2.2、GATT 协议
GATT 的全名是 Generic Attribute Profile,它定义两个 BLE 设备通过 Service 和 Characteristic 进行通信;
GATT 使用了 ATT(Attribute Protocol)协议,ATT 协议把 Service, Characteristic 对应的数据保存在一个查找表中,查找表使用 16bit 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。
2.2.1、GATT 连接的网络拓扑
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,ConnectedTopology 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。
2.2.2、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;
2.2.3、GATT 结构
GATT 事务是建立在嵌套的Profiles, Services 和 Characteristics之上的的。
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;
例如心率 Profile(Heart Rate Profile)就是结合了 Heart Rate Service 和 Device Information 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 16bit 的,或者 128bit 的,16bit 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;
以 Heart Rate Service 为例,可以看到它的官方通过 16bit 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 16bit 或者 128bit 的 UUID 唯一标识,你可以免费使用 Bluetooth SIG 官方定义的标准 Characteristic,使用官方定义的,可以确保 BLE 的软件和硬件能相互理解;
举个例子:
Heart Rate Measurement Characteristic,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,接下来就是对应格式的实际心率数据;
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)。
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