BLE 发现过程介绍

2019-10-15 by isyq

BLE 主从设备建立连接以后，先执行发现服务和特征的过程（Discovery Procedure），然后对着指定特征执行数据收发。

本文以一个Nordic LED Button服务为例（如下），介绍服务和特征发现过程的协议细节。

1. 发现服务

对于主机而言，首先找到目标服务的句柄范围，然后再在句柄范围内找下面的特征。

发现服务有两个方案：

发现全部服务
发现指定UUID的服务

1.1 发现全部服务

发现一个服务的基本思路是搜索Primary Service的UUID（0x2800），如果找到，即可获得它的句柄范围。

第一次我们从0x0001开始搜索，找到一个服务后，从该服务的句柄末尾开始继续搜索，可以找到第二个服务的句柄范围。

反复执行发现服务操作，就可以依次找到全部服务的句柄范围。

执行发现服务时，GATT协议层主机会产生一个请求（Read By Group Type Request），从机收到后返回一个响应（Read By Group Type Response）。

（为了说明一些问题，这个图片不对应上面的Nordic LED Button服务）

图中，请求包中包含了起始和末尾的句柄，第一次发现默认是0x0001~0xFFFF。

响应帧中包含了两个服务的UUID，代表它发现的两个服务。（为啥一次性发现两个？原因未知，它仅限于Generic Access和Generic Attribute）。

第二次的响应帧就比较正常，返回了发现的一个服务UUID。如果检查该数据帧的细节，能够看到该服务的起始和结束UUID。

SDK 15.3中执行发现全部服务的函数是： sd_ble_gattc_primary_services_discover(uuid)，注意要将uuid参数设置为NULL。在该函数的回调事件中即可获得发现的服务的UUID和句柄范围。

1.2 发现指定UUID服务

发现指定UUID的服务，顾名思义，除了查找0x2800，还查找指定的UUID。

通过它可以快速找到目标服务，对于不关心的服务项可以快速略过，加快整体发现过程的速度。

当执行发现指定UUID服务时，主机发出一个请求（Find By Type Value Request），从机返回一个响应（Find By Type Value Response）。

观察请求包，它包含了一个UUID的输入参数。响应包中，返回数据中的11就是该服务的句柄。

SDK 15.3中执行发现全部服务的函数是： sd_ble_gattc_primary_services_discover(uuid)，注意要将uuid参数设置为目标UUID。在该函数的回调事件中即可获得发现的服务的UUID和句柄范围。

值得一提的是，如果你做一个nRF Connect APP这种通用性主机，肯定要使用发现全部服务。对于一个特定的主机，比如针对这个Blinky从机做的主机，我们知道Blinky服务的UUID，则更适合选择第二种方案。

2. 发现特征

发现特征一定是发现某个指定服务下面的特征，所以一定要先发现服务，再发现特征。

现在我们有了一个服务的句柄范围，比如0x000B ~ 0x0010。

与发现服务类似，发现特征也有两个方案：

发现全部特征
发现指定UUID的特征

发现特征时，主机在服务的句柄范围内搜索特征声明的UUID（0x2803），一旦找到就返回响应，响应中包含了特征的关键信息，比如：特征的句柄范围，特征值的UUID，特征的属性、权限等。

根据特征的句柄范围，我们能够判断服务下面的特征是否都被发现，如果没有，则需要重复执行发现特征，直到所有的特征都被发现。

发现特征时，主机发出一个请求（Read By Type Request ），从机返回一个响应（Read By Type Response）。

图中，从响应包中可以看到该特征的属性（read, Notify），句柄（13）和UUID。

在SDK 15.3中，可以利用sd_ble_gattc_characteristics_discover()来执行发现全部特征的操作。

但是很遗憾，没有一个API能够发现指定UUID的特征，只能一个一个的发现。

3. 发现描述符

如果特征具有Notify或Indicate属性，它一定携带一个CCCD描述符。

我们在发现特征的时候检测其属性，如果属性包含Notify或Indicate，则执行发现描述符的过程。

发现描述符相对简单，搜索描述符的UUID（0x2902或其他），并在响应包中给出其句柄和UUID信息。

发现描述符时，主机发出一个请求（Find Information Request），从机返回一个响应（Find Information Response）。

通过这几个步骤，就可以完整的发现目标服务和特征。

如果服务下面有多个特征，一个一个的发现会非常繁琐，代码上需要进行大量的判断，代码逻辑必然不简单，所以SDK 提供了一个库来完成这些繁冗的操作，它就是ble_db_discovery库。

如果理解了上面这套发现过程，使用ble_db_discovery必然能驾轻就熟，反过来则很可能搞不懂它的设计思路并在使用中产生疑惑，这也是本文产生的原因。

（完）