ESP32-C3 学习测试 蓝牙 篇（三、认识蓝牙 GATT 协议）
前言
上一篇系列文章我们使用 ESP-IDF 中的示例 GATT server，完成了手机连接开发板的初次体验。
虽然上文我们找到的入门的 GATT server 示例，但是对于蓝牙 GATT 概念，我们还是只停留留在 蓝牙协议栈基本框架层面的内容，对于更具体的理解我们还不知道，所以针对示例来说，我们也无从修改测试。
正所谓磨刀不误砍柴工，我们有必要先深入的学习一下 GATT 以及 GATT 相关的一些知识。
本文我们就来了解一下 蓝牙 GATT 到底是什么？同时了解下我们使用的 ESP32-C3 GATT 示例的工程的代码结构。
ESP32-C3 学习 蓝牙 篇系列博文连接：
自己画一块 ESP32-C3 的开发板（第一次使用立创 EDA）（PCB 到手）
https://xie.infoq.cn/article/30387388381a0d915b2494f91
开发环境是乐鑫官方的 ESP-IDF， 基于 VScode 插件搭建好的：
ESP32-C3 VScode 开发环境搭建（基于乐鑫官方 ESP-IDF——Windows 和 Ubuntu 双环境）
https://xie.infoq.cn/article/5b639e112cabba00cc1b8941a
蓝牙篇系列相关博文：
ESP32-C3 学习测试 蓝牙 篇（一、认识 ESP-IDF 的蓝牙框架、简单的了解蓝牙协议栈）
https://xie.infoq.cn/article/efbe5651b35c9d54c69bc0ab2
ESP32-C3 学习测试 蓝牙 篇（二、蓝牙调试 APP、开发板手机连接初体验）
一、概念导图
☆ 即便看完了很多资料，博主自己还是感觉蓝牙协议的专有名词定义有点复杂（相对其他很多物联网无线协议来说），如果不是专门从事蓝牙行业的人，即便官方有资料，对于这些专有名词专有定义也难以全部理解到位。
☆ 但是我们系列博文最终是以应用为目的，使用蓝牙最终还是使用蓝牙做一些数据的传输交互应用。所以对于专有名词暂时不用研究那么深，知道一些基本概念的的作用和意义即可。
对于基本的概念知识，查阅了很多相关的资料后多少有了一个初步的认识，对于蓝牙 GATT 来说，以应用为主所需要的了解的基本概念，主要就是 GATT，GAP，ATT 这几个协议，在系列博文第一篇《ESP32-C3 学习测试 蓝牙 篇（一、认识 ESP-IDF 的蓝牙框架、简单的了解蓝牙协议栈）》关于蓝牙协议的说明对于这几个协议的简单说明，如下图：
对于我们的应用来说，蓝牙无非是用来进行数据交互，我们直接从应用说起，我们使用手机和开发板进行蓝牙通讯，对应的 手机就是 Client 设备，开发板就是 Server 设备。
对于我的学习来说，就是从 BLE 通信的这两种设备入手的 ：Client 和 Server。
GATT 的结构
对于 Client 和 Server 的通讯，先来看一张图：
从上面的示意图可以看出，对于 GATT server 有很多分支，可想而知对于他的协议规定会有很多专有名词，我们的应用程序也大多是对 GATT server 这些参数进行修改配置，我总结了几张概念导图。
图中用的是 GATT Server 后面的分支应该是 Service！！
Service 的结构
图中用的是 Server（服务器），应该用 Service ，当初做图的时候估计还有点蒙：
上图中虽然以 Server 作为开头，其实 Server 可组成一个叫 profile 的概念（下面概念说明会讲到 ）。
Profile 的结构
蓝牙官方文档中对于 Profile 说明图：
二、概念说明
虽然上面上了一张概念导图，但是对于里面的一些基本概念我们有必要一个一个单独说明一下。
这里推荐几篇文章，部分内容也有参考：
2.1 名词解释
对概念导图中提到的专有名词进行单独的说明。
Server
Service 可以理解为一个服务，提供数据的服务，比如从机设备，但是在一个 Ble 从机中，可以有多个服务。
Server 和 Client 通过 ATT PDU 进行交互。
Server 通过 characteristic 对数据进行封装，每个 service 中又包含多个 characteristic 特征值。
profile
如果上面说的 service 是一个蓝牙联盟定义的标准服务，也可以称其为 profile。
profile 可以理解为一种规范，一个标准的通信协议，它存在于从机中。
蓝牙组织规定了一些标准的 profile，比如 HID/心率计/体温计/血糖仪等，都是标准蓝牙服务，因此都有相应的 profile 规格书。
每个从机都会有一个叫做 profile 的东西存在，不管是的自定义的 simpleprofile，还是标准的心率计 profile。
每个 profile 中会包含多个 service，每个 service 代表从机的一种能力。
characteristic
上面讲到： Server 通过 characteristic 对数据进行封装，每个 service 中又包含多个 characteristic 特征值。
ble 主从机的通信均是通过 characteristic 来实现，可以理解为一个标签，通过这个标签可以获取或者写入想要的内容。
一个 characteristic 包含三种条目：characteristic 声明，characteristic 的值以及 characteristic 的描述符。
这 3 个条目的含义可参考上面的概念导图，这里需要说明的是它们是用 attribute 来表达的，它们每一个都是一个 attribute 。
Characteristic 是在 GATT 规范中最小的逻辑数据单元，由一个 Value 和多个描述特性的 Desciptior 组成。实际上，在与蓝牙设备打交道，主要就是读写 Characteristic 的 value 来完成。
attribute
Attribute 是属于 ATT 属性层的东西，它是 ATT 层 的核心。
Attribute 其实就是一条一条的数据。前面说过，每个蓝牙设备就是用来提供服务的，而服务就是众多数据的合集，这个合集可以称为数据库，数据库里面每个条目都是一个 attribute。
Attribute 由以下 4 部分组成：属性句柄(Attribute Handler)、属性类型(AttributeType)、属性值(Attribute Value)、属性权限(Attribute Permissions)。
更多详细的说明可参考：
UUID
UUID（universally uniqueidentifier，通用唯一识别码）是一个软件构建标准，一个合法的 UUID，一定是随机的、全球唯一的。（UUID 并不是 BLE 独有的概念）
上面提到的 service 和 characteristic，都需要一个唯一的 uuid 来标识。
UUID 是 128 bit 的。
蓝牙联盟采用为官方的 UUID：
0000xxxx-0000-1000-8000-00805F9B34FB（上面概念图和推荐博文有详细说明）
2.2 GATT (Generic Attribute Profile)
GATT (通用属性配置) ，它定义两个 BLE 设备通过 Service 和 Characteristic 进行通信；
GATT 就是使用了 ATT（Attribute Protocol）协议，ATT 层定义了一个通信的基本框架，数据的基本结构，以及通信的指令，Service 和 characteristic 就是 GATT 层定义的， GATT 层用来赋予每个数据一个具体的内涵，让数据变得有结构和意义。
前面说过 server 端提供服务，服务就是数据，而数据就是一条一条的 attribute，而 service 和 characteristic 就是数据的逻辑呈现，或者说用户能看到的数据最终都转化为 service 和 characteristic。
一旦两个设备建立起了连接，GATT 就开始起作用了，这里需要说明的是，GATT 连接必需先经过 GAP 协议。
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；
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。
2.3 GAP(Generic Access Profile)
Generic Access Profile（通用访问规范） 它在用来控制设备连接和广播，用于提供蓝牙设备的通用访问功能，包括设备发现、连接、鉴权、服务发现等等。
GATT 是建立连接后通信规范， 而蓝牙是通过 GAP 建立通信的。
GAP 使你的设备被其他设备可见，并决定了你的设备是否可以或者怎样与合同设备进行交互。
GAP 给设备定义了若干角色，其中主要的两个是：外围设备（Peripheral）和中心设备（Central）。
外围设备：这一般就是非常小或者简单的低功耗设备，用来提供数据，并连接到一个更加相对强大的中心设备。例如小米手环。
中心设备：中心设备相对比较强大，用来连接其他外围设备。例如手机等。
2.4 ATT(Attribute Protocol)
ATT（Attribute Protocol）属性层是 GATT 和 GAP 的基础，它定义了 BLE 协议栈上层的数据结构和组织方式。
ATT 协议定义了两种角色：服务器角色和客户端角色。
站在蓝牙协议栈角度来看，ATT 层定义了一个通信的基本框架，数据的基本结构，以及通信的指令，而 GATT 层就是前文所述的 service 和 characteristic，GATT 层用来赋予每个数据一个具体的内涵，让数据变得有结构和意义。
GATT 是脱胎于 ATT ，ATT 是 Attribute Protocol Specification 属性规范协议，注意 ATT 是协议，而 GATT 是规范，两者不同点在于 ATT 规定了数据格式，而 GATT 则是按照 ATT 的格式将具体数据填充进去。
三、Client 设备连接说明
我们上面讲了很多关于蓝牙 GATT 的概念知识，我们开发板使用了 GATT server 示例后，就是一个 Server 设备，我们的手机就是 Client 设备。
当我们连接上以后，其实可以查看 Server 的信息的，为了加深对上面的概念的理解，我们使用手机连接后的图片来说明一些概念：
在上图中有一点，结合上面第一小节《一、概念导图》 中的 Profile 的结构 说明，每个 characteristic 都带有 Properties，这个 Properties 为蓝牙特征值的读写权限：
上面是手机客户端与我们烧录示例的 ESP32-C3 开发板连接后的截图，配合本文的上面一些说明，可以让我们更直观的理解上面提到的概念。
结语
在写本文前，博主自己确实对蓝牙的这些概念不太理解，当初看这些概念的时候也参考了很多很多文章，花了很多时间去记住整理这些概念，到现在使用起来还是需要对着概念图看，尴尬 = =！
所谓开发蓝牙应用程序，其实就是开发 service 和 characteristic。通过 API，添加自己需要的 characteristic 和 service，一个蓝牙设备就诞生了。
只要 characteristic 和 service 是符合 GATT 规范的，你可以随意添加任何 characteristic 和 service，并将他们组合成一个专门的蓝牙设备。由于这个蓝牙设备是按照规范来定义的，所以它可以与任何其他蓝牙设备，比如手机，互联互通，并完成所要求的的交互动作。
本文我们基本上把蓝牙 GATT 的概念认识了一遍，就算从来没接触过蓝牙，从本文入手，应该也能算是入门了解过了一些。当然，本文并没有深入的阐述每一个概念，一来对于蓝牙协议，博主也是初学者；二来博主还是以应用为目的，应用就是先能够使用修改起来，再谈深入。
那么蓝牙系列的下一篇文章，我们就要回到示例 GATT server ，分析一下示例程序代码，通过实际的程序加深我们对蓝牙 GATT 的理解，同时开始进行初步的修改测试 。
版权声明: 本文为 InfoQ 作者【矜辰所致】的原创文章。
原文链接:【http://xie.infoq.cn/article/9c35d44a61bf2f11aa0e5c407】。文章转载请联系作者。
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