蓝牙H4传输层协议

蓝牙几种不同接口的传输协议：H2/H4/H5/BCSP/SDIO及区别

H2：基于USB的传输
H4：基于五线UART(RX/TX/CTS/RTS/GND带硬件流控)的传输，最简单的传输方式，只在HCI raw data前面加上一个type;
H5: 基于三线UART(RX/TX/GND)的传输,需要软件协议层加一个数据完整性校验机制;
BCSP: 基于UART的传输
SDIO ：基于SDIO的传输

TRANSPORT层：在硬件接口（UART/USB/SDIO）实现HOST跟CONTROLLER的交互

H2： USB的transport

H4：UART的transport（是UART传输种最简的一个Transport，只是在HCI raw data的前面加一个type就行，如下HCI一共有五种HCI data）
        * HCI COMMAND:由蓝牙协议栈发送给芯片的命令
        * HCI EVENT:由蓝牙芯片上报给蓝牙协议栈的事件
        * HCI ACL:蓝牙协议栈跟蓝牙芯片双向交互的普通数据

        * HCI SCO:蓝牙芯片跟蓝牙协议栈双向交互的通话/语音识别等音频数据
        * HCI ISO（这部分是在core5.2才添加）:LE audio用的数据包格式

 

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蓝牙传输介质Transport UART H4（RS232）介绍

https://www.52bluetooth.com/portal.php?mod=view&aid=179&mobile=no

Transport H4介绍

1. 概念介绍

整个Transport在蓝牙架构中的位置如下图红框位置：

 

蓝牙Transport就是蓝牙的硬件发送协议，硬件的传输介质有：UART/USB/SDIO，那么Transport就是在特定的硬件传输介质上增加了一些协议，比如我们本节将的H4就是在UART上增加了一个小协议，H4算是最简单的一个协议，只是在数据前面加一个Type，了解过蓝牙HCI的一般都会知道蓝牙协议栈（Host）跟芯片（Controller）一般是通过HCI数据来沟通，那么H4就是在HCI数据前面加上一个TYPE。一共有5中type,如下：

1）HCI COMMAND:由蓝牙协议栈发送给芯片的命令

2）HCI EVENT:由蓝牙芯片上报给蓝牙协议栈的事件

3）HCI ACL:蓝牙协议栈跟蓝牙芯片双向交互的普通数据

4）HCI SCO:蓝牙芯片跟蓝牙协议栈双向交互的通话/语音识别等音频数据

5）HCI ISO（这部分是在core5.2才添加）:用于发送LE audio

在Core文档截图如下：

交互数据格式为：

所以我们看下代码在这部分的实现：

1）通过宏配置协议栈的TRANSPORT type，可以看到以下代码是配置的H4

 

/** BT_PBUF_TRANSPORT_H2 = 0x01,BT_PBUF_TRANSPORT_H4 = 0x02,BT_PBUF_TRANSPORT_H5 = 0x03,BT_PBUF_TRANSPORT_BCSP = 0x04,*/
 
#define BT_TRANSPORT_TYPE 0x02

 

2）举例说明HCI reset发送（HCI raw data为0x03 0x0c 0x00）

err_t hci_reset(void)
{
    struct bt_pbuf_t *p;
    
    /* 申请Transport的buffer，比HCI数据多了一个byte */
    if((p = bt_pbuf_alloc(BT_TRANSPORT_TYPE, HCI_RESET_PLEN, BT_PBUF_RAM)) == NULL)
    {
        BT_HCI_TRACE_ERROR("ERROR:file[%s],function[%s],line[%d] bt_pbuf_alloc fail\n",__FILE__,__FUNCTION__,__LINE__);
 
        return BT_ERR_MEM;
    }
 
    /* Assembling command packet */
    p = hci_cmd_ass(p, HCI_RESET, HCI_HOST_C_N_BB, HCI_RESET_PLEN);
    pcb->timer = utimer_create(HCI_RESET_TIMEOUT, hci_reset_timeout, 0);
    /* Assembling cmd prameters */
 
    /* 发送HCI raw data在底层处理增加了1个byte */
    phybusif_output(p, p->tot_len,PHYBUSIF_PACKET_TYPE_CMD);
    bt_pbuf_free(p);
 
    return BT_ERR_OK;
}

3）到了Transport的处理

void phybusif_output(struct bt_pbuf_t *p, uint16_t len,uint8_t packet_type)
{
    /* 后退1个byte */
    bt_pbuf_header(p, 1);
 
    /* 填写上type */
    ((uint8_t *)p->payload)[0] = packet_type;
 
 
    uint8_t *tx_buffer = bt_get_tx_buffer();
    bt_pbuf_copy_partial(p, tx_buffer, p->tot_len, 0);
 
    BT_TRANSPORT_TRACE_DEBUG("BT TX LEN:%d\n",p->tot_len);
    bt_hex_dump(tx_buffer,p->tot_len);
 
    /* 通过UART发送出去 */
    uart_bt_send(tx_buffer,p->tot_len);
}

2. 硬件要求

UART硬件配置要求总结：

1）数据位8bit

2）无奇偶校验

3）停止位1bit

4）需要有硬件流控

所以MCU跟蓝牙芯片的接线需要：

我们来看下代码的实现：

1）在STM32的UART初始化(只贴出关键位置)

/******************************************************************************
 * func name   : hw_uart_bt_init
 * para        : baud_rate(IN)  --> Baud rate of uart1
 * return      : hw_uart_bt_init result
 * description : Initialization of USART2.PA0->CTS PA1->RTS PA2->TX PA3->RX
******************************************************************************/
uint8_t hw_uart_bt_init(uint32_t baud_rate,uint8_t reconfig)
{
    .............
 
    /* Data format :1:8:1, no parity check, hardware flow control */
    USART_InitStructure.USART_BaudRate = baud_rate;
    USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b; 
    USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;
    USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;
    USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_RTS_CTS;
    USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Tx | USART_Mode_Rx;
 
    .........
 
    return BT_ERR_OK;
 
}

 

2）在Linux的UART初始化(只贴出关键位置)

uint8_t hw_uart_bt_init(uint32_t baud_rate,uint8_t reconfig)
{
    ......
 
    // 8N1
    toptions.c_cflag &= ~CSTOPB;
    toptions.c_cflag |= CS8;
 
    toptions.c_cflag |= CREAD | CLOCAL | CRTSCTS;
    toptions.c_iflag &= ~(IXON | IXOFF | IXANY);
    toptions.c_cflag &= ~PARENB;
 
    toptions.c_cc[VMIN]  = 1;
    toptions.c_cc[VTIME] = 0;
 
    .......
 
    return BT_ERR_OK;
 
}

 

3. 纠错

如果主机或主机控制器在 RS232 通信上失去同步,则需要复位。失去同步意味着已检测到错误的 HCI 分组指示器,或 HCI 分组的长度域超出范围。如果在主机到主机控制器的通信中丢失 UART 同步，那么主机控制器将发送硬件故障（HCI hardware error）事件，以将同步错误告诉主机。主机控制器将需要从主机接收一个HCI_RESET 指令以执行复位。主机控制器也将在从主机到主机控制器的字节流中使用 HCI-RESET 指令，以实现重新同步。

 

如果在从主机控制器到主机的通信中失去 UART 同步，主机将发送 HCL_RESET指令以复位主机控制器。主机也将通过在从主机控制器到主机的字节流中查找HCI_Reset 指令的 HCL 指令完成事件,进行重新同步