第11节-BLE协议HCI层的硬件接口

本篇博客由韦东山视频整理所得

如何控制链路层让其发出广播包、数据包？
通过HCI层向它发出命令，也可以通过ATT层、L2CAP层向LL层发出数据。

学习资料：

蓝牙协议core_v5.0.pdf 《Vol 4: Host Controller Interface [Transport Layer]》

BTStack源码

回顾一下《开源蓝牙协议栈BTStack框架代码阅读》。

BLE协议在硬件上分为上下两部件：主机(Host，PC、单片机、Linux板)、控制器(蓝牙模块)，如下图所示：

Host和Controller之间，通过HCI(Host Controller Interface)相连。HCI实现硬件之间的数据传输，HCI的一部分位于Host，另一部分位于Controller（图中的红色区域）。

HCI有多种，一般有USB口、3线串口(TxD/RxD/Gnd)、5线串口(TxD/RxD/Gnd/CTS/RTS)，如下图：

Host和Controller之间的数据有命令(Command)、事件(Event)、ACL数据等等，如下图：

在硬件线路上，怎么分辨这些不同的数据？

在《开源蓝牙协议栈BTStack框架代码阅读》里，我们知道BTStack对每一种硬件接口都抽象出了一个hci_transport_t结构体，里面有send_packet函数，分析这个函数就可以知道在硬件线路上，怎么分辨、传输不同类型的数据。

参考文件：

btstack-master\src\hci_transport_h4.c  // 5线串口

btstack-master\src\hci_transport_h5c   // 3线串口

btstack-master\platform\windows\hci_transport_h2_winusb.c   // usb

send_packet函数原型为：

int    (*send_packet)(uint8_t packet_type, uint8_t *packet, int size);

其中的packet_type有4种取值，代表4种类型的数据（在BLE中只有3种，不支持SCO），这些值在头文件btstack-master\src\bluetooth.h中定义：

一、最简单的5线串口：

参考文件：

btstack-master\src\hci_transport_h4.c  // 5线串口

在数据之前加上1字节的头部，然后把头部连同数据一起发送。

这个头部就用来表示数据类型：

1字节头部	表示的数据类型
0x01	Command (Host发给Controller)
0x02	ACL Data
0x04	Event  (Controller发给Host)

数据在TxD、RxD线路上传输，其中的RTS/CTS只是用来进行流量控制。它们的作用简单介绍一下：

RTS （Require ToSend，发送请求）为输出信号，用于指示本设备准备好可接收数据，低电平有效，低电平说明本设备可以接收数据。

CTS （Clear ToSend，发送允许）为输入信号，用于判断是否可以向对方发送数据，低电平有效，低电平说明本设备可以向对方发送数据。

可以参考btstack-master\src\hci_transport_h4.c的hci_transport_h4_send_packet函数：

//packet所指的内存区域为要发送的数据，packet_type为数据的类型。如何将类型和数据一起发送出去的呢？

看代码，如下：

static int hci_transport_h4_send_packet(uint8_t packet_type, uint8_t * packet, int size){

// store packet type before actual data and increase size

size++;

packet--;  //packet指向一个buffer的首地址，即存放数据的起始地址。然后packet--

*packet = packet_type;这个地方就将数据类型放在了数据的前面去了。

……

二、3线串口：

考文件：

btstack-master\src\hci_transport_h5c   // 3线串口

在实际产品中，使用3线串口的蓝牙控制器比较少，所以我们不深入分析它。

3线串口没有硬件流量控制的功能，它使用SLIP协议传输数据，流程如下：

（参考hci_transport_link_send_queued_packet函数）

① 构建头部：

uint8_t header[4];
hci_transport_link_calc_header(header, link_seq_nr, link_ack_nr, link_peer_supports_data_integrity_check, 1, hci_packet_type, hci_packet_size);

构建4字节的头部，里面含有packet_type等信息。

② 使用SLIP协议发送头部、数据本身：

③ SLIP协议：

有兴趣的人，可以参考以下文章。

SLIP协议最好文章：

SLIP—串行线路上传输数据报的非标准协议

https://blog.csdn.net/pushilong/article/details/80358485

https://wenku.baidu.com/view/809a8a8e8bd63186bcebbcae.html

三、USB：

参考文件：

btstack-master\platform\windows\hci_transport_h2_winusb.c   // usb

(1) 补充一些USB知识：

一个USB硬件，称之为“设备”（Device）；

一个Device内部，有1种或多种“配置”（Configuration）。比如MP3可以用作U盘，也可以用作播放器，这就是2种配置。同一时间，只能有一个配置起作用。

一个配置内部，有1个或多个接口(Interface)。比如USB声卡有输出、输入2接口。一配置下的多个接口，可以同时使用。

一个接口内部，有1个或多个端点(Endpoint)。端点是数据传输的实体。

当我们说“给USB设备发数据”时，实际上是给某个Device的某个Interface的某个Endpoint发数据。

Endpint有4种：控制端点、BULK端点(批量传输端点)、中断端点、实时端点。

每个Endpoint用一个数值表示，控制端点永远是0，其他端点值由硬件决定。Endpoint值的bit7表示方向：1表示输入(usb device传给主机)，0表示输出(主机传给usb device)。输出和输入是对于host来说的。

a. 控制端点可以双向传输数据，其他端点都是单向的。

b. BULK端点：用于传输非实时数据

c. 中断端点：用于传输时效性高的数据，比如鼠标、键盘数据

d. 实时端点：用于传输实时数据，比如视频传输。

主机跟Endpoint之间传输数据时，对应数据通道就称为Pipe。

(2) BLE数据在USB接口上的传输：

不同类型的数据，使用不同的Endpoint传输数据。

数据类型	Endpoint
command	控制端点
event	中断端点
ACL Data (in, controller传给host)	BULK输入端点
ACL Data (out, host传给controller)	BULK输出端点
SCO Data(in, controller传给host)	实时输入端点  (BLE不支持)
SCO Data (out, host传给controller)	实时输出端点  (BLE不支持)

(3) 参考代码：btstack-master\platform\windows\hci_transport_h2_winusb.c

① 端点扫描：

usb_scan_for_bluetooth_endpoints函数

② 数据发送：packet_type只是用来调用不同的函数，不会作为数据的一部分发送。

总结：

HCI层描述了Host和Controller之间通过什么接口来连接，可以通过串口、usb口等进行连接。

当通过串口进行传输数据时，可以在数据的前面加上一个字节的头部，用来分辨这个数据是command、event还是acl data。
对于usb口，在usb硬件里面有多个endpoint，command可以发送给某个端点，event可以从某个端点发给Host，不同的数据使用不同的端点。在硬件上传输这些数据时，就不需要加上头部，只需发送数据本身就可以了。