BLE连接与GATT交互流程：连接建立、MTU协商、服务发现、特征句柄映射

本章聚焦BLE连接建立后的GATT交互完整流程。作为读写特征的核心前置步骤，开发者需要精确掌握连接建立参数控制、MTU协商时机、服务发现策略以及句柄映射原理。这四个阶段决定了后续特征读写的可靠性与效率。

4.1 连接建立

BLE连接由发起者（Initiator）根据广播包中的连接请求触发，关键参数包括：

• 连接间隔（Connection Interval）：7.5ms~4s，典型值30~50ms。
• 从设备延迟（Slave Latency）：允许跳过的连接事件数，降低功耗。
• 监督超时（Supervision Timeout）：100ms~32s，超时则连接断开。

主机（GATT Client）收到连接完成事件后，即可发起后续交互。

4.2 MTU协商

ATT_MTU默认值23字节，协商后可扩展至512字节（BLE 4.2+）。协商过程遵循请求-响应模式：

// 主机发送MTU请求（建议值247）
ATT_MTU_REQ (client_rx_mtu = 247)

// 从设备回复MTU响应（取min(双方MTU)）
ATT_MTU_RSP (server_rx_mtu = 247)  // 协商结果MTU=247

性能影响：MTU越大，单包携带数据越多，可减少包数量并提高吞吐量。推荐在连接建立后立即发起协商。

4.3 服务发现

GATT服务发现流程分为主服务发现和包含服务/特征发现两类常用方式：

实际实现中常使用分组发现（针对每个服务）以提高效率。完成发现后需建立本地句柄映射表。

4.4 特征句柄映射

每个特征及其描述符在GATT服务器中拥有唯一16位句柄（Handle）。客户端需将逻辑特征UUID与物理句柄建立映射，才能执行后续读写：

// 典型映射结构（C伪代码）
typedef struct {
    uint16_t handle;          // 特征声明句柄（用于写CCCD）
    uint16_t value_handle;    // 特征值句柄（用于读写）
    uint16_t cccd_handle;     // 客户端特征配置描述符句柄（可选）
    uint8_t  properties;      // 属性（读/写/通知等）
} gatt_char_mapping_t;

// 服务发现完成后的映射示例
gatt_char_mapping_t battery_level = {
    .handle = 0x002E,
    .value_handle = 0x002F,
    .cccd_handle = 0x0030,
    .properties = GATT_CHAR_PROP_READ | GATT_CHAR_PROP_NOTIFY
};

映射表通常用链表或数组维护，在发现回调中动态填充。正确映射是后续特征读写和缓存更新的基础。

整体流程与关键数据包

下图展示了从连接建立到句柄映射就绪的完整状态机及典型ATT数据包交互：

代码示例（基于Zephyr API）

以下代码展示了在连接回调中按顺序触发MTU协商和服务发现，并填充句柄映射表的典型模式：

 // 连接回调（在User app中注册）
 static void connected(struct bt_conn *conn, uint8_t err) {
     if (err) return;
     // 1. 发起MTU协商（建议值247）
     bt_gatt_exchange_mtu(conn, 247);
 }
 
 // MTU协商完成回调（可选）
 static void mtu_updated(struct bt_conn *conn, uint16_t tx, uint16_t rx) {
     // 2. MTU就绪后启动服务发现
     // 发现所有主服务，并在发现回调中处理特征
     bt_gatt_discover_all_primary_services(conn, discover_cb, NULL);
 }
 
 // 发现回调（每个服务/特征/描述符触发一次）
 static uint8_t discover_cb(struct bt_conn *conn,
                            const struct bt_gatt_attr *attr,
                            struct bt_gatt_discover_params *params) {
     if (!attr) {
         // 发现完成，本地映射就绪
         return BT_GATT_ITER_STOP;
     }
     // 3. 根据attr填充映射表（此处简化）
     store_handle_mapping(attr->handle, attr->uuid, attr->user_data);
     return BT_GATT_ITER_CONTINUE;
 }

调试与常见错误