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【Bluetooth蓝牙开发】六、BLE协议之传输层

本文链接：https://blog.csdn.net/dong__ge/article/details/126026608
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文章目录

1、前言

ble_stack

上一节，我们了解了Link Layer层，我们接着往上看，链路层再往上就是传输层了。

传输层，正如其名，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上层数据。

下面是UART传输层的框图：

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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

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2、HCI（Host Controller Interface）介绍

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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：

  • 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：

image-20220725114046247

 

3、HCI 数据包类型

HCI有四种类型的包格式，分别是：

image-20220616100206172

  • 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

image-20220616113829611

 

4、HCI 数据包格式

上面我们已经了解了HCI通信包的类型有四种，下面我们来逐个分析：

 

4.1 HCI Command Packet

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

包格式如下：

image-20220709164110808

 

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，对应不同类别的蓝牙命令
  • OCF：占据低10bit，对应某一类别下的唯一的蓝牙命令，其中0X3F为制造商的调试命令.

形象一点理解：OGF表示你在班级中是第几组的人，OCF表示你在组中是第几号，O(∩_∩)O

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Paramter_Total_Length字段

Paramter_Total_Length：包中所有参数的长度。

image-20220709165255001

 

Paramter字段

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这个Paramter，每一组命令要求的参数都不一样，所以根据实际情况来选择。

 

4.2 HCI Event Packet

每个Command命令发出之后，对返回的参数要求不同，根据不同的返回参数要求，返回指定的数据。

包格式如下：

image-20220709170234334

 

Event_Code字段

Event_Code：标识不同的事件类型。

image-20220726135028826

 

Parameter_Total_Length字段

Parameter_Total_Length：参数总长度

image-20220726135128164

 

Event_Parameter字段

Event_ParameteN：相关参数，与上文一样，每个命令有不同的参数返回。

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4.3 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：

image-20220711144423329

 

Handle字段

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

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。

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。

 

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。

 

Flag 字段

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

image-20220711144932128

image-20220711145000500

 

4.4 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：

image-20220726140451177

 

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

image-20220726140725789

 

Data_Total_Length字段

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这一部分，只需要知道HCI包的四种类型即可，会对照抓出来的HCI包分析数据就OK啦！

 

5、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

 

5.1 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：

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  • 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。

image-20220711150027292

  • Page_Scan_Repetition_Mode：是否重复扫描

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  • Clock_Offset：主从设备之间的时钟偏移。

image-20220711150202500

  • Allow_Role_Switch：是否支持主从角色转换

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5.2 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：

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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

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  • Command_Opcode：表示相应的命令代码

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  • Return_Parameters：返回命令指定的参数

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5.3 Connection Complete Event

该事件表明了Host与Controller之间建立连接通道成功。

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  • Event Code：事件代码

  • Status：连接状态

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  • Connection_Handle：连接成功后，生成的Handle值

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  • BD_ADDR：连接成功后的MAC地址

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  • Link_Type：连接类型

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  • Encryption_Enabled：是否加密

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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。

image-20220929135721190

最后，看一下HCI在协议栈中的位置：

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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！

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