BLE协议栈GATT服务器详细介绍
目录
概述
1 GATT服务器架构
2 核心组成部分及功能介绍
3 工作原理：服务器与客户端的互动
3.1 工作原理介绍
3.2 工作流程
4 GATT服务器和客户端通信流程
4.1 通信流程框图
4.2 流程分解
4.2.1 第一阶段：设备发现与连接
4.2.2 第二阶段：服务与特征发现
4.2.3 第三阶段：数据交互（核心）
概述
GATT服务器是蓝牙低功耗（BLE）通信中的核心数据提供方，简单理解，它是一个包含结构化数据的数据库。当两个BLE设备连接后，扮演GATT服务器角色的设备负责存储并向客户端（Client）提供数据。
1 GATT服务器架构
其数据采用一个清晰的分层结构进行组织：
2 核心组成部分及功能介绍
1） 服务（Service）
一个或多个相关功能的集合。例如，“心率监测服务”就是一个完整的服务单元。每个服务由一个唯一的UUID（通用唯一标识符）来标识。
2） 特征（Characteristic）
服务中数据交互的实际载体，是最常被读写的基本单元。例如，在“心率服务”中，“心率测量值”就是一个特征。一个特征包含多个属性，例如：
值（Value）：特征的实际数据。
声明（Declaration）：描述该特征的数据类型和权限。
客户端特征配置描述符（CCCD）：一个非常关键的描述符，客户端通过写入这个描述符来订阅或取消订阅服务器的通知（Notification）或指示（Indication）。
3） 属性（Attribute）
存储数据的最小单位。服务、特征、描述符在底层都是以属性的形式存储在属性表中。每个属性由句柄（Handle，唯一地址）、类型（UUID）、值和权限组成。
3 工作原理：服务器与客户端的互动
3.1 工作原理介绍
GATT服务器和客户端的角色是动态的，取决于数据流向。在同一个连接中，一个设备可以同时作为某些服务的服务器和另一些服务的客户端。
| 角色 | 职责 | 典型设备举例 |
|---|---|---|
| GATT 服务器 | 存储数据，响应读取（Read） 和写入（Write） 请求，主动向客户端推送数据（通知/指示）。 | 心率手环、温湿度传感器、智能灯泡 |
| GATT 客户端 | 发现服务，向服务器发起读取/写入请求，接收服务器推送的数据。 | 智能手机、平板电脑 |
3.2 工作流程
1） 客户端发现服务
连接建立后，客户端首先向服务器请求其属性表，以发现有哪些可用的服务和特征。
2） 客户端读写数据
客户端根据需求，向特征值（通过其句柄）发起读取或写入请求，服务器根据该特征的权限决定是否响应。
3） 服务器主动推送（关键机制）
这是服务器向客户端发送实时数据的常用方式，有两种模式：
通知（Notification）：服务器单向发送，不要求客户端确认。适用于数据丢失影响不大的场景（如实时心率）。
指示（Indication）：服务器发送后，必须等待客户端确认。适用于必须可靠送达的数据。
要实现推送，客户端必须先写入CCCD来启用订阅。
4 GATT服务器和客户端通信流程
4.1 通信流程框图
GATT服务器与客户端的通信流程是一个精心设计的单向请求-响应和订阅推送相结合的过程。为了让你快速掌握全貌，下图概括了从设备连接到数据交互的完整通信流程：
4.2 流程分解
4.2.1 第一阶段：设备发现与连接
在这一阶段，双方建立物理链路，并确定角色。
广播与扫描：作为 GATT服务器的设备（如传感器）会周期性向外广播自己的存在和基本信息。作为 GATT客户端的设备（如手机）则主动扫描周围的广播。
发起连接：客户端选定目标服务器后，向其发起连接请求。连接成功后，一个双向通信的通道便建立起来，此时服务器会暂停广播。
4.2.2 第二阶段：服务与特征发现
连接建立后，客户端第一件事就是“探索”服务器能提供什么。
发现所有主服务：客户端向服务器发送
Discover All Primary Services请求。服务器回复一个服务列表，每个服务由其唯一的UUID标识。发现服务的特征：客户端对感兴趣的服务，发送
Discover Characteristics请求。服务器回复该服务下所有的特征列表。这是最关键的一步，客户端将获取到每个特征的：
句柄：特征在属性表中的唯一地址，后续所有操作都基于它。
UUID：标识特征类型（如心率测量值）。
属性（Properties）：定义了客户端能对此特征做什么（如读、写、通知）。
权限（Permissions）：定义了操作的安全要求（如是否需要加密）。
4.2.3 第三阶段：数据交互（核心）
探索完毕后，真正的数据交换开始，主要有两种模式：
1） 模式一：客户端主动发起
读取特征值：客户端向指定特征的值句柄发送
Read Request。服务器回复Read Response，其中包含特征值。写入特征值：客户端向指定特征的值句柄发送
Write Request（要求确认）或Write Command（无需确认）。服务器会根据请求类型和权限决定是否执行并回复。
2） 模式二：服务器主动推送
这是实现传感器数据实时上传的关键。但它需要客户端先完成订阅。
客户端启用通知/指示：客户端找到目标特征下的
CCCD描述符，并向其写入0x0001（启用通知）或0x0002（启用指示）。服务器主动推送：一旦订阅成功，当特征值变化或满足条件时，服务器无需客户端询问，就会主动向客户端发送
Notification（单向通知）或Indication（需客户端回复确认的指示）。
3） 两种模式的交互流程对比
| 交互模式 | 发起方 | 通信方式 | 典型应用场景 |
|---|---|---|---|
| 客户端读写 | 客户端 | 请求-响应 | 读取设备名称、写入配置参数 |
| 服务器通知 | 服务器 | 主动推送 | 心率、温度等传感器数据的实时上传 |
