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BLE主机控制器接口层(HCI)数据结构_ble hci

作者：笔触狂放9 | 2024-03-05 15:51:53

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ble hci

在这里插入图片描述

HCI上传输的5种数据：

  • HCI Command packet : Host层发送给Controller的命令，只能由Host发出。
  • HCI ACL Data packet: Controller上报给Host的事件，只能由Controller发出。
  • HCI Synchronous Data packet：双向的，Host和Controller都可以发出。
  • HCI Event packet: 发送给对端BLE的数据，双向的。Host和Controller都可以发出。
  • HCI ISO Data packet：双向的，Host和Controller都可以发出。

HCI层和LL层的关系

  1. 有些HCI Cmd只是用来设置本地Controller，不导致无线传输
  2. 有些HCI Cmd会导致LL层发出各类广播包，比如 LE Set Scan Enable Command 在主动扫描时会导致LL层发出SCAN_REQ广播包。比如LE Create Connection Command会导致LL层发出CONNECT_REQ广播包
  3. 有些HCI Cmd会导致LL层发出数据包，其中LLID==11b，表示是 LL Control PDU，比如LE Read Channel MapCommand就会导致LL层发数据包给对端，以便读取对端的信道图。
  4. ACL data必定会导致LL层发数据包给对端，这时的LL层数据有可能是起始包(LLID = 10b)、也可能是延迟包(LLID = 01b)、也可能是空包(LLID = 01b)

Host可以向Controller发送一系列的命令来控制Controller工作，比如广播命令，连接命令(Controller收到连接命令之后，LL层会发出一个CONNECT_REQ的广播包)

举例说明，Host向Controller发送扫描的命令。

  1. Host向Controller发送的命令 —— Cmd
    • 设置扫描参数，主动/被动扫描
    • 使能扫描
  2. Controller开始工作
    • 被动扫描，可以获得通用的广播包
    • 主动扫描，SCAN_REQ
    • 对端可以返回更详细的广播包，SCAN_RSP
  3. Controller将扫描到的数据返回给Host —— Event

一旦控制器与其他设备建立了连接，控制器的底层HCI接口就创建了一个HCI信道，我们使用一个连接句柄来标识这个HCI信道。连接句柄即用来标示主机交给控制器并准备发送给对端设备的数据，又用来标示控制器从对端设备收到的准备发送给主机的数据。

详见 蓝牙核心卷5.2， Vol 4 ， Part E ，5

一 Command packet

命令包的格式如下：
image
命令包是Host层发送给Controller的。
Controller应能够接受最多 255 字节数据的 HCI 命令包，不包括 HCI 命令包头。 HCI 命令包头是包的前 3 个字节。
每个命令都分配了一个 2 字节的操作码(OpCode)，用于唯一标识不同类型的命令。Opcode 参数分为两个字段，分别称为 OpCode Group Field (OGF) 和 OpCode Command Field (OCF)。 OGF 占据了 Opcode 的高 6 bit，而 OCF 占据了剩余的 10 bit。
0x3F 的 OGF 保留用于供应商特定的调试命令。操作码的组织允许在不完全解码整个操作码的情况下推断附加信息。

由全1组成的 OGF 已保留用于供应商特定的调试命令。这些命令是特定于供应商的，并在制造过程中用于更新固件的可能方法和调试。

在这里插入图片描述

  • header, HCI的命令头，3个字节
    • OpCode，操作码，2个字节
      • OGF，6bit
      • OCF，10bit
    • PTL，参数总长度，所有参数的长度，不是参数的个数
  • parameter, 参数，每个参数都有特定的大小。

具体的命令类型参看； 蓝牙核心卷5.2,Vol 4, Part E, 7.8

1 一个具体的命令，连接命令

在这里插入图片描述
描述
HCI_LE_Create_Connection 命令用于创建一个 ACL 连接。
参数

  1. LE_Scan_interval
    扫描间隔
    在这里插入图片描述

  2. LE_Scan_Window
    LE 扫描持续时间，大于或者等于扫描间隔。如果两者都设置为相同的值，则扫描应连续运行。
    在这里插入图片描述
    比如扫描间隔为100ms，扫描窗口为10ms，那么扫描的占空比为10%。理论上可以捕获到定向广播数据包的最低的占空比为0.4%，即每一秒钟扫描3.75ms。当然我们也可以把扫描间隔和扫描窗口设置成一样，这种情况就是满占空比，一直在扫描。比如扫描间隔和扫描窗口都是10ms，那么控制器将在10ms内一直扫描，并且每10ms切换一次广播通道。

  3. Initiator_Filter_Policy,
    决定是否使用白名单。如果不使用白名单，Peer_Address_Type 和 Peer_Address 参数指定要连接的广告设备的地址类型和地址。
    在这里插入图片描述

  4. Peer_Address_Type
    对端设备地址类型
    在这里插入图片描述

  5. Peer_Address
    对端设备地址
    在这里插入图片描述

  6. Own_Address_Type
    自己的地址类型
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  7. Connection_Interval_Min
    连接最小间隔
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  8. Connection_Interval_Max
    连接最大间隔
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  9. Connection_Latency
    可以忽略的连接事件个数
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  10. Supervision_Timeout
    超时时间
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  11. Min_CE_Length
    连接事件的最小长度
    在这里插入图片描述

  12. Max_CE_Length
    连接事件的最大长度，Min_CE_Length 和 Max_CE_Length 参数是信息性参数，为控制器提供连接事件的预期最小和最大长度。 Min_CE_Length 参数应小于或等于 Max_CE_Length 参数。
    在这里插入图片描述
    产生事件
    当 Controller 收到 HCI_LE_Create_Connection 命令时，Controller 会向 Host 发送 HCI_Command_Status 事件。当创建连接完成或取消连接，应生成 HCI_LE_Connection_Complete 或 HCI_LE_Enhanced_Connection_Complete 事件。如果创建了连接并且控制器支持 LE 通道选择算法#2 功能，则该事件应紧跟在 HCI_LE_Channel_Selection_Algorithm 事件之后。控制器不会发送 HCI_Command_Complete 事件来指示此命令已完成。 相反，HCI_LE_Connection_Complete 或 HCI_LE_Enhanced_Connection_Complete 事件指示此命令已完成。

二 ACL data

acl data的数据格式：
image
数据包是指主机和控制器之间传输的应用数据。控制器接收来自主机的数据包，将其传给对端设备。对端设备收到数据之后，将其从控制器发往主机。

数据包总是以连接句柄作为第一个字段(12位)，如果主机没有收到LE Connection Complete事件，则不能发送任何数据给对端设备；只有收到了该事件，主机才可以启动数据发送或者接收对端设备发送过来的数据。

Handle是连接句柄的低12位，PB Flag表示这个包是起始包(00b)还是延续包(01b)，BC Flag对于BLE该值永远为0，接下来是数据长度。
连接句柄和PB BC之间的算法con_handle | (packet_boundary << 12) | (0 << 14)

三 Event

事件的数据格式：
image
当有事件发送的时候Controller使用HCI Event通知Host。如果Controller发送一个 HCI 事件数据包，其中包含一个Host没有屏蔽并且不支持的事件代码或 LE 子事件代码，Host将忽略该数据包。主机应能够接受最多255字节数据的 HCI 事件数据包，不包括 HCI 事件数据包头。HCI数据包的前两个字节为包头。

在这里插入图片描述

具体的BLE事件类型参看； 蓝牙核心卷5.2,Vol 4, Part E, 7.7.65

1 一个具体的事件，连接完成事件

在这里插入图片描述
描述
HCI_LE_Connection_Complete 两端的Controller向各自的Host通知连接成功。在创建连接时，Controller应分配一个 Connection_Handle，并在此事件中传递给主机。如果连接创建失败，则应将此事件提供给发出 HCI_LE_Create_Connection 命令的主机。此事件向发出 HCI_LE_Create_Connection 命令并接收 HCI_Command_Status 事件的主机指示连接创建失败或成功。

参数

  1. Subevent_Code
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  2. Status
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  3. Connection_Handle
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  4. Role
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  5. Peer_Address_Type
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  6. Peer_Address
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  7. Connection_Interval
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  8. Connection_Latency
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  9. Supervision_Timeout
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  10. Master_Clock_Accuracy
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