藍(lán)牙HCI-UART主控制接口的FPGA設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

　　2.2 HCI 基本原理

　　2.2.1 HCI 傳輸層的比較

　　HCI 層位于藍(lán)牙高層協(xié)議和低層協(xié)議之間，其目的是實(shí)現(xiàn)主機(jī)設(shè)備與藍(lán)牙模塊之間的互操作，即HCI 是藍(lán)牙主機(jī)與主機(jī)控制器間軟硬件接口。HCI 為藍(lán)牙硬件中基帶控制器和鏈接管理器提供了命令接口，從 而實(shí)現(xiàn)對(duì)硬件狀態(tài)注冊(cè)器和控制寄存器的訪問(wèn)，提供了對(duì)藍(lán)牙基帶的統(tǒng)一訪問(wèn)模式。目前，HCI 的傳輸層主要有三種：USB，RS-232，UART。此外，還有一種PC 卡傳輸層，其沒(méi)有定義在藍(lán)牙標(biāo)準(zhǔn)中，而是在藍(lán)牙SIG 于1999 年8 月發(fā)表的藍(lán)牙PC 卡傳輸層1.0 版白皮書中描述的。藍(lán)牙沒(méi)有規(guī) 定PC 卡傳輸層實(shí)現(xiàn)的具體細(xì)節(jié)，而是要求制造商提供傳輸驅(qū)動(dòng)程序，以配合主機(jī)上的HCI 驅(qū)動(dòng)程序[5]。不 同傳輸層對(duì)HCI 事件處理沒(méi)有影響。

　?。?）USB 傳輸層在藍(lán)牙硬件上使用USB 硬件接口（該硬件接口有兩種嵌入方式：一種是作為USB 加/ 解密芯片，另一種是集成到PC 機(jī)主板上）[6]。這一種類編碼要求不管使用哪一廠商生產(chǎn)的設(shè)備，都能加載 合適的驅(qū)動(dòng)程序棧；同時(shí)它還保證了通過(guò)控制終端的HCI 指令和USB 指令有所區(qū)別。其缺點(diǎn)是軟件協(xié)議復(fù) 雜，軟件開銷巨大。

　?。?）RS-232 傳輸層：通過(guò)位于主機(jī)和主控制器之間的物理RS-232 接口實(shí)現(xiàn)。事件包和數(shù)據(jù)包通過(guò)該層，但該層并不對(duì)它們進(jìn)行解碼。該傳輸層支持的是主機(jī)控制器和不同實(shí)體中的主機(jī)的通信情況，通信距離較遠(yuǎn)，傳輸層特別規(guī)定了電氣特性，并采用了更為精細(xì)的鏈路協(xié)議以應(yīng)對(duì)較高的線路誤碼率，但在硬件 上需要增加電平轉(zhuǎn)換電路。

　?。?）UART 傳輸層跟RS-232 傳輸層類似，也是采用一個(gè)UART 的串行通信方式在主控制器與主機(jī)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。應(yīng)用環(huán)境主要是針對(duì)主控制器和主機(jī)位于同一個(gè)電路板上，傳輸層假定UART 通信無(wú)線性 錯(cuò)誤。與其它的相比，UART 傳輸層方式比較靈活，其應(yīng)用環(huán)境決定其連接錯(cuò)誤相對(duì)較少，可以采用簡(jiǎn)單的復(fù)位恢復(fù)機(jī)制實(shí)現(xiàn)失步時(shí)的復(fù)步。由于主機(jī)和主控制器都處于同一塊電路板上，因而傳輸層不需要規(guī)定電氣信號(hào)，可以直接采用TTL、LV－CMOS 等IC 端電壓，應(yīng)用較多。同時(shí)，UART 傳輸層避開了RS-232 傳輸層所要求的較繁瑣的協(xié)商和同步機(jī)制。UART 性能和數(shù)據(jù)吞吐率水平與USB 接口相當(dāng)，而傳輸協(xié)議卻較為簡(jiǎn)單，減少了軟件開銷，是一種更為經(jīng)濟(jì)高效的全硬件解決方案。

　　2.2.2 HCI 分組

　　兩個(gè)藍(lán)牙設(shè)備間進(jìn)行數(shù)據(jù)通信是通過(guò)HCI 分組實(shí)現(xiàn)的，HCI 是通過(guò)分組的方式來(lái)進(jìn)行信息交換的。HCI 分組有三種類型:指令分組(Command Packet)、事件分組(Event Packet)和數(shù)據(jù)分組(Data Packet)[7]。

　?。?）指令分組

　　只從主機(jī)發(fā)向主機(jī)控制器，分為鏈路控制指令、鏈路策略指令、主機(jī)控制指令與基帶指令、信息參數(shù)指令、狀態(tài)參數(shù)指令和測(cè)試指令。HCI 指令分組由操作碼(OpCode)、參數(shù)總長(zhǎng)(Parameter Total Length) 和參數(shù)列表(Parameters)三部分組成[8]。

　　（2）事件分組

　　只從主機(jī)控制器發(fā)向主機(jī)，用以說(shuō)明指令分組的執(zhí)行情況，是主機(jī)控制器向主機(jī)報(bào)告各種事件的分組。包括通用事件(包括指令完成事件和指令狀態(tài)事件)、測(cè)試事件、出錯(cuò)事件三種。

　?。?）數(shù)據(jù)分組

　　它是在主機(jī)和主機(jī)控制器間雙向傳輸，一般分為ACL(Asynchronization Connectionless)數(shù)據(jù)分組和 SCO (Synchronization Connection Oriented)數(shù)據(jù)分組兩種[9]。二者之間的區(qū)別在于：ACL 鏈路支持對(duì)稱和非對(duì)稱傳輸，分組交換和多點(diǎn)連接，適用于傳送數(shù)據(jù)；SCO 鏈路支持對(duì)稱傳輸,電路交換和點(diǎn)到點(diǎn)連接， 適用于傳輸語(yǔ)音。