认识BLE 5协议栈 —— 主机控制器接口

BLE协议栈规定物理层、链路层和DTM层属于控制器，其他协议层属于主机，主机与控制器之间的通信是通过主机控制器接口传输层完成的。

主机控制器接口常简称为HCI（Host Controller Interface）。

HCI定义了一套“命令-事件”机制，主机向控制器发送HCI命令，控制器向主机返回命令执行结果。应用层的所有操作都会转换成HCI命令传给控制器。

1. HCI通信

HCI接口物理形式可以是串口、SPI、USB和三线串口。

对于串口HCI，其通信模型如下：

左侧蓝牙主机向右侧蓝牙控制器发送命令，控制器返回命令执行状态。当收到对端设备发送的消息，控制器会以事件形式发送给主机。

通过HCI的数据包括：HCI命令、HCI事件和连接数据。HCI层本身不能区分这三种类型，因此在发送HCI数据包前需要先发送该数据包的类型指示信息。串口HCI的数据包类型指示信息如下：

指示信息中缺少0x03，该信息用于经典蓝牙概念。

包类型指示位在HCI包发送前发给给主机或控制器。

2. 连接数据

两个设备建立连接后相互收发数据，从主机将数据发送给控制器，再通过无线发送到对端设备，或控制器接收到对端设备数据后通过HCI发送给主机。连接数据的结构如下所示：

• Handle：连接句柄。
• FB Flag：数据边界标志（Packet Boundary Flag），表示当前数据包是一个完整数据包的开头片段或中间片段。
• BC Flag：播报标志（Broadcast Flag），不用于BLE。
• Data Total Length：数据总长度。
• Data：有效数据。

3. HCI命令

HCI命令包包括：操作码OpCode、参数总长度和参数个数，如下所示：

为了避免控制器的缓冲区溢出，发送命令包时需要应用流程控制。主机向控制器发送一个命令，控制器返回命令执行状态事件，事件中包含参数Num HCI Command Packets，该参数指主机可以发送的最大命令包的数量。

控制器按接收顺序执行主机命令，但后面的命令可能提前执行完毕。

如果命令执行出错，将在控制器的状态事件中包含错误码。

HCI命令非常多，将近300个，BLE仅支持部分命令，所有BLE专属的命令OGF字段都等于0x08。

下面列出BLE支持的最基础的一部分HCI命令：

4. HCI事件

HCI事件包包括：时间代码， 参数总长度和具体参数，如下所示：

HCI事件包不强制要求流程控制，因为通常主机总是具有充足资源来处理控制器返回的事件。

当连接断开时，主机默认所有命令都已经执行完毕，将不再接收任何事件。

控制器收到不同的主机命令，可能返回以下类型事件：

• 执行完毕事件
• 状态信息事件

对于不涉及连接的命令，可以立即得到执行结果，执行完毕事件报告该命令执行成功或失败。

对于涉及连接的命令，无法立即得到执行结果，命令执行完毕后，先返回执行完毕事件，等命令最终结果产生，再返回新的执行完毕事件。比如LE Create Connection Command命令，执行命令时先返回执行完毕，表面链路层开始执行或加入执行队列，待两端设备建立连接，将返回连接完成事件。

部分读命令，比如LE Read Advertising Channel Tx Power Command，执行完毕后将读取结果存放在状态信息事件中返回。

HCI事件包括BLE专有事件和通用事件，通用事件适用于经典蓝牙和BLE。BLE专有事件称为“元事件（LE Meta Event）”，共有20个，它们的事件代码均为0x3E，事件参数的第一个字节为Subevent_code，用以区分不同的元事件。如下：

（完）