BLE 5協議棧-屬性協議層（ATT）
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屬性協議（Attribute Protocol）簡稱ATT。
ATT層定義了屬性實體的概念，包括UUID、句柄和屬性值等，也規定了屬性的讀、寫、通知等操作方法和細節，這些與屬性操作相關的內容稱為屬性協議。ATT層規定了ATT_MTU值，如果屬性值很長，超過了ATT_MTU限制，將使用特殊的讀寫方法進行操作。
基於ATT層，可以構建出通用屬性操作規範。
1. 屬性
在藍牙協議中， 屬性是指一個數據實體，它包含標識符，句柄，數據內容，訪問權限，安全問題等。
屬性協議規定了屬性的發現和讀寫訪問的方法。
1.1 類型
屬性類型由一個UUID（Universally Unique Identifier）表示。UUID是指從時間尺度和空間尺度都具有唯一性的一串128-bit的數字，該數字串在全球範圍內不會重復，並且在未來也不會出現重復。
一個典型的16字節UUID格式為XXXX-XX-XX-XX-XXXXXX。
藍牙協議設定了一個藍牙基礎UUID： 00000000 – 0000 – 1000 – 8000 – 00805F9B34FB。
利用該基礎UUID，可以使用16-bit或32-bit的UUID來代替128-bit的UUID，當傳遞到對端設備，再還原成128-bit的UUID。
假如16-bit的UUID為YYYY，則還原後的128-bit的UUID為：0000YYYY – 0000 – 1000 – 8000 – 00805F9B34FB。
假如32-bit的UUID為YYYYYYYY，則還原後的128-bit的UUID為：YYYYYYYY – 0000 – 1000 – 8000 – 00805F9B34FB。
ATT層支持使用16-bit和128-bit兩種UUID，32-bit的UUID在使用前必須轉換成128-bit。
1.2 句柄
屬性句柄猶如指向屬性實體的指針，對端設備通過句柄來訪問該屬性。
屬性句柄是一個2字節數，有效範圍為0x0001-0xFFFF。
屬性句柄為有序排列，後面的句柄值會大於前面的句柄，通常下一個屬性的句柄值是上一個屬性的句柄加1。
1.3 分組
多個屬性可以合成一組，一組屬性包含的參數為：開始句柄、結束句柄。
1.4 值
屬性值可以是一個數字或一個字符串。屬性值的長度信息不包含在PDU中，所以需要從PDU的長度間接推算出屬性值的長度信息。
屬性值通常在一個PDU中發送，如果屬性值太長，也可以分成多個PDU進行發送。
1.5 權限
屬性的讀寫權限由ATT層之上的協議層規定，有效的讀寫權限包括：可讀、可寫、讀寫。
在讀寫屬性之前，客戶端設備還需要具有足夠的安全權限，包括：
- 加密權限：需要加密、無需加密
- 認證權限：需要認證、無需認證
- 授權權限：需要授權、無需授權
如果權限不足，將觸發錯誤處理機制。
1.6 控制點屬性
控制點屬性是一類特殊屬性，它不可讀，只能寫。
1.7 協議方法
對屬性的操作稱為協議方法，包括：命令（Command），請求（Request），響應（Response），通知（Notification），指示（Indication）和確認（Confirmation），某些屬性PDU還涉及授權簽名方法。
1.8 交換MTU Size
ATT_MTU表示ATT層間傳輸的數據包的最大長度。兩端設備可以通過Exchange MTU Request/Response進行交換MTU。
1.9 長包屬性
對於讀屬性的數據包，最大長度為（ATT_MTU-1）個字節。其中減去的1表示1字節的操作碼。
對於寫屬性的數據包，最大長度為（ATT_MTU-3）個字節。其中減去的3表示1字節的操作碼和2字節的屬性句柄。
如果數據包超過這個長度，則稱為長包屬性。
讀長包屬性，需要使用Read Blob Request，寫長包屬性，需要使用Prepare Write Request和Execute Write Request。
如果使用普通Read操作讀長包屬性，僅能讀取前（ATT_MTU – 1）個字節，使用普通Write操作寫長包屬性，僅能寫前（ATT_MTU-3）個字節。
無論普通屬性還是長包屬性，屬性值的最大長度均為512字節。
1.10 原子操作
一個請求或一個命令，稱為一個原子操作。一個原子操作結束後，才能進行新的原子操作。
讀寫長包屬性無法在一個原子操作內完成。
2. 屬性PDU
2.1 屬性角色
在ATT層協議框架內，擁有一組屬性的設備稱為服務端（Server），讀寫該屬性值的設備稱為客戶端（Client）。
2.2 分類
屬性PDU有六類：
| 屬性PDU | 方向 | 觸發響應 |
|---|---|---|
| Command | Client -> Server | – |
| Request | Client -> Server | Response |
| Response | Server -> Client | – |
| Notification | Server -> Client | – |
| Indication | Server -> Client | Confirmation |
| Confirmation | Client -> Server | – |
屬性PDU格式如下：
| 字段 | Opcode | Parameter | Authentication Signature |
|---|---|---|---|
| 長度 | 1 octet | 0 – (ATT_MTU-X) octets | 0 or 12 octets |
其中Opcode的第0-5位表示該屬性的具體類型，第6位表示命令標誌位，如果該位為1，表示該操作碼對應一個命令，最後1位表示認證簽名（Authentication Signature）標誌位，如果該位為1，表示該PDU的最後一個字段中包含12字節的認證簽名。
Parameter字段中包含了參數，其長度為0支ATT_MTU-x，如果認證簽名位為1，則此處x等於13，否則等於1。
只有寫命令才需要認證簽名，其他命令不需要。此外，如果鏈路已經進行加密，則屬性PDU中也無需額外添加認證簽名。
2.3 操作順序
對於Request和Indication屬性，需要接收端返回響應。在發出Request和Indication後，收到響應之前，不能發出新的Request和Indication。
對於其他無需響應的屬性，則可以在自由發送，但是不保證接收端一定能夠收到和執行。
可以在Request和Response之間，或Indication和Confirmation之間發送其他無需響應的屬性。
2.4 事務
一個Request-Response對，或Indication-Confirmation對，稱為一個事務。
對於客戶端設備而言，發出Request或收到Indication表示事務的開始，收到Response或返回Confirmation表示事務的結束。
對於服務端設備而言，發出Indication或收到Confirmation表示事務的開始，收到Confirmation或返回Response表示事務的結束。
3. 屬性協議PDU
屬性協議規定了多種Request-Response對，請求屬性由客戶端設備發出，響應屬性由服務端設備發出。
3.1 錯誤處理
| Opcode | PDU |
|---|---|
| 0x01 | Error Response |
如果屬性PDU的操作碼無效，或屬性句柄無效，將返回錯誤響應PDU。在PDU的Parameter字段中，包含了錯誤編碼。
3.2 交換MTU
| Opcode | PDU |
|---|---|
| 0x02 | Exchange MTU Request |
| 0x03 | Exchange MTU Response |
客戶端設備向服務端設備發送交換MTU請求，提供客戶端設備的MTU值。服務端設備獲知客戶端的MTU值，並返回自己的MTU值。兩端設備都將設置較小的MTU值作為新的MTU值。
如果兩端設備沒有交換MTU，則使用默認的MTU值（BLE下為23）處理屬性事務。
3.3 查找信息
| PDU | Opcode |
|---|---|
| 0x04 | Find Information Request |
| 0x05 | Find Information Response |
| 0x06 | Find By Type Value Request |
| 0x07 | Find By Type Value Response |
查找信息請求，包含兩個參數：起始屬性句柄和結束屬性句柄，用於獲取服務端設備屬性句柄處於該參數區間內的屬性。
查找信息響應，包含指定句柄區間內的屬性UUID。如果區間內有多個屬性，則返回多個響應。
按類型值查找請求，是在查找信息請求的基礎上，加上了屬性類型和屬性值兩個參數，這樣能夠更加精確的找到目標屬性。
按類型值查找響應，包含了滿足條件的屬性句柄列表。
3.4 讀屬性
| Opcode | PDU |
|---|---|
| 0x08 | Read By Type Request |
| 0x09 | Read By Type Response |
| 0x0A | Read Request |
| 0x0B | Read Response |
| 0x0C | Read Blob Request |
| 0x0D | Read Blob Response |
| 0x0E | Read Multiple Request |
| 0x0F | Read Multiple Response |
| 0x10 | Read by Group Type Request |
| 0x11 | Read by Group Type Response |
按類型讀請求，包含三個參數：起始屬性句柄、結束屬性句柄和屬性類型。
按類型讀響應，包含了滿足條件的屬性的“句柄-值”對的列表。
讀請求，包含一個參數：屬性句柄。
讀響應，返回滿足條件的屬性值。
讀片段（blob）請求，用於讀取一個長包屬性的值，它包含兩個參數：屬性句柄和偏移量。以不同的偏移量作為參數，多次執行該請求可以讀取長包屬性的完整值。
讀片段響應，包含了長包屬性值的指定偏移量片段。
讀多次請求，用於讀取多個給定句柄的屬性值，它包含一個參數：句柄列表。
讀多次響應，包含了多個指定句柄的屬性值。
按組類型讀請求，用於讀取指定組類型的屬性值，組類型是由ATT層之上的協議層設定的。它包含三個參數：起始屬性句柄、結束屬性句柄和屬性組類型。
按組類型讀響應，包含了滿足條件的屬性值列表。
3.5 寫屬性
| Opcode | PDU |
|---|---|
| 0x12 | Write Request |
| 0x13 | Write Response |
| 0x14 | Write Command |
| 0x15 | Signed Write Command |
寫請求，將待寫數值寫入指定的屬性值，包含兩個參數：屬性句柄和數值。
寫響應，表示寫請求執行成功，不含任何參數。
寫命令，將待寫數值寫入指定的屬性值，包含兩個參數：屬性句柄和數值。它不會觸發一個寫響應。
簽名的寫命令，與上面的寫命令類似，指示包含了額外的參數：認證簽名。典型應用是寫控制點屬性。
3.6 隊列寫屬性
隊列寫是指利用一個先進先出的隊列，緩存多個屬性值的寫操作，然後在一個原子操作中完成所有的值寫入操作。
隊列寫專門用於長包屬性的寫操作，現將一個長數據分成多個部分並記錄偏移量，然後通過隊列緩存，等數據發送完畢，再按照收到的順序，一次性將整個長數據寫入屬性值。
| Opcode | PDU |
|---|---|
| 0x16 | Prepare Write Request |
| 0x17 | Prepare Write Response |
| 0x18 | Execute Write Request |
| 0x19 | Execute Write Response |
準備寫請求，用於發送一個長數據片段，它包含三個參數：屬性句柄、偏移量和待寫入數據。
準備寫響應，收到準備寫請求以後，緩存收到的數據。
執行寫請求，對前面緩存的數據執行寫操作，它包含一個參數：標誌位。如果標誌位為1，則執行寫操作，如果為0，則取消前面的緩存數據。
執行寫響應，根據執行寫請求的標誌位，執行或取消寫操作。
3.7 通知屬性
| Opcode | PDU |
|---|---|
| 0x1B | Handle Value Notification |
| 0x1D | Handle Value Indication |
| 0x1E | Handle Value Confirmation |
發送數值通知，它包含兩個參數：屬性句柄和屬性值。它不需要客戶端收到後返回響應。
發送數值指示，它包含兩個參數：屬性句柄和屬性值。它需要客戶端收到後返回確認。
發送數值確認，它不包含參數，客戶端發出該確認消息表示收到了數值指示。
4. 權限
通知和指示與讀寫操作類似，也可以設置安全權限。
每個屬性可以設置單獨的權限。
權限不足將阻止操作，並觸發錯誤響應。
權限問題與ATT之上的協議層有較大聯系。
（完）
BLE 5協議棧-屬性協議層（ATT）