1、藍(lán)牙主控制器接口簡(jiǎn)析1技術(shù)的背景藍(lán)牙是一種短距離的通信銜接，最初設(shè)計(jì)的目標(biāo)是代替用來(lái)銜接固定或便攜設(shè)備的電纜。藍(lán)牙設(shè)備工作在不需要許可證2.4ghz的工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)療（ism）頻帶。藍(lán)牙基帶協(xié)議同時(shí)支持交換和分組交換通信，并采納跳頻擴(kuò)展頻譜（fhss）技術(shù)舉行傳輸。在北美和歐洲的大部分地區(qū)，藍(lán)牙設(shè)備工作于2.4022.480ghz的頻帶，囫圇頻帶被分成 79.1mhz帶寬的子信道。藍(lán)牙協(xié)議的體系結(jié)構(gòu)分底層硬件模塊、中間協(xié)議層和高層應(yīng)用三大部分。底層硬件部分包括無(wú)線跳頻（rf）、基帶（bb）和鏈路管理（lm）部分。它們分離定義了藍(lán)牙在2.4ghz頻段上，以跳頻的方式傳輸信息幀和傳輸鏈路銜接的建立

2、或拆除以及鏈路的平安和控制所必需滿足的要求。中間協(xié)議層包括規(guī)律鏈路控制和適應(yīng)協(xié)議（l2cap）、服務(wù)發(fā)覺(jué)協(xié)議（sdp）、串口rfcomm和電話通信協(xié)議（tcs）。它們分離完成數(shù)據(jù)的拆裝、服務(wù)質(zhì)量控制、協(xié)議復(fù)用、發(fā)覺(jué)網(wǎng)絡(luò)中可用的服務(wù)及服務(wù)特性、仿真r-232串口、提供藍(lán)牙設(shè)備間話音和數(shù)據(jù)的呼叫控制信令等功能。在這兩層之間規(guī)定了一個(gè)主控制器接口（hci）。這是協(xié)議中軟硬件之間的接口，該層以上的協(xié)議軟件實(shí)體運(yùn)行在主機(jī)上，而hci以下的功能由藍(lán)牙設(shè)備來(lái)完成。在協(xié)議體系結(jié)構(gòu)的最上部是高層應(yīng)用的框架（profiles）。目前僅規(guī)定了撥號(hào)網(wǎng)絡(luò)、耳機(jī)、局域網(wǎng)拜訪、文件傳輸?shù)瘸Ｒ?guī)應(yīng)用，未來(lái)還會(huì)不斷增強(qiáng)。各種應(yīng)用

3、程序可以通過(guò)各自對(duì)應(yīng)的profi1e實(shí)現(xiàn)無(wú)線通信。在這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的支持下，藍(lán)牙系統(tǒng)支持點(diǎn)對(duì)點(diǎn)和點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的銜接，每個(gè)藍(lán)牙系統(tǒng)可以銜接200個(gè)以上藍(lán)牙裝置。藍(lán)牙系統(tǒng)的傳輸特性是在供工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)學(xué)領(lǐng)域自由用法的ism 2.4ghz頻段內(nèi)用單工或全雙工的方式舉行信息傳輸。每個(gè)藍(lán)牙信道的帶寬是1mhz，它支持三個(gè)同步數(shù)據(jù)信道或同時(shí)支持 一個(gè)同步數(shù)據(jù)信道和一個(gè)異步數(shù)據(jù)信道。每個(gè)同步數(shù)據(jù)信道的數(shù)據(jù)傳輸率是64kb/s，用于語(yǔ)音數(shù)據(jù)的傳輸；異步數(shù)據(jù)信道的傳輸率是下行721 kb/s和上行57.6 kb/s，用于數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的傳輸。若設(shè)置為上下行對(duì)稱的傳輸方式，傳輸率上下行各是432.6 kb/s。普通狀況下的傳輸距

4、離是10m（30feet），最大可達(dá)100m，自動(dòng)調(diào)節(jié)。2 hci概述主控制器接口（hci）是藍(lán)牙協(xié)議中軟硬件之間的接口，它提供了一個(gè)調(diào)用基帶、鏈路管理、狀態(tài)和控制寄存器等硬件的統(tǒng)一指令接口。藍(lán)牙設(shè)備之間舉行通信時(shí)，hci以上的協(xié)議軟件實(shí)體在主機(jī)上運(yùn)行，而hci以下的功能由藍(lán)牙設(shè)備來(lái)完成，兩者之間通過(guò)一個(gè)對(duì)兩端透亮的傳輸層舉行交互。1所示，藍(lán)牙標(biāo)準(zhǔn)對(duì)機(jī)控制器接口（hci）的定義如下：hci提供了一個(gè)調(diào)用和拜訪基帶控制器和鏈路控制器以及硬件狀態(tài)和控制寄存器的指令接口。這一接口提供了一個(gè)拜訪藍(lán)牙基帶功能的統(tǒng)一辦法。在主機(jī)端的hci軟件和藍(lán)牙硬件的hci固件之間存在著與藍(lán)牙協(xié)議關(guān)系并不疏遠(yuǎn)的幾層中間

5、層，我們稱之為機(jī)控制器傳輸層，它們提供數(shù)據(jù)的透亮傳輸。hci由兩部分組成，實(shí)現(xiàn)指令接口的軟件和用來(lái)銜接藍(lán)牙子系統(tǒng)和主機(jī)的物理硬件。hci軟件的目的是使構(gòu)成接口的硬件對(duì)系統(tǒng)高層軟件來(lái)說(shuō)看起來(lái)是透亮的。藍(lán)牙軟件結(jié)構(gòu)包括兩種類型的部件。數(shù)據(jù)相關(guān)部件負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)通過(guò)鏈路的傳輸?？刂葡嚓P(guān)部件則負(fù)責(zé)鏈路的控制和管理。圖2 示出了hci軟件結(jié)構(gòu)以及與藍(lán)牙主機(jī)接口硬件的關(guān)系。3 hci流控制流控制在主機(jī)到主控制器之間，用于防止將傳送到未應(yīng)答遠(yuǎn)程設(shè)備的acl數(shù)據(jù)溢出主控制器的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，由主機(jī)來(lái)管理主控制器的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)。主機(jī)通過(guò)發(fā)出read_buffer_size指令舉行初始化，這個(gè)指令的返回參數(shù)可以確定主機(jī)發(fā)向主

6、控制器的hci acl和sco數(shù)據(jù)包（不包括包頭）的最大長(zhǎng)度。另有兩個(gè)返回參數(shù)表示主控制器為等待傳輸可以緩存的hci acl和sco數(shù)據(jù)分組的數(shù)量。當(dāng)惟獨(dú)一個(gè)與其他設(shè)備的銜接或者設(shè)備處于回環(huán)模式時(shí)，主控制器利用已完成數(shù)據(jù)分組大事來(lái)控制從主機(jī)發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)流。大事分組包括一個(gè)鏈接句柄列表以及對(duì)應(yīng)銜接上自上一個(gè)此大事以來(lái)完成的hci包的數(shù)目；完成指的是發(fā)送、清空或回環(huán)回主機(jī)。按照這一大事的返回參數(shù)以及讀緩沖區(qū)大小指令的返回參數(shù)，主控制器可以舉行流量控制。每當(dāng)主機(jī)發(fā)送一個(gè)acl或sco數(shù)據(jù)包，主機(jī)應(yīng)當(dāng)記錄主控制器的相應(yīng)鏈路緩沖區(qū)中的剩余空間削減了一個(gè)包，當(dāng)主機(jī)收到完成包數(shù)目大事，主機(jī)知道了又有多少緩沖區(qū)

7、空間得到釋放，主機(jī)可以算浮現(xiàn)在主控制器可以接收的包數(shù)目。當(dāng)主控制器中有數(shù)據(jù)時(shí)，它必 須周期性的向主機(jī)發(fā)送完成包數(shù)目大事，直到向主機(jī)報(bào)告全部包都發(fā)送或清空，而發(fā)送的間隔由各廠家自行定義。注重，假如sco流量控制失效，則已完成數(shù)據(jù)分組大事號(hào)就不能在sco鏈接句柄中舉行報(bào)告。對(duì)應(yīng)于每一個(gè)鏈接句柄，數(shù)據(jù)必需依照他們?cè)谥鳈C(jī)生成時(shí)的挨次依此在hci數(shù)據(jù)包中發(fā)往主控制器，主控制器也同樣按挨次將這些數(shù)據(jù)發(fā)往空中，另一設(shè)備的主控制器收到后也必需按序發(fā)向它的主機(jī)，這意味著同一銜接句柄上數(shù)據(jù)的挨次自生成起不再轉(zhuǎn)變。在某些狀況下，主控制器到主機(jī)方向的流量控制是必需的，普通采納set_host_controller t

8、o_host_flow_control指令來(lái)開(kāi)關(guān)這個(gè)方向的流量控制。這個(gè)方向的流量控制辦法類似于上述的辦法。起初，主機(jī)發(fā)出host_buffer_size指令，告訴主控制器發(fā)向主機(jī)的acl和sco數(shù)據(jù)包的最大長(zhǎng)度以及主機(jī)緩沖區(qū)可存放acl和sco數(shù)據(jù)包的數(shù)目。主機(jī)利用主機(jī)host_number_of_completed_ packets指令類似于主控制器的完成包數(shù)目大事，主機(jī)完成包數(shù)目指令是不需要指令流量控制的特別指令，在有銜接或處于本地回環(huán)模式時(shí)可以隨時(shí)發(fā)送，這使得兩個(gè)方向的流量控制同樣的工作，正常的指令流也不被打斷。當(dāng)主機(jī)收到拆鏈完成大事后，可以認(rèn)定該銜接句柄上的全部發(fā)往主控制器的數(shù)據(jù)被清

9、空，相應(yīng)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)被釋放，主控制器不需要用盡成包數(shù)目大事將這些告知主機(jī)。假如也采納了主控制器到主機(jī)方向的流量控制，主控制器在發(fā)送了拆鏈完成大事后假設(shè)主機(jī)在收到這一大事后也清空了這一銜接句柄上的全部數(shù)據(jù)，主機(jī)也不需要用主機(jī)完成包數(shù)目指令將這些告知主控制器。4 hci指令與大事主機(jī)通過(guò)hci驅(qū)動(dòng)程序提供的一系列指令來(lái)控制藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)接口。除這些指令外，藍(lán)牙標(biāo)準(zhǔn)還定義了一級(jí)由藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)接口中的hci固件產(chǎn)生的大事，用來(lái)指示接口的狀態(tài)變幻。hci指令和大事與來(lái)自無(wú)銜接和同步銜接的數(shù)據(jù)一起通過(guò)hci傳輸接口硬件舉行傳輸。這些數(shù)據(jù)的復(fù)用方式對(duì)接口來(lái)說(shuō)是確定的。圖3 示出了其工作狀況。hci提供一種統(tǒng)一的辦法拜訪

10、藍(lán)牙硬件。hci 鏈路指令提供主機(jī)控制與其他藍(lán)牙設(shè)備鏈路層銜接的能力，普通這些指令導(dǎo)致鏈路管理器與遠(yuǎn)端設(shè)備交換鏈路管理器協(xié)議指令。hci策略指令用來(lái)影響本地或遠(yuǎn)端鏈路管理器的行為，這些指令提供主機(jī)影響鏈路管理器如何管理微微網(wǎng)的辦法。主控制器和基帶指令、信息指令及狀態(tài)指令用于主機(jī)拜訪主控制器上的不同的寄存器。hci指令需要一定的時(shí)光完成，因此這些指令的處理結(jié)果將以大事的形式返回主機(jī)。如對(duì)于大部分的hci指令主控制器完成后生成一個(gè)指令完成大事，這個(gè)大事包含了完成指令的返回參數(shù)。為了使主機(jī)具備發(fā)覺(jué)hci傳輸層差錯(cuò)的能力，在主機(jī)發(fā)出指令和收到主控制器響應(yīng)之間我們推斷是否超時(shí)，因?yàn)椴煌琱ci傳輸層的差異

11、，建議采納一秒作為此定時(shí)器的默認(rèn)值。hci是通過(guò)包的方式來(lái)傳送數(shù)據(jù)、指令和大事的，全部在主機(jī)和主控制器之間的通信都以包的形式舉行。包括每個(gè)指令的返回參數(shù)都通過(guò)特定的大事包來(lái)傳輸。hci有數(shù)據(jù)、指令和大事三種包，其中數(shù)據(jù)包是雙向的，指令包只能從主機(jī)發(fā)往主控制器，而大事包始終是主控制器發(fā)向主機(jī)的。主機(jī)發(fā)出的大多數(shù)指令包都會(huì)觸發(fā)主控制器產(chǎn)生相應(yīng)的大事包作為響應(yīng)。包的格式4所示。（1）指令包分為六種類型： 鏈路控制指令； 鏈路政策和模式指令； 主機(jī)控制和基帶指令； 信息指令； 狀態(tài)指令； 測(cè)試指令。（2）大事包可分為三種類型： 通用大事，包括指令完成包（command complete）和指令狀態(tài)包（

12、command status）； 測(cè)試大事； 出錯(cuò)時(shí)發(fā)生的大事，如產(chǎn)生走失（flush occured）和數(shù)據(jù)緩沖區(qū)溢出（data buffer overflow）。（3）數(shù)據(jù)包則可分為acl和sco的數(shù)據(jù)包。5 hci模塊結(jié)構(gòu)hci模塊按照協(xié)議規(guī)定，完成協(xié)議功能、封裝 hci指令以及上層協(xié)議的數(shù)據(jù)，處理下層大事。hci指令大事處理模塊完成指令的封裝和大事的解析，在收到上層協(xié)議或應(yīng)用的調(diào)用指令哀求后，模塊完成指令包的封裝，而后調(diào)用發(fā)送函數(shù)將數(shù)據(jù)傳到數(shù)據(jù)收發(fā)模塊。當(dāng)接收函數(shù)收到hci大事時(shí)，調(diào)用hci指令大事處理模塊的大事處理函數(shù)，處理完畢后依據(jù)大事的性質(zhì)，將響應(yīng)傳到上層協(xié)議或應(yīng)用。hci數(shù)據(jù)處

13、理模塊完成acl和sco數(shù)據(jù)的封裝處理，但對(duì)凈荷不作任何解析和處理。收發(fā)函數(shù)主要完成與數(shù)據(jù)收發(fā)模塊的通信，對(duì)收到的數(shù)據(jù)按照數(shù)據(jù)的類型，分離調(diào)用指令大事處理模塊或數(shù)據(jù)處理模塊予以處理。6 hci傳輸層hci的傳輸層定義了三類數(shù)據(jù)如何在藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)接口和藍(lán)牙主機(jī)間舉行傳輸。hci傳輸層定義了每一類數(shù)據(jù)如何封裝和通過(guò)接口硬件舉行復(fù)用。目前藍(lán)牙規(guī)范定義了三個(gè)hci傳輸層：uart傳輸層；rs232傳輸層；傳輸層。下面以rs232傳輸層為例對(duì)hci傳輸層作詳細(xì)的解釋。hci rs232傳輸層的目標(biāo)是在藍(lán)牙主機(jī)和藍(lán)牙主控制器之間的物理rs232接口上用法藍(lán)牙hci。通過(guò)rs232傳輸層可以發(fā)出四種hci分組，但主控制器接口不能區(qū)別四種hci類型。在分組之前必需加上8位的分組指示器以區(qū)別分組類型。0x01表示命令分組，0x02表示acl數(shù)據(jù)分組，0x03表示sco 數(shù)據(jù)分組，0x04表示大事分組，另外還有0x05表示錯(cuò)誤消息分組，0x06表示商議分組。錯(cuò)誤消息分組用于將錯(cuò)誤報(bào)告給發(fā)送端；而商議分組用于商議通信設(shè)置和協(xié)議。在rs232鏈路上發(fā)送任何字節(jié)之前，都應(yīng)該在主控制器和主機(jī)之間對(duì)波特率、奇偶校驗(yàn)值類型、終止位和協(xié)議模式舉行商議。每發(fā)送一個(gè)以上hci分組時(shí)，