1. GATT 协议基础与特征结构：服务 UUID、特征声明、描述符、属性权限

1.1 协议栈定位与层级关系

Bluetooth Low Energy（BLE）协议栈中，GATT（Generic Attribute Profile） 位于 HCI（Host Controller Interface） 之上的应用层，负责定义属性（Attribute）的发现、读取、写入和通知机制。GATT 协议并非独立存在，它依赖 ATT（Attribute Protocol） 进行数据包传输，而 GAP（Generic Access Profile） 则管理连接建立与广播。三层协作关系如图所示：

1.2 服务（Service）与特征（Characteristic）

GATT 的核心抽象是属性（Attribute），按层次组织为服务（Service）和特征（Characteristic）。每个服务由一个或多个特征组成，每个特征包含一个值以及零个或多个描述符。特征是实际数据传输的载体。

1.3 特征声明结构详解

每个特征必须包含一个特征声明（UUID 0x2803），其数据格式固定为 5 字节（不带扩展型）或 7 字节（带扩展型）。常见 5 字节格式：

Byte 0-0: 特征属性 (Properties)     — 如 0x0A (通知 + 读)
Byte 1-2: 特征值句柄 (Handle)       — 指向特征值属性的句柄
Byte 3-4: 特征值 UUID (16位) 或 扩展型取前16位

1.4 属性权限（Attribute Permissions）

属性权限决定 GATT 客户端能否执行读、写、通知等操作，以及是否需要加密、认证或授权。权限由 GATT Server 端配置，在 ATT 层通过属性协议头中的 AuthSig 标志和加密链路共同实现。常用权限分为三类：

• 访问权限： 读 (read)、写 (write)、通知 (notify)、指示 (indicate)
• 加密要求： 无加密 (open)、加密连接 (encrypted)、带 MITM 保护 (authenticated)
• 授权要求： 需要应用层授权 (authorization)

在 Zephyr RTOS 中，属性权限通过 BT_GATT_PERM_READ、BT_GATT_PERM_WRITE 等宏组合定义。下面是一个典型的心率测量特征注册代码片段：

// Zephyr 示例：心率测量特征注册
BT_GATT_SERVICE_DEFINE(hrs_svc,
    BT_GATT_PRIMARY_SERVICE(BT_UUID_HRS),
    BT_GATT_CHARACTERISTIC(BT_UUID_HRS_MEASUREMENT,
                           BT_GATT_CHRC_NOTIFY,
                           BT_GATT_PERM_NONE,
                           NULL, NULL, NULL),
    BT_GATT_CCC(hrs_ccc_cfg,
                BT_GATT_PERM_READ | BT_GATT_PERM_WRITE),
);

属性权限位掩码（常见值）：

1.5 描述符（Descriptor）与 CCCD

描述符用于扩展特征的元数据。最关键的描述符是客户端特征配置描述符（CCCD，UUID 0x2902）。它允许 GATT 客户端通过写入 2 字节值来启用或禁用通知（Notification）或指示（Indication）。CCCD 值定义：

• 0x0000 — 禁用通知/指示
• 0x0001 — 使能通知（Server 主动发送，无需确认）
• 0x0002 — 使能指示（Server 主动发送，需应用层确认）

1.6 实现流程概览

1. 定义服务 UUID — 使用标准 16 位 UUID（如 0x180D）或自定义 128 位 UUID。
2. 声明特征 — 使用 BT_GATT_CHARACTERISTIC 宏，指定特征 UUID、属性、权限。
3. 注册值访问回调 — 实现 read/write 回调处理实际数据。
4. 添加描述符 — 至少添加 CCCD，也可能添加用户描述或演示格式描述符。
5. 设置属性权限 — 根据安全需求选择加密 / 认证级别。
6. 调试验证 — 使用 BLE 抓包工具或 nRF Connect 读取服务特征列表，检查声明与值对齐。

1.7 调试与验证命令

在 Zephyr 环境下，可通过 Shell 命令遍历已注册的服务：

uart:~$ bt gatt-show-db
[0] Handle 0x0003: primary service (0x180D)
[1] Handle 0x0005: characteristic (0x2A37) props: 0x10 (Notify) value handle 0x0006
[2] Handle 0x0007: client characteristic config (0x2902) read write

在 Linux 上使用 gatttool 或 bluetoothctl 手动读写：

# 连接设备并列出特征
bluetoothctl
menu gatt
list-attributes  // 显示所有服务与特征
select-attribute 0x0006   // 选择特征值句柄
read                          // 读取特征值

1.8 本章小结

掌握 GATT 属性层级是进行读写封装的基础。服务 UUID 标识一组功能，特征声明携带属性和值句柄，描述符提供配置与元数据，属性权限则决定安全边界。代码实现中，Zephyr 的宏定义提供了清晰的模型，但务必注意每个特征至少需要一个 CCCD 描述符才能支持通知/指示。下阶段将进入实际特征值的读写回调实现。