B站Miachael_ee——蓝牙教程笔记

B站Michael_ee蓝牙教程链接

一、蓝牙开篇介绍

1.蓝牙的最新资讯

• 蓝牙官网链接
  

（1）蓝牙概述

（2）蓝牙的分类及特点

（3）蓝牙的规范

（4）蓝牙学习资源

2.蓝牙的历史背景

• 维基百科蓝牙介绍链接—>需要科学上网
  
  

二、蓝牙协议栈

1.ESP32中蓝牙协议栈

（1）ESP-IDF蓝牙协议栈分类

（2）蓝牙协议栈的架构

（3）ESP-IDF 5.0中蓝牙的目录

• Controller
  
  
  
• host
  
  
  

（4）ESP-IDF 5.0中蓝牙的示例

三、GAP，Generic Access Profile，通用访问配置文件

1.官网文件规范下载

• Core Specification v5.0蓝奏云下载链接

2.GAP的介绍

（1）GAP作用

• 不同的蓝牙设备厂商遵守相同GAP规范，那么不同厂商的蓝牙设备之间就可以建立连接进行通信；
  

（2）BLE中设备的角色

四、GATT，Generic Attribute，通用属性规范

• GATT是ATT的上层协议（ATT， Attribute ，属性规范）
  

1.GATT中Client与Server

• Command（命令）：通常由主机（客户端，如手机）发送给从设备（服务器，如运动手环），用于控制服务器执行特定操作，如开启或关闭某个服务，设置服务器的工作模式等。服务器收到命令后会立即执行相应操作，一般不需要返回响应；
• Request（请求）：由客户端向服务器发送，用于获取服务器上的特定数据或请求执行某个操作，如读取某个特征值、写入数据到特定位置等，服务器在处理请求后会返回一个Response；
• Response（响应）：服务器对客户端Request的回复，包含了请求操作的结果或请求的数据。如果请求是读数据，响应中会包含相应的特征值；如果是写操作，响应会告知操作是否成功；
• Notification（通知）：服务器主动向客户端发送数据的一种方式，无需客户端确认，常用于实时性要求高但对数据可靠性要求相对较低的场景，如传感器数据的实时更新；
• Indication（指示）：类似Notification，但需要客户端确认，服务器发送Indication后，会等待客户端的Confirmation，确保数据可靠传输，适用于对数据准确性要求极高的场景；
• Confirmation（确认）：用于对Indication的回应，服务器发送Indication后，客户端需返回Confirmation，告知从设备数据已收到，以确保数据传输的可靠性；

总的来说，Command和Request是客户端发起的控制和获取数据的操作，Response是对Request的回应；Notification和Indication是服务器主动向客户端推送数据的方式，Confirmation是确保Indication数据传输可靠性的机制。

2.GATT中Server中数据的存储格式

• GATT Profile指定了用于交换配置文件数据的结构。此结构定义了在配置文件中使用的诸如服务和特征等基本元素。所有这些元素都包含在属性中。属性协议中使用的属性是承载此配置文件数据的容器。
• 层次结构的最顶层是配置文件。配置文件由一个或多个服务组成，这些服务是实现特定用例所必需的。每个服务由特征或对其他服务的引用构成。每个特征包含一个值，并可能包含关于该值的可选信息。服务、特征及其组成部分（即值和描述符）都包含在配置文件数据中，并存储在服务器的属性中。

（1）GATT中Attribute属性的数据结构

• Attribute是GATT中最小的数据实体。每个Attribute由 属性句柄（Handle）、属性类型（UUID）、属性值（Value）和访问权限（如可读、可写、可通知）组成；
  

  • Handle（句柄）：Attribute在GATT数据库中的唯一数字标识符（16位无符号整数），由服务器在启动时动态分配，类似“内存地址”；

    • 作用：设备间交互时，通过Handle快速定位目标属性，而非通过UUID或Value查找，提升效率；
    • 特点：同一连接中保持不变，断开连接后重新分配；

  • UUID（通用唯一标识符）：用于标识属性的“功能用途”。格式为16位或128位；

    • 分类：
      • 标准UUID：蓝牙SIG官方定义，用16位表示；
      • 自定义UUID：开发者自行定义，用于私有协议或特殊功能；
    • 作用：客户端通过UUID判断属性的功能，决定如何处理Value；
    • UUID文档下载链接
      
      

  • Value（值）：属性的实际数据内容，格式和长度由UUID类型决定；

    • 交互方式：
      • 读操作：客户端通过Handle读取Value；（客户端通过SDP，服务发现协议，获取句柄值）
      • 写操作：客户端通过Handle修改Value；
      • 通知/指示：服务器主动向客户端推送Value变化；

  • Permissions（访问权限）：控制属性Value的读写权限，由服务器在GATT数据库中预先配置

    • 常见权限类型：
      • 可读（Read）：允许客户端读取Value；
      • 可写（Write）：允许客户端写入Value（可能需要认证）；
      • 可通知（Notify）：允许服务器主动推送Value变化（无需确认）；
      • 可指示（Indication）：允许服务器主动推送Value变化（需客户端确认）；

（2）Service的数据结构

• Service Declaration Attribute（服务声明属性）
  

  • 作用：表示服务的存在和类型，是服务的“入口”；
  • 属性类型，标识该属性是用来进行服务声明；
    • 0x2800:主服务；独立存在，不依赖其他服务，可被设备端直接发现和访问；
    • 0x2801: 次服务；依附于主服务的子功能模块，用于扩展主服务功能，不能独立被客户端发现。需通过主服务的包含属性（Included Service Attribute，UUID=0x2802）间接关联；
    • 例如：主服务为“健康检测”（UUID 0x181B）包含此服务“血糖检测”（UUID 0x2A3C）和血氧检测（UUID 0x2A57）；
  • Value：
    • 对于主服务：Value是服务功能的UUID（如0x180F表示电池服务）；
    • 对于次服务：Value包含服务的UUID和关联主服务的UUID（若有）；
  • Permissions（访问权限） ：通常为只读，客户端通过读取该属性值识别服务类型；

• Included Service Attribute（包含服务属性）
  

  • 作用：在主服务中声明所包含的次服务，建立主服务与次服务的层级关系；
  • 属性类型：标识该属性用于在主服务中引用和包含其他服务，固定为0x2802;
  • Value：包含三个关键信息
    • 被包含服务的起始句柄；
    • 被包含服务的结束句柄；
    • 被包含服务的UUID；
    • 一个Service可以包含多个Included Service Attribute；
  • Permissions（访问权限） ：通常为只读；

（3）Characteristic特征值的数据结构

• 1.Characteristic Declaration Attribute（特征声明属性）
  
  • 作用：特征的“入口”，用于描述特征的基本信息；
  • 属性类型：固定为0x2803,标识该属性是特征声明；
  • Value：
    • 属性权限（Properties）： 8位无符号整数，每一位代表一种权限或通信方式
      
    • 特征值的句柄（Handle）：指向特征值属性的句柄，客户端通过该句柄直接读写数据；
    • 特征值的UUID：标识特征的业务类型（如心率测量0x2A37、电池电量0x2A19）；
    • 访问权限：只读；
• 2.Characteristic Value Attribute，特征值属性
  
  • 作用：
    • 特征值属性是特征的数据载体，用于存储和传输具体业务信息；
    • 客户端与服务器的数据交互（读、写、通知）最终都指向特征值属性；
  • 特征属性：UUID，用于标识数据类型，与特征声明属性Value中的特征值UUID一致；
    • 标准UUID ：蓝牙SIG预定义；
    • 自定义UUID：开发者自定义；
  • 值：实际存储的数据内容，格式和长度取决于特征类型：
  • 访问权限：由特征声明中的属性权限字段决定；
• 3.Characteristic Extended Properties Declartion 特征扩展属性声明
  
  • 作用：特征的“增强补丁”，用于定义复杂的通信行为，如：
    • 可靠写入（Reliable Write）：确保多次写入的数据被原子性处理；
    • 可靠辅助描述符（Reliable Auxiliaries）：允许客户端修改特征的元数据（用户描述符）；
  • 特征属性：UUID，固定为0x2900；
  • 属性值：一个字节的位域，每一位代表一种扩展功能；
  • 权限：只读；
  • 注意：特征声明属性中的Extended Properties（第7位）必须为1，才能启用特征扩展属性；
• 4.Characteristic User Description Attribute，用户描述属性
  
  • 作用：用于为特征提供人类可读的文本描述，向客户端解释特征的用途和含义；
  • 属性类型：UUID，固定为0x2901；
  • 值：通常是简短的描述，例如：Temperature in Celsius；
  • 权限：默认只读；
• 5.Client Characteristic Configuration Attribute 客户端配置属性
  
• 属性类型：UUID，固定为0x2902;
• 值：一个2字节的位域，每一位代表一种功能；
  
• 6.Server Configuration
  
  • 作用：定义服务器处理通知或指示时的行为，例如：
    • 是否允许客户端通过客户端特征配置描述符（UUID 0x2902）启用通知/指示；
    • 服务端是否主动发送通知/指示；
  • 属性类型：UUID，固定0x2903;
  • 值：一个2字节的无符号整数；
    
• 7.Presentation Format显示属性
  
  • 作用：特征的“数据说明书”，帮助客户端正确解析和显示数据；
  • UUID固定为0x2904;
  • 值：
    
    
• 8. Aggregate Format 聚合格式属性
     
  • 用于定义多个特征值如何聚合成一个聚合值；
  • UUID，固定为0x2905；
    

3.蓝牙数据传输格式