linux下bluetooth編程（三）HCI層編程

1. HCI層協議概述：

HCI提供一套統一的方法來訪問Bluetooth底層。如圖所示：

 

 

從圖上能夠看出，Host Controller Interface(HCI)  就是用來溝通Host和Module。Host一般就是PC， Module則是以各類物理鏈接形式（USB,serial,pc-card等）鏈接到PC上的bluetooth Dongle。

在Host這一端：application,SDP,L2cap等協議都是軟件形式提出的（Bluez中是以kernel層程序)。在Module這一端：Link Manager, BB, 等協議都是硬件中firmware提供的。

而HCI則比較特殊，它一部分在軟件中實現，用來給上層協議和程序提供訪問接口（Bluez中,hci.c hci_usb.c，hci_sock.c等）.另外一部分也是在Firmware中實現，用來將軟件部分的指令等用底層協議明白的方式傳遞給底層。

 

居於PC的上層程序與協議和居於Modules的下層協議之間經過HCI溝通，有4種不一樣形式的傳輸：Commands, Event, ACL Data, SCO/eSCO Data。

 

1.1. HCI Command：

HCI Command是Host向Modules發送命令的一種方式。HCI Command Packet結構以下：

OpCode用來惟一標識HCI Command.它由2部分組成，10bit的Opcode Command. 6bit的Opcode Group。

 

1.1.1: OpCode Group:

Linux Kernel（BlueZ）中，~/include/net/bluetooth/hci.h中定義了OpCode Group。

#define OGF_LINK_CTL 0x01

#define OGF_LINK_POLICY 0x02  

#define OGF_HOST_CTL 0x03

#define OGF_INFO_PARAM 0x04

#define OGF_STATUS_PARAM 0x05

它們表明了不一樣的Command Group：

 

OGF_LINK_CTL: Link control,這個Command Group中的Command容許Host控制與其它bluetooth device 的鏈接。

OGF_LINK_POLICY ：Link Policy。這個Command Group中的Command容許調整Link Manager control.

OGF_HOST_CTL: Control and Baseband.

 

1.1.2: Opcode Command: 

用來在同一個Group內惟一識別Command。~/include/net/bluetooth/hci.h中定義。

 

 

1.2: HCI Event：

Modules向Host發送一些信息，使用HCI Event。Event Packet結構以下：

HCI Event分3種：Command complete Event, Command States Event，Command Subsequently Completend.

Command complete Event: 若是Host發送的Command能夠馬上有結果，則會發送此類Event。也就是說，若是發送的Command只與本地Modules有關，不與remote設備打交道，則使用Command complete Event。例如：HCI_Read_Buffer_Size.

Command States Event：若是Host發送的Command不能馬上得知結果，則發送此類Event。Host發送的Command執行要與Remote設備打交道，則必然沒法馬上得知結果，因此會發送Command States Event.例如：

HCI Connect。

Command Subsequently Completend:Command延後完成Event。例如：鏈接已創建。

 

下圖是一個Command-Event例子：

從這裏能夠看出，若是Host發送的Command是與Remote device有關的，則會先發送Command States Event 。等動做真正完成了，再發送 Command Subsequently Completend。

 

HCI ACL與SCO數據，這裏就很少講了。只須要明白，l2cap數據是經過ACL數據傳輸給remote device的。

下圖很明白的展現了l2cap數據如何一步一步轉化爲USB數據並傳遞給底層協議的。

很明顯，一個l2cap包會按照規則先切割爲多個HCI數據包。HCI數據包再經過HCI-usb這一層傳遞給USB設備。每一個包又經過USB driver發送到底層。

 

 

2. HCI protocol的實現：

（稍後添加）

 

 

3. HCI 層的編程：

正如上一節所說，HCI是溝通上層協議以及程序與底層硬件協議的通道。因此，經過HCI發送的Command都是上層協議或者應用程序發送給Bluetooth Dongle的。它命令Bluetooth Dongle（或其中的硬件協議）去作什麼何種動做。

 

3.0：獲得Host上插入Dongle數目以及Dongle信息：

咱們先複習一下socket的概念：

使用函數socket()創建一個Socket，就如同你有一部電話.bind()則是把這個電話和某個電話號碼（網絡地址）對應起來。

相似的，咱們能夠把Host理解爲一個房間，這個房間有多部電話（Dongle）。

當使用socket() 打開一個HCI protocol的socket，代表獲得這個房間的句柄。HOST可能會有多個Dongle。換句話說，這個房間能夠有多個電話號碼。因此HCI會提供一套指令去獲得這些Dongle。

 

 

// 0. 分配一個空間給 hci_dev_list_req。這裏面將放全部Dongle信息。

struct hci_dev_list_req *dl;
struct hci_dev_req *dr;

struct hci_dev_info di;

int i;

 

 if (!(dl = malloc(HCI_MAX_DEV * sizeof(struct hci_dev_req) + sizeof(uint16_t)))) {
  perror("Can't allocate memory");
  exit(1);
 }
 dl->dev_num = HCI_MAX_DEV;
 dr = dl->dev_req;

 

 

//1. 打開一個HCI socket.此socket至關於一個房間。

if ((ctl = socket(AF_BLUETOOTH, SOCK_RAW, BTPROTO_HCI)) < 0) {
  perror("Can't open HCI socket.");
  exit(1);
 }

 

// 2. 使用HCIGETDEVLIST,獲得全部dongle的Device ID。存放在dl中。  

 if (ioctl(ctl, HCIGETDEVLIST, (void *) dl) < 0) {
  perror("Can't get device list");
  exit(1);
 }

 

// 3 使用HCIGETDEVINFO，獲得對應Device ID的Dongle信息。

di.dev_id = (dr+i)->dev_id;
ioctl(ctl, HCIGETDEVINFO, (void *) &di)；

 

這樣就能獲得全部Dongle信息。

struct hci_dev_info {
 uint16_t dev_id;   //dongle Device ID
 char     name[8];  //Dongle name

 bdaddr_t bdaddr;   //Dongle bdaddr

 uint32_t flags;    //Dongle Flags：如：UP，RUNING，Down等。
 uint8_t  type;   //Dongle鏈接方式：如USB，PC Card，UART，RS232等。

 uint8_t  features[8];

 uint32_t pkt_type;
 uint32_t link_policy;
 uint32_t link_mode;

 uint16_t acl_mtu;
 uint16_t acl_pkts;
 uint16_t sco_mtu;
 uint16_t sco_pkts;

 struct   hci_dev_stats stat;  //此Dongle的數據信息，如發送多少個ACL Packet，正確多少，錯誤多少，等等。
};

 

3.0.1: UP和Down Bluetooth Dongle：

ioctl(ctl, HCIDEVUP, hdev)

ioctl(ctl, HCIDEVDOWN, hdev)

ctl：爲使用socket(AF_BLUETOOTH, SOCK_RAW, BTPROTO_HCI)打開的Socket.

hdev: Dongle Device ID.(因此上面的Socket不須要bind,由於這邊指定了)

 

 

 

 

 

3.1 BlueZ提供的HCI編程接口一（針對本地Dongle的API系列）：

3.1。1 打開一個HCI Socket---int hci_open_dev(int dev_id):

這個function用來打開一個HCI Socket。它首先打開一個HCI protocol的Socket（房間），並將此Socket與device ID=參數dev_id的Dongle綁定起來。只有bind後，它纔將Socket句柄與Dongle對應起來。

注意，全部的HCI Command發送以前，都須要使用 hci_open_dev打開並綁定。

 

3.1.2: 關閉一個HCI Socket：

int hci_close_dev(int dd) //簡單的關閉使用hci_open_dev打開的Socket。

 

3.1.3: 向HCI Socket（對應一個Dongle）發送 request:

int hci_send_req(int dd, struct hci_request *r, int to)

BlueZ提供這個function很是有用，它能夠實現一切Host向Modules發送Command的功能。

參數1：HCI Socket。

參數2：Command內容。

參數3：以milliseconds爲單位的timeout.

下面詳細解釋此function和用法：

當應用程序須要向Dongle(對應爲一個bind後的Socket)發送Command時，調用此function.

其中，參數一dd對應一個使用hci_open_dev（）打開的Socket（Dongle）。

參數三to則爲等待Dongle執行並回覆命令結果的timeout.以毫秒爲單位。

參數二hci_request * r 最爲重要,首先看它的結構：

struct hci_request {
 uint16_t ogf;    //Opcode Group
 uint16_t ocf;    //Opcode Command
 int      event;  //此Command產生的Event類型。
 void     *cparam; //Command 參數
 int      clen;    //Command參數長度
 void     *rparam;  //Response 參數
 int      rlen;    //Response 參數長度
};

ogf,ocf不用多說，對應前面的圖就明白這是Group Code和Command Code。這兩項先肯定下來，而後能夠查HCI Spec。察看輸入參數（cparam）以及輸出參數（rparam）含義。至於他們的結構以及參數長度，則在~/include/net/bluetooth/hci.h中有定義。

至於event.若是設置，它會被setsockopt設置於Socket。

 

例1：獲得某個鏈接的Policy Setting.

HCI Spec以及~/include/net/bluetooth/hci.h中都可看到，OGF=OGF_LINK_POLICY(0x02). OCF=OCF_READ_LINK_POLICY(0x0C).

由於這個Command用來讀取某個ACL鏈接的Policy Setting。因此輸入參數即爲此鏈接Handle.

返回參數則包含3部分，status（Command是否順利執行）， handle(鏈接Handle)。 policy（獲得的policy值）

這就又引入了一個新問題，如何獲得某個ACL鏈接的Handle。

可使用ioctl HCIGETCONNINFO獲得ACL 鏈接Handle。

ioctl(dd, HCIGETCONNINFO, (unsigned long) cr)；

Connect_handle = htobs(cr->conn_info->handle);

 

因此完整的過程以下：

 

struct hci_request HCI_Request;
 read_link_policy_cp Command_Param;
 read_link_policy_rp Response_Param;

// 1.獲得ACL Connect Handle

if (ioctl(dd, HCIGETCONNINFO, (unsigned long) cr) < 0) 
 {  
  return -1；
 }
 Connect_handle = htobs(cr->conn_info->handle);

 

memset(&HCI_Request, 0, sizeof(HCI_Request));
 memset(&Command_Param, 0 , sizeof(Command_Param));
 memset(&Response_Param, 0 , sizeof(Response_Param));

 

// 2.填寫Command輸入參數
 Command_Param.handle = Connect_handle;

 

 

HCI_Request.ogf = OGF_LINK_POLICY;  //Command組ID
 HCI_Request.ocf = OCF_READ_LINK_POLICY; //Command ID
 HCI_Request.cparam = &Command_Param;
 HCI_Request.clen = READ_LINK_POLICY_CP_SIZE;
 HCI_Request.rparam = &Response_Param;
 HCI_Request.rlen = READ_LINK_POLICY_RP_SIZE;

 

if (hci_send_req(dd, &HCI_Request, to) < 0)
 {
  perror("\nhci_send_req()");
  return -1;
 }

//若是返回值狀態不對

 if (Response_Param.status) {
  return -1;
 }
 

//獲得當前policy
 *policy = Response_Param.policy;

 

 

3.1.4:幾個更基礎的function:

static inline void bacpy(bdaddr_t *dst, const bdaddr_t *src) //bdaddr copy

static inline int bacmp(const bdaddr_t *ba1, const bdaddr_t *ba2)//bdaddr 比較

 

 

3.1.5: 獲得指定Dongle BDAddr：

int hci_read_bd_addr(int dd, bdaddr_t *bdaddr, int to)；

參數1：HCI Socket,使用hci_open_dev（）打開的Socket（Dongle）。

參數2：輸出參數，其中會放置bdaddr.

參數3：以milliseconds爲單位的timeout.

 

 

 

3.1.6: 讀寫Dongle Name：

int hci_read_local_name(int dd, int len, char *name, int to)

int hci_write_local_name(int dd, const char *name, int to)

參數1：HCI Socket,使用hci_open_dev（）打開的Socket（Dongle）。

參數2：讀取或設置Name。

參數3：以milliseconds爲單位的timeout.

注意：這裏的Name與IOCTL HCIGETDEVINFO 獲得hci_dev_info中的name不一樣。

 

3.1.7：獲得HCI Version:

int hci_read_local_version(int dd, struct hci_version *ver, int to)

 

 

3.1.8：獲得已經UP的Dongle BDaddr：

int hci_devba(int dev_id, bdaddr_t *bdaddr)；

dev_id: Dongle Device ID.

bdaddr:輸出參數，指定Dongle若是UP， 則放置其BDAddr。

 

3.1.9: 獲得Dongle Info：

int hci_devinfo(int dev_id, struct hci_dev_info *di)

dev_id: Dongle Device ID.

di: 此Dongle信息。

出錯返回 -1。

注意，這個Function的作法與3.0的方法徹底一致。

 

3.1.10：從hciX中獲得X：

int hci_devid(const char *str)

str: 相似 hci0這樣的字串。

若是hciX對應的Device ID(X)是現實存在且UP。則返回此設備Device ID。 

 

3.1.11：獲得BDADDR不等於參數bdaddr的Dongle Device ID：

int hci_get_route(bdaddr_t *bdaddr)

查找Dongle，發現Dongle Bdaddr不等於參數bdaddr的第一個Dongle，則返回此Dongle Device ID。

因此，若是: int hci_get_route(NULL),則獲得第一個可用的Dongle Device ID。

 

 

3.1.12: 將BDADDR轉換爲字符串：

int ba2str(const bdaddr_t *ba, char *str)

 

3.1.13: 將自串轉換爲BDADDR：

int str2ba(const char *str, bdaddr_t *ba)

 

 

3.2 BlueZ提供的HCI編程接口二（針對Remote Device的API系列）：

3.2.1  inquiry 遠程Bluetooth Device：

int hci_inquiry(int dev_id, int len, int nrsp, const uint8_t *lap, inquiry_info **ii, long flags)

hci_inquiry（）用來命令指定的Dongle去搜索周圍全部bluetooth device.並將搜索到的Bluetooth Device bdaddr 傳遞回來。

參數1：dev_id：指定Dongle Device ID。若是此值小於0，則會使用第一個可用的Dongle。

參數2：len: 這次inquiry的時間長度（每增長1，則增長1.25秒時間）

參數3：nrsp:這次搜索最大搜索數量，若是給0。則此值會取255。

參數4：lap:BDADDR中LAP部分，Inquiry時這塊值缺省爲0X9E8B33.一般使用NULL。則自動設置。

參數5：ii:存放搜索到Bluetooth Device的地方。給一個存放inquiry_info指針的地址，它會自動分配空間。並把那個空間頭地址放到其中。

參數6：flags:搜索flags.使用IREQ_CACHE_FLUSH，則會真正從新inquiry。不然可能會傳回上次的結果。

 

返回值是此次Inquiry到的Bluetooth Device 數目。

 

注意：若是*ii不是本身分配的，而是讓hci_inquiry()本身分配的，則須要調用bt_free（）來幫它釋放空間。

 

 

3.2.2：獲得指定BDAddr的reomte device Name:

int hci_read_remote_name(int dd, const bdaddr_t *bdaddr, int len, char *name, int to)

參數1：使用hci_open_dev（）打開的Socket。

參數2：對方BDAddr.

參數3：name 長度。

參數4：(out)放置name的位置。

參數5：等待時間。

 

3.2.3: 讀取鏈接的信號強度：

int hci_read_rssi(int dd, uint16_t handle, int8_t *rssi, int to)

注意，全部對鏈接的操做，都會有一個參數，handle.這個參數是鏈接的Handle。前面講過如何獲得鏈接Handle的。