响应这些请求并提供数据或确认。
通知和指示：Server可以通过特征值向Client发送通知或指示，Client接收并处理这些更新。
GATT层概念小结
BLE定义了一系列的标准服务，其可以看作是特定应用场景下的profile，如Heart Rate Service、Battery Service等都是标准服务
标准服务和特征值：
标准服务和特征值的 UUID 通常为 16 位。
16位 UUID 通常用于表示标准的服务和特征值。这种 UUID 的格式为 0xXXXX，其中 XXXX 是一个四位的十六进制数。
16位 UUID 的完整形式为 0000XXXX-0000-1000-8000-00805F9B34FB。
例如，Battery Service 的 UUID 为 0x180F，其中包含的 Battery Level 特征值的 UUID 为 0x2A19。
自定义服务和特征值：
自定义服务和特征值的 UUID 可以为 16 位或 128 位。
例如，一个自定义的服务 UUID 可能是 128 位的，而该服务下的特征值也可以是 128 位的 UUID，或者其中一个为 16 位，另一个为 128 位。
128位 UUID 通常用于表示自定义的服务和特征值。这种 UUID 的格式为一组 32 位的十六进制数字，以连字号分为五段。
128位 UUID 的格式为 XXXXXXXX-XXXX-XXXX-XXXX-XXXXXXXXXXXX。
嵌入式BLE之业务应用层开发
以下为一项目范例BLE广播及连接示意
BLE的广播包设置及分析
0x02010609FF00008AE088E655540505DAF58F010201061409736F756E64636F72652053656C656374203253
| LEN | TYPE | VALUE |
|---|---|---|
| 2 | 0x01 | 0x06 |
| 9 | OxFF | 0x00008AE088E65554 |
| 5 | 0x05 | 0xDAF58F01 |
| 2 | 0x01 | 0x06 |
| 20 | 0x09 | 0x736F756E64636F72652053656C656374203253 |
LEN: 0x02 (2字节) TYPE: 0x01 (Flags) VALUE: 0x06
这通常表示设备的发现模式，其中0x06通常表示设备支持 BLE 仅连接模式。LEN: 0x09 (9字节) TYPE: 0xFF (Manufacturer Specific Data) VALUE: 0x00008AE088E65554
这是制造商特定的数据，通常包含公司标识符和产品特定的信息LEN: 0x05 (5字节)TYPE: 0x05 (Service Data)VALUE: 0xDAF58F01（低位在前）
TYPE 0x05: 表示广播数据包的类型为 Service UUID；VALUE 0xDAF58F01: 表示一个服务的 UUID。LEN: 0x02 (2字节) TYPE: 0x01 (Flags) VALUE: 0x06
重复了，可能是设置错误？
LEN: 0x14 (20字节) TYPE: 0x09 (Local Name) VALUE: 0x736F756E64636F72652053656C656374203253
设备的本地名称，解码为字符串
soundcore Select 2S。
Profile_data解析
profile_data[] 是一个 二进制格式的GATT（通用属性配置文件）描述数组，用于定义BLE设备的服务（Service）、特征（Characteristic）及权限。
每个条目对应一个属性（Attribute），按顺序存储以下信息：
属性句柄（Handle）：2字节，唯一标识属性的地址。
属性类型（Type）：2字节，表示属性类型（如服务、特征、描述符）。
属性值（Value）：变长数据，具体内容由属性类型决定。
句柄递增规则： 主服务、特征声明、特征值、CCCD的句柄按顺序递增
字段逐字节解析（以第一个服务声明为例）
1 | 0x0a, 0x00, 0x02, 0x00, 0x01, 0x00, 0x00, 0x28, 0x00, 0x18 |
| 字节位置 | 值（十六进制） | 含义 |
|---|---|---|
| 0 | 0x0a | 条目总长度：10字节（后续9字节需+1，因长度本身占1字节）。 |
| 1-2 | 0x00 0x02 | 属性句柄：小端序，值为 0x0002。 |
| 3-4 | 0x00 0x28 | 属性类型：小端序，0x2800 表示 主服务声明（Primary Service）。 |
| 5-6 | 0x00 0x01 | 服务UUID长度/标志：此处为16位UUID，值为 0x0001（无关，通常忽略）。 |
| 7-8 | 0x00 0x18 | 服务UUID：小端序，0x1800 对应 GAP服务（通用访问）。 |
数据结构原理
- 层级结构
服务（Service） 包含多个 特征（Characteristic）。
特征 包含值、权限及可选的 描述符（Descriptor）（如CCCD）。 - 句柄分配
句柄按顺序递增，确保唯一性。
例如，服务声明句柄为 0x0002，其下特征值句柄为 0x0003，依此类推。 - 动态值（DYNAMIC）
若特征值标记为 DYNAMIC，实际数据由应用层通过回调函数实时提供，而非硬编码在配置中。 - 小端序存储
UUID、句柄等16位值均按小端序（低位在前）存储。例如 0x1800 存储为 0x00 0x18。
以下为一profile_data示例：
1 | static const uint8_t profile_data[] = { |
服务类型与结构如下：
- 主服务声明（Primary Service）
属性类型：0x2800（固定值）。
属性值：服务UUID（16位或128位）。1
2// 示例：声明UUID为0x1800的GAP服务
0x0a, 0x00, [句柄], 0x00, 0x28, [UUID低字节], [UUID高字节] - 特征声明（Characteristic Declaration）
属性类型：0x2803（固定值）。
属性值：包含特征权限、值句柄和特征UUID。1
2
3
4
5// 示例：声明一个可读、可通知的特征（UUID 0xFFC2）
0x0d, 0x00, [句柄], 0x03, 0x28,
0x12, // 权限：READ(0x02) + NOTIFY(0x10) = 0x12。在0x2803特征声明后可见
0x08, 0x00, // 特征值句柄：0x0008
0xC2, 0xFF // 特征UUID：0xFFC2（小端序） - 特征值（Characteristic Value）
属性类型：特征UUID（如 0x2A00 表示设备名称）。
属性值：实际数据或动态生成标志（DYNAMIC）。1
2// 示例：特征值动态生成（由应用层提供）
0x08, 0x00, [句柄], 0x01, 0x2A, 0x00, 0x00 // 0x2A00为设备名称特征 - 客户端特征配置描述符（CCCD）
属性类型：0x2902（固定值）。
属性值：配置通知（Notify）或指示（Indicate）的开关。1
2// 示例：CCCD描述符，句柄为0x0009
0x0a, 0x00, [句柄], 0x02, 0x29, 0x00, 0x00 // 0x2902为CCCD类型
初始化、服务及回调注册
根据业务需求，定义好profile_data后，调用ble_profile_init函数进行初始化，并注册服务及回调函数。
业务数据处理
当设备收到数据，会在相应回调中触发 case 相应的事件枚举。该枚举即对应相应的profile_data句柄。
att_server_init(multi_profile_data, att_read_callback, att_write_callback);
思考与拓展
服务句柄、特征值句柄、特征值值句柄、CCCD句柄？
在程序中通过case各种句柄事件，从而执行相应的操作
特征值句柄，用于读取元数据
特征值值句柄用于读写实际数据
CCCD句柄：特征描述符相关的标识，可选
客户端不与服务器端建立连接，可以读取特征值数据吗？
广播跟GATT层有什么联系？广播数据包必须包含哪些数据？必须与UUID关联？配置广播有什么标准要求吗？
扫描到的广播名称，即与0x09字段的绑定
广播数据包结构：
广播数据包包含了一个或多个字段，每个字段由长度、类型和数据组成。
类型字段定义了数据的含义，如设备名称、服务 UUID 等。
广播数据包可以是可连接的 (Connectable) 或不可连接的 (Non-connectable)。