【Bluetooth蓝牙开发】八、BLE协议之传输层

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8.1 前言

Link Layer传输层再往上，就是传输层了。传输层，位于Host和Controller层之间，提供一种无需知道详细数据内容便可传输数据的能力。其主要通过硬件传输介质（如：UART、USB、SDIO等），传输Bluetooth HCI的数据。

下面是UART传输层的框图：

看完上面的图，我们大概就对传输层有了大概的了解了，下面详细分析一下。

HCI详细介绍，可查Core5.0 P670

 

8.2 HCI（Host Controller Interface）介绍

上图，展示了两个设备之间的数据传输路径。Host通过HCI Driver驱动程序与Controller硬件上的HCI Firmware交换数据和命令，传输层就是提供了这样的能力。

传输层主要的作用：

• 蓝牙协议栈向芯片发送连接的command
• 蓝牙芯片上报给蓝牙协议栈command status with create connection opcode
• 蓝牙芯片上报蓝牙协议栈connect complete

HCI提供了一种统一接口用来访问，控制Controller，传输层是透明的，独立于底层传输技术，并且无需关系Host传输给Controller的数据是什么内容.

在HOST与Controller之间，以Command与Event命令方式进行传输。Host发送Command信息到Controller，Controller将Command Status和Params以Event的形式返回给Host，最后返回Command Complete Event表示连接完成。

更加直观一点，如下：

HCI有四种类型的包格式，分别是：

• HCI Command Packet：由蓝牙协议栈发送给芯片的命令，即Host -> Controller
• HCI Event Packet：由蓝牙芯片上报给蓝牙协议栈的事件，即Controller -> Host
• HCI ACL Data Packet：蓝牙协议栈跟蓝牙芯片双向交互的普通数据。
• HCI Synchronous Data Packet：蓝牙协议栈跟蓝牙芯片双向交互的普通数据。

详细见Core5.0.pdf P670

在Host和Controller之间，HCI的命令和事件类型如下：

详细见Core5.0.pdf P647

交互的数据格式为：

 

8.3 HCI 数据包格式

HCI提供了统一的命令格式来访问Controller，不同的命令也需要花费不同的时间。传输层以命令Command和事件Event的方式进行通信，下面我们主要看一下通信的数据包的格式。

 

8.3.1 Handles

Handle：逻辑链路的通道的标识，这里分为三类：Connection_Handles, Logical Link Handles, 和Physical Link Handles

8.3.1.1 Primary Controller Handles

Connection_Handles：被Primary Controller Handles分配，标识主机和主控制器之间的逻辑通道，当一个新的逻辑链路被建立的时候，Connection_Handles会被分配。

该Handle主要被用在：Connection Complete, Synchronous Connection Complete, LE Connection Complete, or LE
Enhanced Connection Complete的Event事件中。

8.3.1.1.1 Broadcast Connection_Handles

Host在第一次上电或者重启的时候，第一次发送HCI数据包，此时分配一个Connection_Handle。此后，使用该Handle去广播。

8.3.1.2 AMP Controller Handles

AMP Controllers包括两种：Logical Link Handles, 和Physical Link Handles。

对于Host与AMP Controller之间的 Data，Command和Event操作，如果Physical Link Handles被指定，则使用该Handle，如果未被指定，则在指定Connection_Handle的地方使用Logical Link Handles

在这里不对AMP作详细说明。

 

8.3.2 HCI Command Packet

HCI Command Packet用于Host发送命令给Controller控制器。

包格式如下：

• OpCode字段

OpCode：占里两个字节，用于命令标识，分为两个域：OCF：OpCode Group Field和OGF OpCode Command Field。

• OGF：占据高6bit
• OCF：占据低10bit，其中0X3F为制造商的调试命令.

• Paramter_Total_Length字段

Paramter_Total_Length：包中所有参数的长度。

• Paramter字段

 

8.3.3 HCI Event Packet

每个Command命令发出之后，都会带一个Event返回命令执行后的状态。

包格式如下：

• Event_Code字段

Event_Code：标识不同的事件类型。

• Parameter_Total_Length字段

Parameter_Total_Length：参数总长度

• Event_Parameter字段

Event_ParameteN：相关参数

 

8.3.4 HCI ACL Data Packets

HCI ACL Data Packets规定了数据包的格式，用于Host与Controller之间的数据交换。

数据包有两种类型：

• Automatically-Flushable：自动刷新

自动刷新包，其自动刷新的时间取决于设定的时间。

• Non-Automatically-Flushable：非自动刷新

非自动刷新，则不会自动刷新数据包。

包格式如下：

• Handle字段

Handle：正如上面所述，该字段有几种类型：

• Connection_Handle：用于在主控制器上发送数据包或者段

• Logical_Link_Handle：用于AMP控制器发送数据包

• Physical Link Handles：用于AMP控制器发送数据包

• Flag 字段

Flag包括：PB Flag 和BC Flag,即Packet_Boundary_Flag与Broadcast_Flag，取值如下：

 

8.3.5 HCI Synchronous Data Packets

该数据包，被用于在Host和Controller之间交换同步数据。

包格式如下：

• Packet_Status_Flag字段

该字段与Erroneous_Data_Reporting参数有关：

• 如果Erroneous_Data_Reporting参数设置为disable，则Packet_Status_Flag字段设置为00
• 如果Erroneous_Data_Reporting参数设置为enable，则Packet_Status_Flag字段依据下面表格设置

• Data_Total_Length字段

 

8.4 HCI连接包示例

HCI连接命令流程：

1）蓝牙协议栈向芯片发送连接命令：HCI Connect command

2）蓝牙芯片上报命令状态到蓝牙协议栈：HCI Command Complete

3）连接成功后，蓝牙芯片上报蓝牙协议栈连接成功事件：HCI LE Connect complete

 

8.4.1 HCI Connect command

Core5.0 P774

该命令用于让Link Manager链路管理器去连接远程设备。

连接command封包格式如下：

OCF：这里可以看到OCF的值，那么OGF值为多少呢？

打开Core5.0 P774，我们可以看到HCI_Create_Connection命令属于LINK CONTROL COMMANDS链路控制命令组，该组OGF为0x01。详见Core5.0 P766

For the Link Control commands, the OGF is defined as 0x01.

BD_ADDR：要连接的remote设备的蓝牙地址，6个字节。

Packet_Type：支持的数据封包类型，2个字节。

Page_Scan_Repetition_Mode：是否重复扫描

Clock_Offset：主从设备之间的时钟偏移。

Allow_Role_Switch：是否支持主从角色转换

 

8.4.2 Command Complete Event

当Controller接收到Create_Connection命令，会发送一个Command Complete 事件给Host。

事件格式如下：

该事件被用于大多数命令发送后的状态返回。

Event Code：事件代码

Num_HCI_Command_Packets：设置Host可以发送给Controller的命令包的个数，如果不允许，则设置为0

Command_Opcode：表示相应的命令代码

Return_Parameters：返回命令指定的参数

 

8.4.3 Connection Complete Event

该事件表明了Host与Controller之间建立连接通道成功。

Event Code：事件代码

Status：连接状态

Connection_Handle：连接成功后，生成的Handle值

BD_ADDR：连接成功后的MAC地址

Link_Type：连接类型

Encryption_Enabled：是否加密

这些参数也不是一定需要的，下面是抓到的HCI包，希望有所帮助。

 

好啦，上面就是蓝牙协议HCI接口的详细介绍，详细了解之后，我们就具备了分析HCI数据包的基础能力了！