第3章 GATT层详解

第3章 GATT层详解：Service与Characteristic定义、UUID分配、属性读写通知、体温计Profile设计

好，咱们接着聊。上一章我们把GAP层讲透了，这一章进入GATT层。说实话，GATT层才是蓝牙通信的灵魂所在。你想想看，两个设备连上了，然后呢？总得干点正事吧？GATT就是干这个的——它定义了数据怎么组织、怎么读写、怎么通知。

我在做体温计项目时，最头疼的就是GATT层的设计。一开始觉得不就是定义几个服务嘛，后来发现这里面的坑真不少。今天我把这些经验都倒出来，希望能帮你少走弯路。

3.1 Service与Characteristic：GATT的骨架

GATT层的数据模型，说白了就是一棵树。树根是Profile，树干是Service，树枝是Characteristic，树叶是Descriptor。我习惯这么记：Profile是整套协议，Service是功能模块，Characteristic是具体数据点。

举个例子，体温计Profile里有一个「体温测量服务」（Health Thermometer Service）。这个服务下面，会有一个「体温测量值」的Characteristic。嗯，就是这么个层级关系。

核心概念速记：

Service：一组相关功能的集合。比如电池服务、设备信息服务
Characteristic：一个具体的数据点。比如温度值、电量百分比
Descriptor：对Characteristic的描述或配置。比如客户端特征配置描述符（CCCD）

每个Service和Characteristic都有一个UUID来标识。UUID就是身份证号，全球唯一。蓝牙SIG组织定义了一些标准UUID，比如体温计服务的UUID是0x1809。如果你自己定义私有服务，那就得用128位的UUID。

3.2 UUID分配：标准与自定义的选择

UUID分配这块，我建议你遵循一个原则：能用标准的就别自己造。为什么？因为标准UUID是16位的，省空间。自定义128位UUID，每次通信都要传16个字节，浪费带宽。

体温计相关的标准UUID有哪些？我整理了一个表，你直接拿去用：

名称	UUID	说明
Health Thermometer Service	0x1809	体温计服务
Temperature Measurement	0x2A1C	温度测量值Characteristic
Temperature Type	0x2A1D	温度类型（口温/腋温/肛温）
Measurement Interval	0x2A21	测量间隔

如果你需要自定义数据，比如设备固件版本、校准参数，那就用128位UUID。我一般这么生成：取公司名+功能名的MD5，然后按标准格式排列。注意，UUID的字节序是小端模式，这个坑我踩过。

避坑指南：我曾经在UUID字节序上栽过跟头。定义了一个128位UUID，结果手机端解析出来完全不对。后来发现是大小端搞反了。记住：蓝牙协议里，UUID的字节序是小端（Little Endian）。

3.3 属性读写通知：数据怎么流动

Characteristic定义好了，数据怎么传？GATT定义了四种操作方式：读、写、通知、指示。我一个个说。

读（Read）：手机主动问，设备回答。适合查询静态数据，比如设备型号。但体温计这种实时数据，用读就不太合适——你总不能让手机一直轮询吧？

写（Write）：手机给设备发数据。比如设置测量间隔、校准参数。写操作分两种：带响应的写（Write Request）和不带响应的写（Write Command）。我建议关键参数用带响应的写，确保设备收到了。

通知（Notify）：设备主动推数据给手机，不需要手机确认。体温计测量完成，直接通过通知把温度值发出去。这是最常用的方式，效率高。

指示（Indicate）：和通知类似，但手机必须回复确认。适合传输关键数据，比如报警信息。缺点是慢，因为要等确认。

这里有个关键点：通知和指示需要手机端先使能。怎么使能？通过CCCD（客户端特征配置描述符）。手机往CCCD里写0x0001，通知就开了；写0x0002，指示就开了。这个逻辑，我建议你在固件里一定要做校验，防止非法使能。

我的经验：体温数据用通知，配置参数用带响应的写。别问为什么，问就是我在项目里试过用指示传体温数据，结果手机端处理不过来，丢包了。通知虽然不保证送达，但体温数据是连续上报的，丢一帧没关系。

3.4 体温计Profile设计：从理论到实战

好了，理论讲完了，咱们动手设计一个体温计Profile。我直接给你一个完整的例子，这是我之前一个项目里用过的，稍作修改。

首先，定义Service：

// 体温计服务 UUID: 0x1809
// 这个服务包含三个Characteristic

// 1. 温度测量值 Characteristic
// UUID: 0x2A1C
// 属性: 通知
// 权限: 读（用于获取CCCD状态）
// 数据格式: 浮点数，单位摄氏度

// 2. 温度类型 Characteristic  
// UUID: 0x2A1D
// 属性: 读
// 权限: 读
// 数据格式: 8位无符号整数
// 0x01 = 腋温, 0x02 = 口温, 0x03 = 肛温

// 3. 测量间隔 Characteristic
// UUID: 0x2A21
// 属性: 读 + 写
// 权限: 读 + 写
// 数据格式: 16位无符号整数，单位秒

代码实现上，我习惯用结构体来管理每个Characteristic：

typedef struct {
    uint16_t handle;          // 属性句柄
    uint16_t cccd_handle;     // CCCD句柄
    uint8_t  properties;      // 属性标志
    uint8_t  uuid[16];        // UUID
    uint8_t* value;           // 数据指针
    uint16_t value_len;       // 数据长度
} characteristic_t;

// 温度测量值实例
characteristic_t temp_meas = {
    .properties = GATT_CHAR_PROP_NOTIFY,
    .uuid = {0x1C, 0x2A},    // 注意小端序
    .value = &temp_value,
    .value_len = 4
};

这里要注意handle的分配。每个Service、Characteristic、Descriptor都有一个唯一的handle。handle从0x0001开始递增。我建议你在设计阶段就规划好handle范围，比如Service用0x0010-0x001F，Characteristic用0x0020-0x002F，这样后期扩展方便。

实战要点：

体温数据用IEEE 11073格式编码，这是医疗设备的通用格式。简单说就是32位浮点数，但字节序有讲究
测量间隔的默认值设为60秒，用户可以通过手机App修改
温度类型在设备初始化时固定，不需要用户修改
记得在CCCD里做权限校验，防止非法使能

最后，说说Profile的注册流程。在蓝牙协议栈初始化时，你需要按顺序注册Service、Characteristic、Descriptor。我一般这么写：

// 伪代码，具体API看你的协议栈
void profile_init(void) {
    // 1. 注册Service
    service_handle = gatt_add_service(0x1809);
    
    // 2. 注册温度测量值Characteristic
    temp_handle = gatt_add_characteristic(
        service_handle,
        0x2A1C,
        GATT_CHAR_PROP_NOTIFY,
        GATT_PERM_READ
    );
    
    // 3. 添加CCCD
    cccd_handle = gatt_add_descriptor(
        temp_handle,
        0x2902,  // CCCD的标准UUID
        GATT_PERM_READ | GATT_PERM_WRITE
    );
    
    // 4. 注册温度类型Characteristic
    type_handle = gatt_add_characteristic(
        service_handle,
        0x2A1D,
        GATT_CHAR_PROP_READ,
        GATT_PERM_READ
    );
    
    // 5. 注册测量间隔Characteristic
    interval_handle = gatt_add_characteristic(
        service_handle,
        0x2A21,
        GATT_CHAR_PROP_READ | GATT_CHAR_PROP_WRITE,
        GATT_PERM_READ | GATT_PERM_WRITE
    );
}

嗯，到这里，GATT层的基础知识就讲完了。下一章我们会深入GATT层的回调机制，看看数据到底是怎么在设备和手机之间流转的。到时候我会分享一个我调试了三天才搞定的bug，保证让你印象深刻。

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