📚 课程目录第2章 GATT 核心概念精讲

2. GATT 核心概念精讲

好，咱们今天来聊聊 GATT Profile 的结构。说白了，这就是 BLE 设备之间怎么“说话”的规矩。你设计一个蓝牙设备，不管是手环、体脂秤还是传感器，都得按照这个规矩来。我个人习惯把 GATT Profile 想象成一棵倒着长的树——根在最上面，叶子在最下面。

这棵树的顶层是 Profile，它定义了设备的完整功能。往下是 Service（服务），再往下是 Characteristic（特征）。每个 Characteristic 还有自己的 Value 和 Descriptor（描述符）。今天咱们重点啃 Service 和 Characteristic 这两层。

核心要点：GATT Profile 的层次结构是：Profile → Service → Characteristic → Value + Descriptor。每一层都有严格的 UUID 定义和属性规则。

2.1 Service 的 UUID 定义

每个 Service 都有一个唯一的标识符，就是 UUID。你想想看，蓝牙 SIG（Special Interest Group）定义了一堆标准 Service，比如电池服务（0x180F）、设备信息服务（0x180A）、心率服务（0x180D）。这些标准 Service 用的是 16 位 UUID，省空间、效率高。

但如果你做的是自家产品，比如一个智能咖啡机，那就得用 128 位 UUID。格式长这样：XXXXXXXX-XXXX-XXXX-XXXX-XXXXXXXXXXXX。我建议你直接用在线 UUID 生成器搞一个，别自己瞎编，万一跟别人的冲突了，那调试起来可够你喝一壶的。

UUID 类型	长度	用途	示例
16 位 UUID	2 字节	蓝牙 SIG 标准 Service	0x180F（电池服务）
128 位 UUID	16 字节	自定义 Service	0000xxxx-0000-1000-8000-00805F9B34FB

我的小技巧：开发阶段先用标准 UUID 做原型验证，等产品定型了再换成自定义 128 位 UUID。这样前期用 nRF Connect 调试时，工具能自动识别服务名，省得你老去翻协议栈文档。

2.2 Primary Service 与 Secondary Service

Service 分两种：Primary Service（主要服务）和 Secondary Service（次要服务）。

Primary Service 是设备对外暴露的核心功能。比如一个心率带，它的 Primary Service 就是心率服务（0x180D）。每个设备至少得有一个 Primary Service，不然手机端根本发现不了你。

Secondary Service 呢？它是被 Primary Service 引用的辅助服务。说白了，它不能独立存在，必须挂在某个 Primary Service 下面。我在项目中遇到过一种情况：一个体脂秤，它的 Primary Service 是体脂测量服务，但里面引用了电池服务（Secondary Service）来上报电量。这样设计的好处是——电池服务可以被多个 Primary Service 复用。

注意：Secondary Service 不能单独被客户端发现。你必须在 Primary Service 的 Included Service 列表里显式引用它，手机端才能看到。我曾经有个同事忘了加这个引用，结果设备死活连不上，查了两天才发现是这个问题。

2.3 Included Service

Included Service 是 Service 之间的一种引用关系。一个 Service 可以把另一个 Service “包含”进来，形成层级结构。

举个例子：你的智能手表有一个“运动监测服务”（Primary Service），它里面包含了“心率服务”和“计步服务”作为 Included Service。这样客户端在访问运动监测服务时，就能顺藤摸瓜找到心率数据和步数数据。

Included Service 在 GATT 数据库里是用一个特殊的 Attribute 来表示的。它的结构长这样：

Attribute Handle: 0x0020
Type: 0x2802 (GATT Include Declaration)
Value: [Included Service UUID] + [起始句柄] + [结束句柄]

你想想看，这种设计有什么好处？模块化！你可以把通用的 Service（比如设备信息、电池）封装好，然后在不同的 Primary Service 里引用。代码复用率一下子就上去了。

2.4 Characteristic 的声明与属性

Characteristic 是 GATT 里真正干活的东西。Service 只是个容器，Characteristic 才是装数据的抽屉。

每个 Characteristic 由三部分组成：

Characteristic 声明：一个特殊的 Attribute，类型是 0x2803。它里面包含了 Characteristic 的属性、值句柄和 UUID。
Characteristic 值：实际存储数据的 Attribute。
Characteristic 描述符：可选的附加信息，比如客户端特征配置描述符（CCCD）、用户描述等。

Characteristic 声明（0x2803）的 Value 格式如下：

+--------+--------+--------+--------+--------+--------+
| 属性   | 值句柄 | UUID (16位或128位)                |
+--------+--------+--------+--------+--------+--------+
| 1 字节 | 2 字节 | 2 或 16 字节                      |
+--------+--------+--------+--------+--------+--------+

这里的“属性”字段就是 Characteristic 的能力标识。它是个位掩码，每一位代表一种能力：

位	属性名	说明
0	Broadcast	特征值可被广播
1	Read	客户端可读取特征值
2	Write Without Response	客户端可无应答写入
3	Write	客户端可有应答写入
4	Notify	服务端可主动通知客户端
5	Indicate	服务端可主动指示（需确认）
6	Authenticated Signed Writes	带签名的写入
7	Extended Properties	扩展属性标志

实战经验：Notify 和 Indicate 的区别你一定要搞清楚。Notify 只管发，不管对方收没收到；Indicate 会等对方确认。我做过一个血糖仪项目，数据必须可靠传输，所以用了 Indicate。但 Indicate 的吞吐量比 Notify 低，因为每次都要等确认。如果你做的是传感器数据流，用 Notify 就够了。

2.5 实战：定义一个简单的 Service

光说不练假把式。咱们用 Nordic nRF5 SDK 的代码风格，定义一个“环境传感器服务”。

// 自定义 128 位 UUID
#define BLE_UUID_ENV_SENSOR_SERVICE  0x0001
#define BLE_UUID_ENV_SENSOR_TEMP     0x0002
#define BLE_UUID_ENV_SENSOR_HUMID    0x0003

// 服务初始化
static uint32_t env_sensor_service_init(void)
{
    uint32_t   err_code;
    ble_uuid_t ble_uuid;
    
    // 注册自定义 UUID 类型
    ble_uuid128_t base_uuid = {
        .uuid128 = {0x12, 0x34, 0x56, 0x78, 0x9A, 0xBC, 0xDE, 0xF0,
                    0x11, 0x22, 0x33, 0x44, 0x55, 0x66, 0x77, 0x88}
    };
    
    err_code = sd_ble_uuid_vs_add(&base_uuid, &ble_uuid.type);
    APP_ERROR_CHECK(err_code);
    
    // 设置 Service UUID
    ble_uuid.uuid = BLE_UUID_ENV_SENSOR_SERVICE;
    
    // 添加 Primary Service
    err_code = sd_ble_gatts_service_add(BLE_GATTS_SRVC_TYPE_PRIMARY,
                                        &ble_uuid,
                                        &m_env_sensor.service_handle);
    APP_ERROR_CHECK(err_code);
    
    // 添加温度 Characteristic（支持 Read + Notify）
    // ... 此处省略 Characteristic 添加代码
    
    return NRF_SUCCESS;
}

这段代码做了三件事：注册自定义 UUID 类型、添加 Primary Service、预留 Characteristic 添加位置。你实际开发时，记得把 base_uuid 换成你自己生成的 128 位 UUID。

避坑指南：我曾经在量产阶段发现两个产品线用了相同的 base UUID，只是 16 位 UUID 不同。结果手机端把两个设备当成同一个服务，数据全乱了。从那以后，我要求每个产品线必须用独立的 128 位 base UUID，哪怕只是内部测试用。

2.6 小结

今天咱们把 GATT Profile 的骨架搭起来了。Service 是容器，Characteristic 是数据抽屉。Primary Service 是门面，Secondary Service 是幕后帮手。Included Service 让服务之间可以互相引用，实现模块化设计。