📚 课程目录第4章 GATT服务与医疗特征设计

4. GATT服务与医疗特征设计

GATT（Generic Attribute Profile）是BLE设备对外暴露数据的核心协议层。在医疗可穿戴场景中，设备通常同时承担两类角色：一类是遵循蓝牙SIG标准定义的医疗健康服务，另一类是厂商为特定算法或私有数据自定义的服务。理解这两类服务的组织方式、特征属性与数据打包规则，是设备互联互通的基础。

服务与特征的层级结构

GATT以属性表（Attribute Table）的形式组织数据，每个属性由句柄（Handle）、类型（UUID）、权限（Permissions）和值（Value）四要素构成。服务（Service）是一组相关特征的容器，特征（Characteristic）是实际承载数据的单元。一个特征至少包含两个属性：特征声明（Characteristic Declaration）和特征值（Characteristic Value）；若支持通知或指示，还需附加客户端特征配置描述符（CCCD，UUID 0x2902）。

服务分为主服务（Primary Service）和次要服务（Secondary Service）。医疗设备通常将HRS、BLP等标准服务声明为主服务，供中央设备直接发现；而将一些辅助配置信息放入次要服务，由主服务引用。服务UUID可以是16位标准UUID，也可以是128位自定义UUID。标准医疗服务的16位UUID由蓝牙SIG分配，例如心率服务为0x180D，血压服务为0x1810，健康温度计服务为0x1809，脉搏血氧服务为0x1822。

标准医疗健康服务要点

HRS（心率服务，0x180D）的核心特征是心率测量（0x2A37）。其数据格式由第一个字节的Flags决定：bit0为0表示心率值为uint8，为1表示uint16；bit1~bit2表示传感器接触状态；bit3表示能量消耗是否存在；bit4表示RR间期是否存在。例如Flags=0x06时，表示心率值为uint8、传感器接触良好、无能量消耗和RR间期，后续1字节即为心率值。

BLP（血压服务，0x1810）的血压测量特征（0x2A35）采用Indicate方式传输，确保中央设备确认收到。Flags字节的bit0表示单位（0=mmHg，1=kPa），bit1表示是否有脉搏率，bit2表示是否有用户ID，bit3表示是否有测量状态。收缩压、舒张压、平均动脉压各占2字节（SFLOAT格式），脉搏率占2字节。

HTS（健康温度计服务，0x1809）的温度测量特征（0x2A1C）使用IEEE-11073 32位FLOAT格式，包含Flags、温度值和时间戳。温度值以0.1℃为单位，例如375表示37.5℃。

PLX（脉搏血氧服务，0x1822）的PLX连续测量特征（0x2A5F）包含SpO2和脉搏率，采用SFLOAT格式，同时可携带测量状态和设备状态标志。

特征属性与权限设计

特征的属性（Properties）决定中央设备能执行的操作，权限（Permissions）决定协议栈层面的访问控制。常见属性包括：Read、Write、Write Without Response、Notify、Indicate。医疗数据通常采用Notify或Indicate上报：Notify无需确认，适合高频心率数据；Indicate需要确认，适合血压等关键测量结果。

权限设置需与属性匹配：若特征支持Notify，则CCCD必须可读写；若特征值只读，则权限设为Read；若允许中央设备写入配置参数，则设为Read/Write。注意，权限是协议栈强制执行的安全边界，而属性是应用层的能力声明，两者不可混淆。

医疗数据字段的打包与解析

BLE特征值本质是字节数组，医疗数据的打包需遵循“小端序、紧凑排列、Flags前置”的原则。以自定义运动伪影补偿特征为例，设计如下数据格式：

字节偏移  字段          类型      说明
0        Flags         uint8     bit0: 补偿使能; bit1: 置信度有效
1-2      补偿增益      uint16    小端序，单位0.001
3-4      补偿偏移      int16     小端序，单位0.01
5        置信度        uint8     0-100，百分比
6-7      时间戳        uint16    小端序，单位10ms

解析时，中央设备先读取Flags，再根据Flags决定后续字段是否存在。例如Flags=0x03时，全部字段有效；Flags=0x01时，置信度字段无效，应跳过。这种“Flags驱动”的解析方式与标准HRS、BLP一致，可保证向前兼容。

打包时务必使用小端序（Little-Endian），这是BLE GATT的默认字节序。若使用大端序，中央设备解析出的数值将完全错误。建议在代码中显式调用小端序转换函数，而非依赖编译器默认行为。

设计检查清单

标准服务UUID是否使用蓝牙SIG分配的16位UUID，避免与自定义服务冲突？
Notify特征是否配置了CCCD，且CCCD权限为Read/Write？
Indicate特征是否在应用层实现了确认超时重传机制？
多字节数值是否统一采用小端序打包？
Flags字段是否预留了足够的扩展位，以便后续增加字段而不破坏兼容性？
自定义128位UUID是否基于厂商基础UUID生成，避免随机碰撞？

在实际工程中，建议先用nRF Connect或LightBlue等工具扫描设备，确认服务与特征的UUID、属性和权限是否符合预期，再编写中央设备解析代码。若发现特征值读取失败，优先检查权限是否设置为Read，以及CCCD是否已正确写入使能值。