Linux 蓝牙读写,实战Linux Bluetooth编程（三） HCI层编程
作者：Sam (甄峰)
(HCI協議簡介，HCI 在BlueZ中的實現以及HCI編程接口)
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：
從圖上可以看出，Host Controller Interface(HCI)??就是用來溝通Host和Module。Host通常就是PC， Module則是以各種物理連接形式(USB,serial,pc-card等)連接到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。
居于PC的上層程序與協議和居于Modules的下層協議之間通過HCI溝通，有4種不同形式的傳輸：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結構如下：
OpCode用來唯一標識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
它們代表了不同的Command Group：
OGF_LINK_CTL:?Link control,這個Command Group中的Command允許Host控制與其它bluetooth device 的連接。
OGF_LINK_POLICY?：Link Policy。這個Command Group中的Command允許調整Link Manager control.
OGF_HOST_CTL:?Control and Baseband.
1.1.2: Opcode Command:
用來在同一個Group內唯一識別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結構如下：
HCI Event分3種：Command complete Event, Command States Event，Command Subsequently Completend.
Command complete Event: 如果Host發送的Command可以立刻有結果，則會發送此類Event。也就是說，如果發送的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：如果Host發送的Command不能立刻得知結果，則發送此類Event。Host發送的Command執行要與Remote設備打交道，則必然無法立刻得知結果，所以會發送Command States Event.例如：
HCI Connect。
Command Subsequently Completend:Command延后完成Event。例如：連接已建立。
下圖是一個Command-Event例子：
從這里可以看出，如果Host發送的Command是與Remote device有關的，則會先發送Command States Event?。等動作真正完成了，再發送?Command Subsequently Completend。
HCI ACL與SCO數據，這里就不多講了。只需要明白，l2cap數據是通過ACL數據傳輸給remote device的。
下圖很明白的展示了l2cap數據如何一步一步轉化為USB數據并傳遞給底層協議的。
很明顯，一個l2cap包會按照規則先切割為多個HCI數據包。HCI數據包再通過HCI-usb這一層傳遞給USB設備。每個包又通過USB driver發送到底層。
2. HCI protocol的實現：
(稍后添加)
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。所以，通過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)去做什么何種動作。
3.0：得到Host上插入Dongle數目以及Dongle信息：
我們先復習一下socket的概念：
使用函數socket()建立一個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。
類似的，我們可以把Host理解為一個房間，這個房間有多部電話(Dongle)。
當使用socket() 打開一個HCI protocol的socket，表明得到這個房間的句柄。HOST可能會有多個Dongle。換句話說，這個房間可以有多個電話號碼。所以HCI會提供一套指令去得到這些Dongle。
// 0.?分配一個空間給?hci_dev_list_req。這里面將放所有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相當于一個房間。
if ((ctl = socket(AF_BLUETOOTH, SOCK_RAW, BTPROTO_HCI)) < 0) {
perror("Can't open HCI socket.");
exit(1);
}
// 2. 使用HCIGETDEVLIST,得到所有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，得到對應Device ID的Dongle信息。
di.dev_id = (dr+i)->dev_id;
ioctl(ctl, HCIGETDEVINFO, (void *) &di)；
這樣就能得到所有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連接方式：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：為使用socket(AF_BLUETOOTH, SOCK_RAW, BTPROTO_HCI)打開的Socket.
hdev: Dongle Device ID.(所以上面的Socket不需要bind,因為這邊指定了)
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)，并將此Socket與device ID=參數dev_id的Dongle綁定起來。只有bind后，它才將Socket句柄與Dongle對應起來。
注意，所有的HCI Command發送之前，都需要使用?hci_open_dev打開并綁定。
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非常有用，它可以實現一切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為單位的timeout.
下面詳細解釋此function和用法：
當應用程序需要向Dongle(對應為一個bind后的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則為等待Dongle執行并回復命令結果的timeout.以毫秒為單位。
參數二hci_request * r?最為重要,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。這兩項先確定下來，然后可以查HCI Spec。察看輸入參數(cparam)以及輸出參數(rparam)含義。至于他們的結構以及參數長度，則在~/include/net/bluetooth/hci.h中有定義。
至于event.如果設置，它會被setsockopt設置于Socket。
例1：得到某個連接的Policy Setting.
HCI Spec以及~/include/net/bluetooth/hci.h中均可看到，OGF=OGF_LINK_POLICY(0x02). OCF=OCF_READ_LINK_POLICY(0x0C).
因為這個Command用來讀取某個ACL連接的Policy Setting。所以輸入參數即為此連接Handle.
返回參數則包含3部分，status(Command是否順利執行)， handle(連接Handle)。 policy(得到的policy值)
這就又引入了一個新問題，如何得到某個ACL連接的Handle。
可以使用ioctl HCIGETCONNINFO得到ACL 連接Handle。
ioctl(dd, HCIGETCONNINFO, (unsigned long) cr)；
Connect_handle = htobs(cr->conn_info->handle);
所以完整的過程如下：
struct hci_request HCI_Request;
read_link_policy_cp Command_Param;
read_link_policy_rp Response_Param;
// 1.得到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;
}
//如果返回值狀態不對
if (Response_Param.status) {
return?-1;
}
//得到當前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: 得到指定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為單位的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為單位的timeout.
注意：這里的Name與IOCTL HCIGETDEVINFO 得到hci_dev_info中的name不同。
3.1.7：得到HCI Version:
int hci_read_local_version(int dd, struct hci_version *ver, int to)
3.1.8：得到已經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如果UP， 則放置其BDAddr。
3.1.9: 得到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的做法與3.0的方法完全一致。
3.1.10：從hciX中得到X：
int hci_devid(const char *str)
str: 類似 hci0這樣的字串。
如果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：得到BDADDR不等于參數bdaddr的Dongle Device ID：
int hci_get_route(bdaddr_t *bdaddr)
查找Dongle，發現Dongle Bdaddr不等于參數bdaddr的第一個Dongle，則返回此Dongle Device ID。
所以，如果: int hci_get_route(NULL),則得到第一個可用的Dongle Device ID。
3.1.12: 將BDADDR轉換為字符串：
int ba2str(const bdaddr_t *ba, char *str)
3.1.13: 將自串轉換為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去搜索周圍所有bluetooth device.并將搜索到的Bluetooth Device bdaddr 傳遞回來。
參數1：dev_id：指定Dongle Device ID。如果此值小于0，則會使用第一個可用的Dongle。
參數2：len: 此次inquiry的時間長度(每增加1，則增加1.25秒時間)
參數3：nrsp:此次搜索最大搜索數量，如果給0。則此值會取255。
參數4：lap:BDADDR中LAP部分，Inquiry時這塊值缺省為0X9E8B33.通常使用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。并把那個空間頭地址放到其中。
參數6：flags:搜索flags.使用IREQ_CACHE_FLUSH，則會真正重新inquiry。否則可能會傳回上次的結果。
返回值是這次Inquiry到的Bluetooth Device 數目。
注意：如果*ii不是自己分配的，而是讓hci_inquiry()自己分配的，則需要調用bt_free()來幫它釋放空間。
3.2.2：得到指定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: 讀取連接的信號強度：
int hci_read_rssi(int dd, uint16_t handle, int8_t *rssi, int to)
注意，所有對連接的操作，都會有一個參數，handle.這個參數是連接的Handle。前面講過如何得到連接Handle的。
總結
以上是生活随笔為你收集整理的Linux 蓝牙读写,实战Linux Bluetooth编程（三） HCI层编程的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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