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简介

在上一篇文章中，我已经对蓝牙和蓝牙广播的相关知识进行了介绍。那么在本章节中我们将详细的了解蓝牙传输数据的几种方式，和使用ESP-IDF来基于官方Demo的修改里实现一个GATTServer实现手机端对ESP32设备的订阅（notice）

对于一个蓝牙 GATT（Generic Attribute Profile）服务而言，其主要的功能是有，Write， Read，Write with no response， Notify， 和 indicate其主要的区别如下所示

ACK的意思是否进行确认，比如写的情况，当我写成功之后要求从机给我一个相应来确认是否写入成功。这个就是ACK。需要ACK的交互方式复杂度较高。一般被用于需要回调的敏感数据。

蓝牙 GATT（Generic Attribute Profile）服务简介

蓝牙 GATT（Generic Attribute Profile）服务 是 BLE 通信的核心，它定义了设备间数据的组织和交互方式。一个 GATT 服务由若干特征（Characteristic）组成，特征是具体的数据点，可以支持 读（Read）、写（Write/Write Without Response）、通知（Notify）、指示（Indicate） 等操作。通常，外围设备（GATT Server）保存数据，中心设备（GATT Client）通过这些操作来读取或修改数据，从而实现如传感器数据采集、智能家居控制、可穿戴设备同步等功能。

在ESP-IDF的环境下来实现GATT服务非常简单。官方有已经创建好的Demo示例。

首先我们需要创建GATT 项目

这份示例主要演示了 ESP32 作为 GATT Server 的典型用法。其主要流程如下：

设备广播（Advertising）：ESP32 会定期广播自己的名称、UUID 等信息。

客户端连接：比如手机 App 或另一台 ESP32（运行 GATT Client 示例）可以扫描并连接该 Server。

特征读写：客户端可以读取 ESP32 提供的特征值（如本文例子中模拟的湿度数据），也可以向其写入数据。

通知功能（Notify）：客户端启用 Notify 后，ESP32 会定时主动向客户端推送数据 （我这里进行了修改，数据是逐渐改变的。 采用的indicate模式，因此在接受到数据之后ESP32会收到来自手机的ACK确认）。

 GATT Server 程序的执行流程大概是（建议配合Demo进行阅读）：

1- 系统初始化（NVS、BLE 控制器、协议栈，已经在main方法中进行包含）。

 esp_err_t ret;

    // Initialize NVS.
    ret = nvs_flash_init();
    if (ret == ESP_ERR_NVS_NO_FREE_PAGES || ret == ESP_ERR_NVS_NEW_VERSION_FOUND)
    {
        ESP_ERROR_CHECK(nvs_flash_erase());
        ret = nvs_flash_init();
    }
    ESP_ERROR_CHECK(ret);

#if CONFIG_EXAMPLE_CI_PIPELINE_ID
    memcpy(test_device_name, esp_bluedroid_get_example_name(), ESP_BLE_ADV_NAME_LEN_MAX);
#endif

    ESP_ERROR_CHECK(esp_bt_controller_mem_release(ESP_BT_MODE_CLASSIC_BT));

    esp_bt_controller_config_t bt_cfg = BT_CONTROLLER_INIT_CONFIG_DEFAULT();
    ret = esp_bt_controller_init(&bt_cfg);
    if (ret)
    {
        ESP_LOGE(GATTS_TAG, "%s initialize controller failed: %s", __func__, esp_err_to_name(ret));
        return;
    }

    ret = esp_bt_controller_enable(ESP_BT_MODE_BLE);
    if (ret)
    {
        ESP_LOGE(GATTS_TAG, "%s enable controller failed: %s", __func__, esp_err_to_name(ret));
        return;
    }

    ret = esp_bluedroid_init();
    if (ret)
    {
        ESP_LOGE(GATTS_TAG, "%s init bluetooth failed: %s", __func__, esp_err_to_name(ret));
        return;
    }
    ret = esp_bluedroid_enable();
    if (ret)
    {
        ESP_LOGE(GATTS_TAG, "%s enable bluetooth failed: %s", __func__, esp_err_to_name(ret));
        return;
    }

2- 注册 GAP 和 GATTS 回调 （已经在main方法中进行包含）。

ret = esp_ble_gatts_register_callback(gatts_event_handler);
    if (ret)
    {
        ESP_LOGE(GATTS_TAG, "gatts register error, error code = %x", ret);
        return;
    }
    ret = esp_ble_gap_register_callback(gap_event_handler);
    if (ret)
    {
        ESP_LOGE(GATTS_TAG, "gap register error, error code = %x", ret);
        return;
    }
    ret = esp_ble_gatts_app_register(PROFILE_A_APP_ID);
    if (ret)
    {
        ESP_LOGE(GATTS_TAG, "gatts app register error, error code = %x", ret);
        return;
    }
    esp_err_t local_mtu_ret = esp_ble_gatt_set_local_mtu(500);
    if (local_mtu_ret)
    {
        ESP_LOGE(GATTS_TAG, "set local  MTU failed, error code = %x", local_mtu_ret);
    }

3- 设置广播包并启动广播。

static esp_ble_adv_data_t adv_data = {
    .set_scan_rsp = false,
    .include_name = true, // 说明蓝牙广播中包含name
    .include_txpower = false,
    .service_uuid_len = sizeof(adv_service_uuid128),
    .p_service_uuid = adv_service_uuid128, //指定的128位自定义服务ID
    .flag = (ESP_BLE_ADV_FLAG_GEN_DISC | ESP_BLE_ADV_FLAG_BREDR_NOT_SPT), # 说明这是一个BLE设备，不支持传统蓝牙
};

之后便是设置广播数据，并且启动广播（这些数据代码都在官方代码的对应event处理中，实际开发的时候不需要手动去操作每一个event，只需要在对应的event里来增加自己的代码就可以了。）

 esp_err_t ret = esp_ble_gap_config_adv_data(&adv_data);
        if (ret)
        {
            ESP_LOGE(GATTS_TAG, "config adv data failed, error code = %x", ret);
        }
        adv_config_done |= adv_config_flag;
        // config scan response data
        ret = esp_ble_gap_config_adv_data(&scan_rsp_data);

然后就是注册GATT服务

  esp_ble_gatts_create_service(gatts_if, &gl_profile_tab[PROFILE_A_APP_ID].service_id, GATTS_NUM_HANDLE_TEST_A);

并且来插入服务的特征

 esp_ble_gatts_start_service(gl_profile_tab[PROFILE_A_APP_ID].service_handle);
        a_property = ESP_GATT_CHAR_PROP_BIT_READ | ESP_GATT_CHAR_PROP_BIT_WRITE | ESP_GATT_CHAR_PROP_BIT_NOTIFY;
        esp_err_t add_char_ret = esp_ble_gatts_add_char(gl_profile_tab[PROFILE_A_APP_ID].service_handle, &gl_profile_tab[PROFILE_A_APP_ID].char_uuid,
                                                        ESP_GATT_PERM_READ | ESP_GATT_PERM_WRITE,
                                                        a_property,
                                                        &gatts_demo_char1_val, NULL);

由于在上方我已经定义了原本的服务ID为 0x1809

#define GATTS_SERVICE_UUID_TEST_A 0x1809

所以当前的服务会被识别为Health Thermometer Service服务

4- 客户端连接 ESP32，建立 GATT 会话。

5- 处理客户端请求（读、写、订阅 Notify）。

然后在这里我对官方的代码进行了一点修改，使其连接上之后，如果进行读的话，那么我会发送给他一个固定的数据。

case ESP_GATTS_READ_EVT:
    {
        ESP_LOGI(GATTS_TAG, "Characteristic read, conn_id %d, trans_id %" PRIu32 ", handle %d",
                 param->read.conn_id, param->read.trans_id, param->read.handle);

        uint8_t humi = 56; // 湿度%
        esp_gatt_rsp_t rsp;
        memset(&rsp, 0, sizeof(rsp));
        rsp.attr_value.handle = param->read.handle;
        rsp.attr_value.len = 1; // 只发一个字节
        rsp.attr_value.value[0] = humi;

        esp_ble_gatts_send_response(gatts_if, param->read.conn_id, param->read.trans_id, ESP_GATT_OK, &rsp);
        break;
    }

6- 若开启 Notify，ESP32 定时向客户端推送数据。

void notify_task(void *param) {
    while (notify_enabled) {
        uint8_t data[15];
        for (int i = 0; i < sizeof(data); ++i) {
            data[i] = notify_counter + i;
        }
        notify_counter++;
        esp_ble_gatts_send_indicate(gatts_if, conn_id, char_handle,
                                    sizeof(data), data, false);
        vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(1000)); // 每秒推送一次
    }
}

这里我也进行了修改，原本的订阅只是一个固定的数据，我在GATT的写事件里增加了一个任务的判断，使其如果当前的用户开启了通知的话，那么会判断当前的任务是否存在，如果不存在的话，启动一个task定期向手机端发送数据。如果用户点击关闭notify的话。那么则删除掉这个任务。这样的话就可以实现ESP32一直向手机端发送数据的功能了。

case ESP_GATTS_WRITE_EVT:
    {
        ESP_LOGI(GATTS_TAG, "Characteristic write, conn_id %d, trans_id %" PRIu32 ", handle %d", param->write.conn_id, param->write.trans_id, param->write.handle);
        if (!param->write.is_prep)
        {
            ESP_LOGI(GATTS_TAG, "value len %d, value ", param->write.len);
            ESP_LOG_BUFFER_HEX(GATTS_TAG, param->write.value, param->write.len);
            if (gl_profile_tab[PROFILE_A_APP_ID].descr_handle == param->write.handle && param->write.len == 2)
            {
                uint16_t descr_value = param->write.value[1] << 8 | param->write.value[0];
                if (descr_value == 0x0001)
                {
                    if (a_property & ESP_GATT_CHAR_PROP_BIT_NOTIFY)
                    {
                        ESP_LOGI(GATTS_TAG, "Notification enable");
                        notify_enabled = true;

                        if (notify_task_handle == NULL)
                        {
                            uint16_t *conn_id_copy = malloc(sizeof(uint16_t));
                            *conn_id_copy = param->write.conn_id;

                            xTaskCreate(notify_task,
                                        "notify_task",
                                        4096,
                                        conn_id_copy,
                                        5,
                                        &notify_task_handle);
                        }
                    }
                }
                else if (descr_value == 0x0002)
                {
                    if (a_property & ESP_GATT_CHAR_PROP_BIT_INDICATE)
                    {
                        ESP_LOGI(GATTS_TAG, "Indication enable");
                        uint8_t indicate_data[15];
                        for (int i = 0; i < sizeof(indicate_data); ++i)
                        {
                            indicate_data[i] = i % 0xff;
                        }
                        // the size of indicate_data[] need less than MTU size
                        esp_ble_gatts_send_indicate(gatts_if, param->write.conn_id, gl_profile_tab[PROFILE_A_APP_ID].char_handle,
                                                    sizeof(indicate_data), indicate_data, true);
                    }
                }
                else if (descr_value == 0x0000)
                {
                    ESP_LOGI(GATTS_TAG, "Notification/Indication disable");
                    notify_enabled = false;
                }
                else
                {
                    ESP_LOGE(GATTS_TAG, "Unknown descriptor value");
                    ESP_LOG_BUFFER_HEX(GATTS_TAG, param->write.value, param->write.len);
                }
            }
        }
        example_write_event_env(gatts_if, &a_prepare_write_env, param);
        break;
    }

效果演示

1- 手机搜索BLE服务

2- 查看其广播数据

3- 连接后查看具有的服务（已经成功的识别到我们定义的服务信息）

4- 读数据，成功读取到我们自定义的56，转换成Hex为0x38

5- 通知数据，自动刷新。点击notify后，数据自动发送，取消之后，数据停止发送

上图为不同的value值，从ESP32发送到手机。

附件

gatt-server.zip