CC2640R2F BLE5.0 蓝牙协议栈通用属性配置文件（GATT）

通用属性配置文件（GATT）

正如GAP层负责连接相关的功能，GATT主要是负责在两个已经连接的设备交互数据，GAP层把BLE设备区分为主机Master（Central）和从机Slave（Perpherial），在GATT层则区分为Server和Client。客户端读取和写入存储在服务端的特征值(Characteristics )。

Server
该设备包含由GATT客户端读取或写入的characteristic。

Client
从GATT服务器读取或写入数据的蓝牙设备。

注意：对于GATT分层的Server/Client角色和GAP分层的Master（Central）/Slave（Perpherial）并没有直接关系。如上图，手机作为Central/Client,CC2640R2开发板作为 Peripheral/Server。

GATT的Profile、Service、Characteristics、Attributes

对于GATT层的Profile、Service、Characteristics、Attributes概念，我们一定要深入理解，因为一旦建立连接后，不管是嵌入式端还是应用端进行数据交互的都是这些概念。为了帮助理解，我们抽象以下包含关系：

一个或者多个Characteristic组成一个Service，一个多个Service组成Profile，Characteristic又由多个Attributes组成，每个Attribute由包含 Handle、Type、Permissions三个属性。
以下我们着重理解Characteristic，也是我们数据交互的最终实体，每个特征包含以下4个Attributes。

• Characteristic Value（特征值）
  用于characteristic的值

• Characteristic Declaration（特征声明）
  存储特征值的属性，位置和类型的描述符

• Client Characteristic Configuration（客户端特征配置）
  允许GATT服务器配置要通知的特性（异步发送消息）或指示的配置（与确认异步发送消息）

• Characteristic User Description（特征用户描述）
  描述特征的ASCII字符串
  这些属性存储在属性表中的GATT服务器中。除了该值之外，以下属性与每个属性相关联。

以上的每个Attributes 又由以下元素组成。

• Handle（句柄）
  表中属性的索引（每个属性都有一个唯一的句柄）

• Type（类型）
  指示属性数据表示什么（称为UUID [通用唯一标识符]，其中一些是蓝牙SIG定义的，一些是自定义的）

• Permissions（权限）
  强制GATT客户端设备如何以及如何访问属性的值

GATT客户端抽象层

下图所示，在GATT客户端应用程序大部分是直接使用GATT的API（少部分直接使用ATT层API），没有profile文件，因为GATT客户是得到数据，不需要建立属性表和配置文件。

GATT服务端抽象层

如图所示，在GATT服务端，GATT层的大部分功能由独立的profiles处理，然后可以看见perfiles又使用GAttservApp模块(一个可配置的模块，用于储存和管理属性表，详见BLE Stack API Reference)处理。

所以在建立GATT服务端的时候首先需要配置profiles文件，profiles文件调用GattServAppApp模块并使用其API与GATT层接口。在这种情况下应用程序不需要直接调用GATT层API，应用程序和Profiles文件接口。

GATT Services 和 Profile

在概述部分讲过，GATT service是characteristic的集合，多个service可以组合在一起形成一个profile，许多profile仅实现一个service，所以profile和service可以互换。

在simple_peripheral示例应用程序项目中定义了四个GATT服务。

• GAP GATT服务（GGS）
  此服务包含设备和访问信息，例如设备名称，供应商标识和产品标识。
  为此服务定义了以下特征：

  设备名称
  表现（Appearance）
  外围首选连接参数

• 通用属性服务
  该服务包含有关GATT服务器的信息，是蓝牙低功耗协议栈的一部分，每个GATT服务器设备都需要根据蓝牙5.0版本核心规范。

• 设备信息服务
  此服务公开了有关设备的信息，如硬件，软件版本，固件版本，规范信息，合规性信息和制造商名称。设备信息服务是蓝牙低功耗协议栈的一部分，由应用程序配置。

• simple_gatt_profile服务
  此服务是用于测试和演示的示例配置文件。完整的源代码在simple_gatt_profile.c和simple_gatt_profile.h文件中提供。

  // Initialize GATT attributes  GGS_AddService(GATT_ALL_SERVICES);           // GAP GATT Service  GATTServApp_AddService(GATT_ALL_SERVICES);   // GATT Service  DevInfo_AddService();                        // Device Information Service  SimpleProfile_AddService(GATT_ALL_SERVICES); // Simple GATT Profile

下图显示了simple_peripheral项目中的属性表，这些属性的设置都是通过上面4个服务函数。可以逐一打开查看修改。

使用BTool获取的简单GATT配置文件特性表。红色表示Profile声明，黄色表示字符声明，White表示与特定声明相关的属性。

simple_gatt_profile包含以下特性：

• SIMPLEPROFILE_CHAR1
  可以从GATT客户端设备读取或写入的1字节值
• SIMPLEPROFILE_CHAR2
  可以从GATT客户端设备读取但不能写入的1字节值
• SIMPLEPROFILE_CHAR3
  可以从GATT客户端设备写入但不能读取的1字节值
• SIMPLEPROFILE_CHAR4
  不能从GATT客户端设备直接读取或写入的1字节值（该值是通知属性）
• SIMPLEPROFILE_CHAR5
  可从GATT客户端设备读取（但不写入）的5字节值

0x001C是simple_gatt_profile服务声明。
此声明的UUID为0x2800（蓝牙定义 GATT_PRIMARY_SERVICE_UUID）。该声明的值是simple_gatt_profile（自定义）的UUID。

0x001D是SimpleProfileChar1特征声明。
该声明可以被认为是指向SimpleProfileChar1值的指针。该声明的UUID为0x2803（蓝牙定义GATT_CHARACTER_UUID）。下面解释characteristic声明值的含义（MSB到LSB）：

• 字节0是蓝牙核心规范版本5.0中定义的SimpleProfileChar1的属性 （以下是某些相关属性）。
  0x02：允许读取特征值
  0x04：允许写入特征值（无响应）
  0x08：允许写入特征值（带响应）
  0x10：允许通知特征值（无确认）
  0x20：允许通知特征值（带确认）
  characteristic1 0x0A的意义是该特性可读可写（0x02|0x08）

• 字节1-2：SimpleProfileChar1的值的句柄（句柄0x001E）

• 字节3-4：SimpleProfileChar1值的UUID（自定义0xFFF1）

• 0x001E是SimpleProfileChar1特征值
  该值的UUID为0xFFF1（自定义）。该值是characteristic的实际有效载荷数据。如其SimpleProfileChar1声明（句柄0x01D）所示，该值是可读写的。

• 0x001F是SimpleProfileChar1特征用户描述
  该描述的UUID为0x2901（蓝牙定义）。该描述的值是描述特征的用户可读字符串。

• 0x0020 - 0x002C
  剩下的四个特征描述具有和simpleProfileChar1相同结构的属性。唯一不同的属性是处理0x0028时，描述如下。

  0x0028是SimpleProfileChar4客户端特征配置。此配置的UUID为0x2902（蓝牙定义）。通过写入此属性，GATT服务器可以将SimpleProfileChar4配置为通知（写入0x0001）或指示（写入0x0002）。将0x0000写入此属性将禁用通知和指示。

GATT安全

如GATT 服务端抽象所述，GATT服务器可以为每个特性独立定义权限。服务器可能允许任何客户端访问某些characteristic，同时将访问其他characteristic仅限于认证或授权的客户端。这些权限通常被定义为更高级别的配置文件规范的一部分。对于自定义配置文件，用户可以选择他们认为合适的权限。有关GATT安全性的更多信息，请参阅蓝牙核心规范版本5.0的安全注意事项部分（[第3卷，第G部分，第8部分]）。

认证（Authentication）

在客户端通过认证配对方法之前，无法访问需要身份验证的特性。此验证在堆栈内执行，无需应用程序处理。唯一的要求是使GATT服务端正确注册该特性。
例如，simple_gatt_profile的characteristic5设置需要认证的读取。

//characteristic 5 {    {  ATT_BT_UUID_SIZE ， simpleProfilechar5UUID  }，   GATT_PERMIT_AUTHEN_READ ，   0 ，   simpleProfileChar5 }，

当未经身份验证的客户端尝试读取此值时，GATT服务器将自动拒绝它，而不调用simpleProfile_ReadAttrCB（）。只有当认证成功之后，读写的请求才会转发到profiles的读写回调，请参阅一下代码，该代码在simple_gatt_profile.c中simpleProfile_ReadAttrCB()函数里面。

  case SIMPLEPROFILE_CHAR1_UUID:  case SIMPLEPROFILE_CHAR2_UUID:  case SIMPLEPROFILE_CHAR4_UUID:    *pLen = 1;    pValue[0] = *pAttr->pValue;    break;  case SIMPLEPROFILE_CHAR5_UUID:    *pLen = SIMPLEPROFILE_CHAR5_LEN;    VOID memcpy( pValue, pAttr->pValue, SIMPLEPROFILE_CHAR5_LEN );    break;      default:    // Should never get here! (characteristics 3 和 4没有读权限)    *pLen = 0;    status = ATT_ERR_ATTR_NOT_FOUND;    break;

授权（Authorization）

授权是发生在认证之后对一些文档的访问权限更改删除，需要授权。授权是BLE已经实现的一个安全层。由于应用程序需要定义自己的授权要求，所以协议栈将这些特性的读/写请求转发到配置文件的应用程序层。

要从profile文件注册GATT服务器的授权信息，它必须使用堆栈定义一个授权回调。如下面伪代码(例程中没有使用授权)。

1. 注册授权回调

CONST  gattServiceCBs_t  simpleProfileCBs  = {    simpleProfile_ReadAttrCB ，      //读回调函数指针   simpleProfile_WriteAttrCB ，     //写回调函数指针   simpleProfile_authorizationCB   //授权回调函数指针};

2. 实现授权回调代码

static  bStatus_t  simpleProfile_authorizationCB （ uint16  connHandle ， gattAttribute_t  * pAttr ， uint8  opcode  ）{    //这只是一个示例实现，正常的用例将需要   更复杂的逻辑来确定设备是否被授权   if （clientIsAuthorized ）      return SUCCESS ;    else      return ATT_ERR_INSUFFICIENT_AUTHOR ; }

授权回调在协议栈上下文中执行，因此在这个函数中不应该执行太复杂的处理。具体实现由开发人员决定；上述回调应该被视为一个shell。如果客户端有权访问该特征返回SUCCESS，如果没有返回ATT_ERR_INSUFFICIENT_AUTHOR，授权需要事先通过连接进行身份验证，否则ATT_ERR_INSUFFICIENT_AUTHEN将作为错误响应发送。

如果需要授权的特性并注册了授权回调，但没有定义应用级授权回调，那么协议栈将返回ATT_ERR_UNLIKELY。因为这个错误并不明确，所以TI建议使用授权回调。

直接使用GATT层

上面客户端抽象说过，应用程序也可以直接使用GATT层API,本节就介绍如何在应用程序中使用GATT层，GATT层的功能在库中实现，但头文件功能可在gatt.h中找到。BLE Stack API Reference中有完整的API参考。作为GATT客户端（在simple_central项目中）使用GATT层的一般过程如下：

图中可以看出，GATT客户端发送命令之后，通过ICALL给协议栈发送ATT命令，然后协议栈处理之后返回响应，再由ICALL以ATT事件通知应用程序，应用程序得到ATT事件之后异步处理。注意：除了收到对自己的命令的响应外，GATT客户端还可以从GATT服务器接收异步数据作为指示或通知。使用GATT_RegisterForInd(selfEntity)注册接收这些ATT通知和指示。这些通知和指示也作为ATT事件（ATT_HANDLE_VALUE_NOTI＆ ATT_HANDLE_VALUE_INDG）发送到应用程序。这些事件必须按照GATT Services和Profile中的说明进行处理。

GAP GATT 服务（GGS）

在前面GATT服务和简介中说过，GGS服务包含设备和访问信息，例如设备名称，Appearance，外围首选连接参数。GGS的目的是在设备发现和连接启动过程中进行辅助。有关GGS的更多信息，请参阅蓝牙核心规范版本5.0的“GAT service”和“Characteristics for GATT Server”部分（[Vol 3]，C部分，第12节）。

1. 包含标题

#include  “gapgattserver.h”

2. 初始化GGS参数

// GAP GATT Attributes static  uint8_t  attDeviceName [ GAP_DEVICE_NAME_LEN ]  =  “This is a text” ;GGS_SetParameter （GGS_DEVICE_NAME_ATT ， GAP_DEVICE_NAME_LEN ， attDeviceName ）;

3. 使用GGS初始化应用程序回调（可选）。当GGS中的任何特征发生变化时，都会通知应用程序。

GGS_RegisterAppCB （＆appGGSCBs ）;

4. 将GGS添加到GATT服务器。

bStatus_t  GGS_AddService （GATT_ALL_SERVICES ）;

经过上面4个步骤的配置，就成功设置了GGS的参数，在central设备连接外围设备的时候就能获取这些参数，使用我们公司提供的XXX.apk可以在手机界面直接查看我们设置的参数值。

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