藍牙Gatt的詳細解析

一、Gatt的概述

Bluetooth GATT (Generic Attribute Profile) 是藍牙4.0新加入的一項協議，它規定了設備之間基於屬性的通信方式。其主要作用是用於BLE(藍牙低功耗)設備之間的數據傳輸。通過Gatt來完成對設備的控制、設置設備的屬性、進行數據傳輸、監聽設備的屬性變化等。其主要的核心是通過UUID(通用唯一識別碼)來區分不同的服務和特徵(含多個屬性)。Gatt的優勢在於其低功耗、易於使用和大量使用的標準協議。

二、Gatt的體系架構

在Gatt的體系架構中包含了Service、Characteristic和Descriptor三個部分，它們構成了一個完整的Gatt服務。

Service：包含一個或多個Characteristic，一個Service可以包含多個Descriptor，可以理解為一個Service對應於一個設備模塊(如溫度計)或一組相關屬性(如心率服務),每個Service均被分配了一個唯一的16位或128位的UUID。

Characteristic：由於service可能包含多個Characteristic，因此每一個Characteristic都應該包含一個唯一的UUID標識。Characteristic被用來表示一個數據的特徵，一個Characteristic可能包含一個指針，指向當前Characteristic的值，也可能包含多個屬性的集合。包括read(讀取)、write(寫入)、notify(通知)和indicate(指向)等操作。

Descriptor:為了描述一個Characteristics的屬性，曲線求助 Descriptors。Descriptors也是包含一個唯一UUID標識，用來描述某個Characteristic中的一個特徵，可以用於對Characteristic的Permissions(權限)和Characteristic的Value(數值)進行描述。

三、Gatt的實現方式

Gatt可以通過Android中的BluetoothGatt類進行實現。以下是Gatt實現的示例代碼，其中主要包括了Gatt的連接、服務掃描、數據讀寫等操作。

 /**
     * 確保該操作完成後，才進行下一步操作
     */

    private CountDownLatch countDownLatch = null;

    public void getMtvAllNotification() {
        List supportedGattServices = getSupportedGattServices();
        Logger.i("服務數量 " + supportedGattServices.size());
        for (BluetoothGattService bluetoothGattService : supportedGattServices) {
            if (bluetoothGattService != null) {
                Logger.i("服務uuid " + bluetoothGattService.getUuid().toString());
                List characteristics = bluetoothGattService.getCharacteristics();
                for (BluetoothGattCharacteristic characteristic : characteristics) {
                    if (characteristic != null) {
                        Logger.i("特徵uuid " + characteristic.getUuid().toString());
                        if (countDownLatch != null) {
                            try {
                                countDownLatch.await();
                            } catch (InterruptedException e) {
                                e.printStackTrace();
                            }
                        }
                        final int charaProp = characteristic.getProperties();
                        Logger.d("當期操作屬性 " + charaProp);
                        if ((charaProp & BluetoothGattCharacteristic.PROPERTY_READ) > 0) {
                            // 據說按照4.4 版本core specification 規定，android 4.3需要做這個特殊處理 不然會出現133錯誤
                            new Handler(Looper.getMainLooper()).postDelayed(new Runnable() {
                                @Override
                                public void run() {
                                    Logger.d("readCharacteristic(characteristic) " + characteristic.getUuid());
                                    readCharacteristic(characteristic);
                                }
                            }, 33);
                        }
                        if ((charaProp & BluetoothGattCharacteristic.PROPERTY_NOTIFY) > 0) {
                            boolean isAdded = enableNotification(true, characteristic);
                            if (isAdded) {
                                // 設置同步工具類初始值為1
                                countDownLatch = new CountDownLatch(1);
                            }
                        }
                    }
                }
            }
        }
    } 
    
   private void readCharacteristic(BluetoothGattCharacteristic characteristic) {
        if (bluetoothGatt == null) {
            return;
        }
        boolean isRead = bluetoothGatt.readCharacteristic(characteristic);
        Logger.d("readCharacteristic isRead:" + isRead);
    }
    
    /**
     * 註冊/取消通知
     */
    private List characteristicNotificationList = new ArrayList();

    public boolean enableNotification(boolean enable, BluetoothGattCharacteristic characteristic) {
        if (bluetoothGatt == null || characteristic == null) {
            return false;
        }
        int properties = characteristic.getProperties();
        boolean success = bluetoothGatt.setCharacteristicNotification(characteristic, enable);
        Logger.d("setCharacteristicNotification status = " + success);

        /*
         * 取得描述符
         * 必須要有的代碼，根據已有的uuid創建描述符，特徵描述的UUID是固定的，根據業務邏輯定。
         * 下面描述符的UUID固定為0x2902
         */
        BluetoothGattDescriptor descriptor = characteristic.getDescriptor(
                UUID.fromString(SampleGattAttributes.DESCRIPTOR_CONFIG));
        if (descriptor != null) {
            if (enable) {
                descriptor.setValue(BluetoothGattDescriptor.ENABLE_NOTIFICATION_VALUE);
                descriptor.setValue(BluetoothGattDescriptor.ENABLE_INDICATION_VALUE);
            } else {
                descriptor.setValue(BluetoothGattDescriptor.DISABLE_NOTIFICATION_VALUE);
            }
            success = bluetoothGatt.writeDescriptor(descriptor);
            Logger.d("writeDescriptor status = " + success);
            if (success) {
                if (enable) {
                    characteristicNotificationList.add(characteristic);
                } else {
                    characteristicNotificationList.remove(characteristic);
                }
            }
        }
        return success;
    }

四、Gatt的相關注意事項

在使用Gatt時，需要注意以下事項：

1、Gatt的操作為異步操作，需要處理好操作完成後的回調；

2、Gatt的連接錯誤碼較多，需要根據實際情況進行處理；

3、Gatt在傳輸數據時需要確保數據格式正確，如endian的問題；

4、Gatt的模式分為GATT、ATT，其中GATT區分操作和數據，ATT不區分操作和數據；

5、Gatt中的權限問題需要注意，需要確保應用有足夠的權限進行Gatt操作。

五、Gatt的應用場景

Gatt主要應用於一些低功耗、易於連接和易於控制的設備中，如智能家居、智能穿戴、健康檢測設備等。它可以通過傳輸數據來進行設備之間的通訊和控制，具有廣泛的應用前景。