CC2640R2F BLE5.0 藍牙協定棧通用屬性配置檔案（GATT）

通用屬性配置檔案（GATT）

正如GAP層負責連接配接相關的功能，GATT主要是負責在兩個已經連接配接的裝置互動資料，GAP層把BLE裝置區分為主機Master（Central）和從機Slave（Perpherial），在GATT層則區分為Server和Client。用戶端讀取和寫入存儲在服務端的特征值(Characteristics )。

Server

該裝置包含由GATT用戶端讀取或寫入的characteristic。

Client

從GATT伺服器讀取或寫入資料的藍牙裝置。

注意：對于GATT分層的Server/Client角色和GAP分層的Master（Central）/Slave（Perpherial）并沒有直接關系。如上圖，手機作為Central/Client,CC2640R2開發闆作為 Peripheral/Server。

GATT的Profile、Service、Characteristics、Attributes

對于GATT層的Profile、Service、Characteristics、Attributes概念，我們一定要深入了解，因為一旦建立連接配接後，不管是嵌入式端還是應用端進行資料互動的都是這些概念。為了幫助了解，我們抽象以下包含關系：

一個或者多個Characteristic組成一個Service，一個多個Service組成Profile，Characteristic又由多個Attributes組成，每個Attribute由包含 Handle、Type、Permissions三個屬性。

以下我們着重了解Characteristic，也是我們資料互動的最終實體，每個特征包含以下4個Attributes。

• Characteristic Value（特征值）

  用于characteristic的值

• Characteristic Declaration（特征聲明）

  存儲特征值的屬性，位置和類型的描述符

• Client Characteristic Configuration（用戶端特征配置）

  允許GATT伺服器配置要通知的特性（異步發送消息）或訓示的配置（與确認異步發送消息）

• Characteristic User Description（特征使用者描述）

  描述特征的ASCII字元串

  這些屬性存儲在屬性表中的GATT伺服器中。除了該值之外，以下屬性與每個屬性相關聯。

以上的每個Attributes 又由以下元素組成。

• Handle（句柄）

  表中屬性的索引（每個屬性都有一個唯一的句柄）

• Type（類型）

  訓示屬性資料表示什麼（稱為UUID [通用唯一辨別符]，其中一些是藍牙SIG定義的，一些是自定義的）

• Permissions（權限）

  強制GATT用戶端裝置如何以及如何通路屬性的值

GATT用戶端抽象層

下圖所示，在GATT用戶端應用程式大部分是直接使用GATT的API（少部分直接使用ATT層API），沒有profile檔案，因為GATT客戶是得到資料，不需要建立屬性表和配置檔案。

GATT服務端抽象層

如圖所示，在GATT服務端，GATT層的大部分功能由獨立的profiles處理，然後可以看見perfiles又使用GAttservApp子產品(一個可配置的子產品，用于儲存和管理屬性表，詳見BLE Stack API Reference)處理。

是以在建立GATT服務端的時候首先需要配置profiles檔案，profiles檔案調用GattServAppApp子產品并使用其API與GATT層接口。在這種情況下應用程式不需要直接調用GATT層API，應用程式和Profiles檔案接口。

GATT Services 和 Profile

在概述部分講過，GATT service是characteristic的集合，多個service可以組合在一起形成一個profile，許多profile僅實作一個service，是以profile和service可以互換。

在simple_peripheral示例應用程式項目中定義了四個GATT服務。

• GAP GATT服務（GGS）

  此服務包含裝置和通路資訊，例如裝置名稱，供應商辨別和産品辨別。

  為此服務定義了以下特征：

  裝置名稱

  表現（Appearance）

  外圍首選連接配接參數

• 通用屬性服務

  該服務包含有關GATT伺服器的資訊，是藍牙低功耗協定棧的一部分，每個GATT伺服器裝置都需要根據藍牙5.0版本核心規範。

• 裝置資訊服務

  此服務公開了有關裝置的資訊，如硬體，軟體版本，固件版本，規範資訊，合規性資訊和制造商名稱。裝置資訊服務是藍牙低功耗協定棧的一部分，由應用程式配置。

• simple_gatt_profile服務

  此服務是用于測試和示範的示例配置檔案。完整的源代碼在simple_gatt_profile.c和simple_gatt_profile.h檔案中提供。

// 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      

下圖顯示了simple_peripheral項目中的屬性表，這些屬性的設定都是通過上面4個服務函數。可以逐一打開檢視修改。

使用BTool擷取的簡單GATT配置檔案特性表。紅色表示Profile聲明，黃色表示字元聲明，White表示與特定聲明相關的屬性。

simple_gatt_profile包含以下特性：

• SIMPLEPROFILE_CHAR1

  可以從GATT用戶端裝置讀取或寫入的1位元組值

• SIMPLEPROFILE_CHAR2

  可以從GATT用戶端裝置讀取但不能寫入的1位元組值

• SIMPLEPROFILE_CHAR3

  可以從GATT用戶端裝置寫入但不能讀取的1位元組值

• SIMPLEPROFILE_CHAR4

  不能從GATT用戶端裝置直接讀取或寫入的1位元組值（該值是通知屬性）

• SIMPLEPROFILE_CHAR5

  可從GATT用戶端裝置讀取（但不寫入）的5位元組值

0x001C是simple_gatt_profile服務聲明。

此聲明的UUID為0x2800（藍牙定義 GATT_PRIMARY_SERVICE_UUID）。該聲明的值是simple_gatt_profile（自定義）的UUID。

0x001D是SimpleProfileChar1特征聲明。

該聲明可以被認為是指向SimpleProfileChar1值的指針。該聲明的UUID為0x2803（藍牙定義GATT_CHARACTER_UUID）。下面解釋characteristic聲明值的含義（MSB到LSB）：

• 位元組0是藍牙核心規範版本5.0中定義的SimpleProfileChar1的屬性 （以下是某些相關屬性）。

  0x02：允許讀取特征值

  0x04：允許寫入特征值（無響應）

  0x08：允許寫入特征值（帶響應）

  0x10：允許通知特征值（無确認）

  0x20：允許通知特征值（帶确認）

  characteristic1 0x0A的意義是該特性可讀可寫（0x02|0x08）

• 位元組1-2：SimpleProfileChar1的值的句柄（句柄0x001E）
• 位元組3-4：SimpleProfileChar1值的UUID（自定義0xFFF1）

• 0x001E是SimpleProfileChar1特征值

  該值的UUID為0xFFF1（自定義）。該值是characteristic的實際有效載荷資料。如其SimpleProfileChar1聲明（句柄0x01D）所示，該值是可讀寫的。

• 0x001F是SimpleProfileChar1特征使用者描述

  該描述的UUID為0x2901（藍牙定義）。該描述的值是描述特征的使用者可讀字元串。

• 0x0020 - 0x002C

  剩下的四個特征描述具有和simpleProfileChar1相同結構的屬性。唯一不同的屬性是處理0x0028時，描述如下。

  0x0028是SimpleProfileChar4用戶端特征配置。此配置的UUID為0x2902（藍牙定義）。通過寫入此屬性，GATT伺服器可以将SimpleProfileChar4配置為通知（寫入0x0001）或訓示（寫入0x0002）。将0x0000寫入此屬性将禁用通知和訓示。

GATT安全

如GATT 服務端抽象所述，GATT伺服器可以為每個特性獨立定義權限。伺服器可能允許任何用戶端通路某些characteristic，同時将通路其他characteristic僅限于認證或授權的用戶端。這些權限通常被定義為更進階别的配置檔案規範的一部分。對于自定義配置檔案，使用者可以選擇他們認為合适的權限。有關GATT安全性的更多資訊，請參閱藍牙核心規範版本5.0的安全注意事項部分（[第3卷，第G部分，第8部分]）。

認證（Authentication）

在用戶端通過認證配對方法之前，無法通路需要身份驗證的特性。此驗證在堆棧内執行，無需應用程式處理。唯一的要求是使GATT服務端正确注冊該特性。

例如，simple_gatt_profile的characteristic5設定需要認證的讀取。

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

當未經身份驗證的用戶端嘗試讀取此值時，GATT伺服器将自動拒絕它，而不調用simpleProfile_ReadAttrCB（）。隻有當認證成功之後，讀寫的請求才會轉發到profiles的讀寫回調，請參閱一下代碼，該代碼在simple_gatt_profile.c中simpleProfile_ReadAttrCB()函數裡面。

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沒有讀權限)
    *pLen = 0;
    status = ATT_ERR_ATTR_NOT_FOUND;
    break;      

授權（Authorization）

授權是發生在認證之後對一些文檔的通路權限更改删除，需要授權。授權是BLE已經實作的一個安全層。由于應用程式需要定義自己的授權要求，是以協定棧将這些特性的讀/寫請求轉發到配置檔案的應用程式層。

要從profile檔案注冊GATT伺服器的授權資訊，它必須使用堆棧定義一個授權回調。如下面僞代碼(例程中沒有使用授權)。

1. 注冊授權回調

CONST  gattServiceCBs_t  simpleProfileCBs  = { 
	   simpleProfile_ReadAttrCB ，      //讀回調函數指針
	   simpleProfile_WriteAttrCB ，     //寫回調函數指針
	   simpleProfile_authorizationCB   //授權回調函數指針
	};      

1. 實作授權回調代碼

static  bStatus_t  simpleProfile_authorizationCB （ uint16  connHandle ， gattAttribute_t  * pAttr ， uint8  opcode  ）
	{ 
	   //這隻是一個示例實作，正常的用例将需要
	   更複雜的邏輯來确定裝置是否被授權
	
	   if （clientIsAuthorized ）
	      return SUCCESS ; 
	   else
	      return ATT_ERR_INSUFFICIENT_AUTHOR ; 
	}      

授權回調在協定棧上下文中執行，是以在這個函數中不應該執行太複雜的處理。具體實作由開發人員決定；上述回調應該被視為一個shell。如果用戶端有權通路該特征傳回SUCCESS，如果沒有傳回ATT_ERR_INSUFFICIENT_AUTHOR，授權需要事先通過連接配接進行身份驗證，否則ATT_ERR_INSUFFICIENT_AUTHEN将作為錯誤響應發送。

如果需要授權的特性并注冊了授權回調，但沒有定義應用級授權回調，那麼協定棧将傳回ATT_ERR_UNLIKELY。因為這個錯誤并不明确，是以TI建議使用授權回調。

直接使用GATT層

上面用戶端抽象說過，應用程式也可以直接使用GATT層API,本節就介紹如何在應用程式中使用GATT層，GATT層的功能在庫中實作，但頭檔案功能可在gatt.h中找到。BLE Stack API Reference中有完整的API參考。作為GATT用戶端（在simple_central項目中）使用GATT層的一般過程如下：

圖中可以看出，GATT用戶端發送指令之後，通過ICALL給協定棧發送ATT指令，然後協定棧處理之後傳回響應，再由ICALL以ATT事件通知應用程式，應用程式得到ATT事件之後異步處理。注意：除了收到對自己的指令的響應外，GATT用戶端還可以從GATT伺服器接收異步資料作為訓示或通知。使用GATT_RegisterForInd(selfEntity)注冊接收這些ATT通知和訓示。這些通知和訓示也作為ATT事件（ATT_HANDLE_VALUE_NOTI＆ ATT_HANDLE_VALUE_INDG）發送到應用程式。這些事件必須按照GATT Services和Profile中的說明進行處理。

GAP GATT 服務（GGS）

在前面GATT服務和簡介中說過，GGS服務包含裝置和通路資訊，例如裝置名稱，Appearance，外圍首選連接配接參數。GGS的目的是在裝置發現和連接配接啟動過程中進行輔助。有關GGS的更多資訊，請參閱藍牙核心規範版本5.0的“GAT service”和“Characteristics for GATT Server”部分（[Vol 3]，C部分，第12節）。

1. 包含标題

#include  “gapgattserver.h”      

1. 初始化GGS參數

// 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 ）;      

1. 使用GGS初始化應用程式回調（可選）。當GGS中的任何特征發生變化時，都會通知應用程式。

GGS_RegisterAppCB （＆appGGSCBs ）;      

1. 将GGS添加到GATT伺服器。

bStatus_t  GGS_AddService （GATT_ALL_SERVICES ）;      

經過上面4個步驟的配置，就成功設定了GGS的參數，在central裝置連接配接外圍裝置的時候就能擷取這些參數，使用我們公司提供的XXX.apk可以在手機界面直接檢視我們設定的參數值。

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