假日藍芽工程師, ATT protocol

前言
搞定從Raspberry Pi讀心跳之後(by notification)，下一步就是弄清楚BLE通信協定。這篇文章希望可以提供一些範例，解釋GATT/ATT是怎麼運作的。希望他能幫助社會大眾了解BLE是怎麼玩的。

ATT (Attribute)
所有BLE裝置都要支援ATT (Attribute, 屬性)協定。看起來很厲害，其實只是一個資料結構：

    struct {
        u16 uuid; // Universally Unique Identifier
        u8 *data; // variable length data
    } att[65536];

這個通訊協定就是一張表格，一個陣列。陣列允許random access，只要給個index就可以了。在BLE的術語理，這個index叫handle。表格每個單元還包括16bit的UUID作為metadata，解釋這筆資料是什麼。另外資料並不是直接嵌在表格，而是放一個指標，允許可變長度的資料。

在上篇文章，我用了gatttool和心跳表打交道。這個工具就是透過RPi的藍芽dongle和心跳表的ATT layer打交道。參考gatttool的說明功能表就可以看出ATT protocol的功能：

在工具裡，執行"char-desc"可以把藍芽裝置所有的handle和對應的UUID讀出。對應的pseudo code看起來很像這樣：

    for handle in range(1, 65535):
        if att[handle] is effective:

            print "handler=%d, uuid=%d", i, att[i].uuid

我實際上在RPi執行的結果如下：

要在8051/ARM實作ATT protocol不會很難，就是一個存資料的資料結構而已。這邊有兩點值得再注意：

1. UUID代表Universal Unique IDentifier，這個ID和資料放在一起，功能是描述這筆資料是什麼，也就是俗稱的metadata。一般去google找"Bluetooth BLE NNNN"就找得到UUID的意義。
2. ATT protocol對資料長度沒有限制，實際的規範定義在上層GATT裡

以handle[0x3]當例子，這筆的UUID = 0x2A00代表裝置名稱。下面的截圖讀到0x48, 0x52, 0x4D，對照ASCII表格就查得到是"HRM"。這個字串和我在手機上看到的是一致的。

我的心跳表

要分析BLE裝置支援的功能，gatttool真的是滿好用的。我做了一些功課讀出每個handle並且找出意義。下面看得到ATT表格看起來是同樣功能的東西會集中在一起。這裡面也有一些有趣的參數，比如handle[0x1F]指出他是"Cambridge Silicon R"(CSR)的解決方案；handle[0x1b]指出開發工具的版本是"uEnergy SDK 1.4.3"。

* Generic Access Service

handle: 0x0001, uuid: 2800          1800, Generic access

handle: 0x0002, uuid: 2803          0a 0003 2a00

handle: 0x0003, uuid: 2a00          Device Name, "HRM"

handle: 0x0004, uuid: 2803          02 05 2a01

handle: 0x0005, uuid: 2a01          Appearance, 0x340=832, Generic Heart Rate Sensor

handle: 0x0006, uuid: 2803          02 07 2a04, Peripheral preferred connection parameter 

handle: 0x0007, uuid: 2a04          000a 0010 0064 04e2

    min-connection-interval = 0xA * 1.25ms = 12.5ms

    max-connection-interval = 0x10 * 1.25ms = 20ms

    Slave latency = 0x64 * interval = 100*interval = 1.25s ~ 2s

    Connection Superviser Timeout = 0x4E2 * interval = 1250 * interval = 15.625s ~ 25s

* Generic Attributes

handle: 0x0008, uuid: 2800          1801, Generic attributes

* Heart Rate

handle: 0x0009, uuid: 2800          180D, Heart Rate

handle: 0x000a, uuid: 2803          10 000b 2a37

handle: 0x000b, uuid: 2a37          Heart rate measurement, only notify (*)

handle: 0x000c, uuid: 2902          Control channel

handle: 0x000d, uuid: 2803          02 000e 2a38

handle: 0x000e, uuid: 2a38          01, chest

handle: 0x000f, uuid: 2803          08 0010 2a39

handle: 0x0010, uuid: 2a39          Heart rate control point

* Battery Service

handle: 0x0011, uuid: 2800          180F, Battery Service

handle: 0x0012, uuid: 2803          12 0013 2a19

handle: 0x0013, uuid: 2a19          Battery level, 0~100

handle: 0x0014, uuid: 2902          Control channel

* Device Information

handle: 0x0015, uuid: 2800          180A, Device Information

handle: 0x0016, uuid: 2803          02 0017 2a25

handle: 0x0017, uuid: 2a25          Serial Num, 34 36 58 41 36 37 39 57 44 4e 44 52 43 58 37 50 00 

handle: 0x0018, uuid: 2803          02 0019 2a27

handle: 0x0019, uuid: 2a27          Hw Revision String, 41 30 34 55, “@04U"

handle: 0x001a, uuid: 2803          02 001b 2a26

handle: 0x001b, uuid: 2a26          FW Rev String, “uEnergy SDK 1.4.3”

handle: 0x001c, uuid: 2803          02 001d 2a28

handle: 0x001d, uuid: 2a28          SW Rev String, “1.4.3.1”

handle: 0x001e, uuid: 2803          02 001f 2a29

handle: 0x001f, uuid: 2a29          Manufacturer, “Cambridge Silicon R"

handle: 0x0020, uuid: 2803          02 0021 2a50

handle: 0x0021, uuid: 2a50          PnP ID, 01 000a 014c 0100, vendor-id-src, vendor-id, product-id, product-rev

下一步: GATT

根據這張表格，要搞懂GATT的意義應該會比較容易一點