實(shí)戰(zhàn)Linux Bluetooth編程（三） HCI層編程
作者：Sam （甄峰） sam_code@hotmail.com
（HCI協(xié)議簡(jiǎn)介，HCI在BlueZ中的實(shí)現(xiàn)以及HCI編程接口）
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1. HCI層協(xié)議概述：
HCI提供一套統(tǒng)一的方法來(lái)訪問(wèn)Bluetooth底層。如圖所示：
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Bluetooth編程（三）?
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從圖上可以看出，Host ControllerInterface(HCI)??就是用來(lái)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(xié)議都是軟件形式提出的（Bluez中是以kernel層程序)。在Module這一端：LinkManager, BB, 等協(xié)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(shí)現(xiàn)，用來(lái)給上層協(xié)議和程序提供訪問(wèn)接口（Bluez中,hci.chci_usb.c，hci_sock.c等）.另一部分也是在Firmware中實(shí)現(xiàn)，用來(lái)將軟件部分的指令等用底層協(xié)議明白的方式傳遞給底層。
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居于PC的上層程序與協(xié)議和居于Modules的下層協(xié)議之間通過(guò)HCI溝通，有4種不同形式的傳輸：Commands,Event, ACL Data, SCO/eSCO Data。
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1.1. HCI Command：
HCI Command是Host向Modules發(fā)送命令的一種方式。HCI Command Packet結(jié)構(gòu)如下：
Bluetooth編程（三）?
OpCode用來(lái)唯一標(biāo)識(shí)HCI Command.它由2部分組成，10bit的Opcode Command.6bit的Opcode Group。
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1.1.1: OpCode Group:
Linux Kernel（BlueZ）中，~/include/net/bluetooth/hci.h中定義了OpCodeGroup。
#define OGF_LINK_CTL?0x01
#defineOGF_LINK_POLICY?0x02??
#define OGF_HOST_CTL?0x03
#defineOGF_INFO_PARAM?0x04
#defineOGF_STATUS_PARAM?0x05
它們代表了不同的Command Group：
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OGF_LINK_CTL: Link control,這個(gè)CommandGroup中的Command允許Host控制與其它bluetooth device 的連接。
OGF_LINK_POLICY?：LinkPolicy。這個(gè)Command Group中的Command允許調(diào)整Link Manager control.
OGF_HOST_CTL: Control and Baseband.
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1.1.2: Opcode Command:?
用來(lái)在同一個(gè)Group內(nèi)唯一識(shí)別Command。~/include/net/bluetooth/hci.h中定義。
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1.2: HCI Event：
Modules向Host發(fā)送一些信息，使用HCI Event。Event Packet結(jié)構(gòu)如下：
Bluetooth編程（三）?
HCI Event分3種：Command complete Event, Command StatesEvent，Command Subsequently Completend.
Command complete Event:如果Host發(fā)送的Command可以立刻有結(jié)果，則會(huì)發(fā)送此類Event。也就是說(shuō)，如果發(fā)送的Command只與本地Modules有關(guān)，不與remote設(shè)備打交道，則使用Commandcomplete Event。例如：HCI_Read_Buffer_Size.
Command StatesEvent：如果Host發(fā)送的Command不能立刻得知結(jié)果，則發(fā)送此類Event。Host發(fā)送的Command執(zhí)行要與Remote設(shè)備打交道，則必然無(wú)法立刻得知結(jié)果，所以會(huì)發(fā)送CommandStates Event.例如：
HCI Connect。
Command SubsequentlyCompletend:Command延后完成Event。例如：連接已建立。
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下圖是一個(gè)Command-Event例子：
Bluetooth編程（三）?
從這里可以看出，如果Host發(fā)送的Command是與Remote device有關(guān)的，則會(huì)先發(fā)送CommandStates Event?。等動(dòng)作真正完成了，再發(fā)送Command Subsequently Completend。
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HCI ACL與SCO數(shù)據(jù)，這里就不多講了。只需要明白，l2cap數(shù)據(jù)是通過(guò)ACL數(shù)據(jù)傳輸給remotedevice的。
下圖很明白的展示了l2cap數(shù)據(jù)如何一步一步轉(zhuǎn)化為USB數(shù)據(jù)并傳遞給底層協(xié)議的。
Bluetooth編程（三）?
很明顯，一個(gè)l2cap包會(huì)按照規(guī)則先切割為多個(gè)HCI數(shù)據(jù)包。HCI數(shù)據(jù)包再通過(guò)HCI-usb這一層傳遞給USB設(shè)備。每個(gè)包又通過(guò)USBdriver發(fā)送到底層。
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2. HCIprotocol的實(shí)現(xiàn)：
（稍后添加）
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3. HCI 層的編程：
正如上一節(jié)所說(shuō)，HCI是溝通上層協(xié)議以及程序與底層硬件協(xié)議的通道。所以，通過(guò)HCI發(fā)送的Command都是上層協(xié)議或者應(yīng)用程序發(fā)送給BluetoothDongle的。它命令Bluetooth Dongle（或其中的硬件協(xié)議）去做什么何種動(dòng)作。
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3.0：得到Host上插入Dongle數(shù)目以及Dongle信息：
我們先復(fù)習(xí)一下socket的概念：
使用函數(shù)socket()建立一個(gè)Socket，就如同你有一部電話.bind()則是把這個(gè)電話和某個(gè)電話號(hào)碼（網(wǎng)絡(luò)地址）對(duì)應(yīng)起來(lái)。
類似的，我們可以把Host理解為一個(gè)房間，這個(gè)房間有多部電話（Dongle）。
當(dāng)使用socket() 打開(kāi)一個(gè)HCIprotocol的socket，表明得到這個(gè)房間的句柄。HOST可能會(huì)有多個(gè)Dongle。換句話說(shuō)，這個(gè)房間可以有多個(gè)電話號(hào)碼。所以HCI會(huì)提供一套指令去得到這些Dongle。
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//0.?分配一個(gè)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;
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?if (!(dl = malloc(HCI_MAX_DEV * sizeof(structhci_dev_req) + sizeof(uint16_t)))) {
??perror("Can't allocatememory");
??exit(1);
?}
?dl->dev_num = HCI_MAX_DEV;
?dr = dl->dev_req;
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//1. 打開(kāi)一個(gè)HCI socket.此socket相當(dāng)于一個(gè)房間。
if ((ctl = socket(AF_BLUETOOTH, SOCK_RAW, BTPROTO_HCI))< 0) {
??perror("Can't open HCIsocket.");
??exit(1);
?}
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// 2. 使用HCIGETDEVLIST,得到所有dongle的DeviceID。存放在dl中。??
?if (ioctl(ctl, HCIGETDEVLIST, (void *) dl)< 0) {
??perror("Can't get devicelist");
??exit(1);
?}
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// 3 使用HCIGETDEVINFO，得到對(duì)應(yīng)Device ID的Dongle信息。
di.dev_id = (dr+i)->dev_id;
ioctl(ctl, HCIGETDEVINFO, (void *) &di)；
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這樣就能得到所有Dongle信息。
struct hci_dev_info {
?uint16_tdev_id;?? //dongle DeviceID
?char????name[8];? //Dongle name
?bdaddr_tbdaddr;?? //Dongle bdaddr
?uint32_tflags;???//Dongle Flags：如：UP，RUNING，Down等。
?uint8_t?type;?? //Dongle連接方式：如USB，PCCard，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(shù)據(jù)信息，如發(fā)送多少個(gè)ACLPacket，正確多少，錯(cuò)誤多少，等等。
};
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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(kāi)的Socket.
hdev: Dongle Device ID.(所以上面的Socket不需要bind,因?yàn)檫@邊指定了)
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3.1BlueZ提供的HCI編程接口一（針對(duì)本地Dongle的API系列）：
3.1。1 打開(kāi)一個(gè)HCI Socket---int hci_open_dev(intdev_id):
這個(gè)function用來(lái)打開(kāi)一個(gè)HCI Socket。它首先打開(kāi)一個(gè)HCIprotocol的Socket（房間），并將此Socket與deviceID=參數(shù)dev_id的Dongle綁定起來(lái)。只有bind后，它才將Socket句柄與Dongle對(duì)應(yīng)起來(lái)。
注意，所有的HCI Command發(fā)送之前，都需要使用hci_open_dev打開(kāi)并綁定。
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3.1.2: 關(guān)閉一個(gè)HCI Socket：
int hci_close_dev(int dd)//簡(jiǎn)單的關(guān)閉使用hci_open_dev打開(kāi)的Socket。
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3.1.3: 向HCI Socket（對(duì)應(yīng)一個(gè)Dongle）發(fā)送request:
int hci_send_req(int dd, structhci_request *r, int to)
BlueZ提供這個(gè)function非常有用，它可以實(shí)現(xiàn)一切Host向Modules發(fā)送Command的功能。
參數(shù)1：HCI Socket。
參數(shù)2：Command內(nèi)容。
參數(shù)3：以milliseconds為單位的timeout.
下面詳細(xì)解釋此function和用法：
當(dāng)應(yīng)用程序需要向Dongle(對(duì)應(yīng)為一個(gè)bind后的Socket)發(fā)送Command時(shí)，調(diào)用此function.
其中，參數(shù)一dd對(duì)應(yīng)一個(gè)使用hci_open_dev（）打開(kāi)的Socket（Dongle）。
參數(shù)三to則為等待Dongle執(zhí)行并回復(fù)命令結(jié)果的timeout.以毫秒為單位。
參數(shù)二hci_request * r 最為重要,首先看它的結(jié)構(gòu)：
struct hci_request {
?uint16_togf;????//OpcodeGroup
?uint16_tocf;????//OpcodeCommand
?int?????event;? //此Command產(chǎn)生的Event類型。
?void????*cparam; //Command 參數(shù)
?int?????clen;???//Command參數(shù)長(zhǎng)度
?void????*rparam;? //Response參數(shù)
?int?????rlen;???//Response 參數(shù)長(zhǎng)度
};
ogf,ocf不用多說(shuō)，對(duì)應(yīng)前面的圖就明白這是Group Code和Command Code。這兩項(xiàng)先確定下來(lái)，然后可以查HCISpec。察看輸入?yún)?shù)（cparam）以及輸出參數(shù)（rparam）含義。至于他們的結(jié)構(gòu)以及參數(shù)長(zhǎng)度，則在~/include/net/bluetooth/hci.h中有定義。
至于event.如果設(shè)置，它會(huì)被setsockopt設(shè)置于Socket。
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例1：得到某個(gè)連接的Policy Setting.
HCISpec以及~/include/net/bluetooth/hci.h中均可看到，OGF=OGF_LINK_POLICY(0x02).OCF=OCF_READ_LINK_POLICY(0x0C).
因?yàn)檫@個(gè)Command用來(lái)讀取某個(gè)ACL連接的Policy Setting。所以輸入?yún)?shù)即為此連接Handle.
返回參數(shù)則包含3部分，status（Command是否順利執(zhí)行）， handle(連接Handle)。policy（得到的policy值）
這就又引入了一個(gè)新問(wèn)題，如何得到某個(gè)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);
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所以完整的過(guò)程如下：
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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);
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memset(&HCI_Request, 0,sizeof(HCI_Request));
?memset(&Command_Param, 0 ,sizeof(Command_Param));
?memset(&Response_Param, 0 ,sizeof(Response_Param));
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// 2.填寫Command輸入?yún)?shù)
?Command_Param.handle = Connect_handle;
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HCI_Request.ogf = OGF_LINK_POLICY;?//Command組ID
?HCI_Request.ocf = OCF_READ_LINK_POLICY; //CommandID
?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;
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if (hci_send_req(dd, &HCI_Request, to)< 0)
?{
??perror("nhci_send_req()");
??return -1;
?}
//如果返回值狀態(tài)不對(duì)
?if (Response_Param.status) {
??return?-1;
?}
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//得到當(dāng)前policy
?*policy = Response_Param.policy;
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3.1.4:幾個(gè)更基礎(chǔ)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
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3.1.5: 得到指定Dongle BDAddr：
int hci_read_bd_addr(int dd, bdaddr_t *bdaddr, int to)；
參數(shù)1：HCISocket,使用hci_open_dev（）打開(kāi)的Socket（Dongle）。
參數(shù)2：輸出參數(shù)，其中會(huì)放置bdaddr.
參數(shù)3：以milliseconds為單位的timeout.
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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(shù)1：HCISocket,使用hci_open_dev（）打開(kāi)的Socket（Dongle）。
參數(shù)2：讀取或設(shè)置Name。
參數(shù)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。
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3.1.7：得到HCI Version:
int hci_read_local_version(int dd, struct hci_version *ver, intto)
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3.1.8：得到已經(jīng)UP的Dongle BDaddr：
int hci_devba(int dev_id, bdaddr_t *bdaddr)；
dev_id: Dongle Device ID.
bdaddr:輸出參數(shù)，指定Dongle如果UP， 則放置其BDAddr。
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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(cuò)返回 -1。
注意，這個(gè)Function的做法與3.0的方法完全一致。
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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(duì)應(yīng)的Device ID(X)是現(xiàn)實(shí)存在且UP。則返回此設(shè)備DeviceID。?
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3.1.11：得到BDADDR不等于參數(shù)bdaddr的DongleDevice ID：
int hci_get_route(bdaddr_t *bdaddr)
查找Dongle，發(fā)現(xiàn)Dongle Bdaddr不等于參數(shù)bdaddr的第一個(gè)Dongle，則返回此Dongle DeviceID。
所以，如果: int hci_get_route(NULL),則得到第一個(gè)可用的Dongle Device ID。
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3.1.12: 將BDADDR轉(zhuǎn)換為字符串：
int ba2str(const bdaddr_t *ba, char *str)
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3.1.13: 將自串轉(zhuǎn)換為BDADDR：
int str2ba(const char *str, bdaddr_t *ba)
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3.2BlueZ提供的HCI編程接口二（針對(duì)Remote Device的API系列）：
3.2.1? inquiry 遠(yuǎn)程BluetoothDevice：
int hci_inquiry(int dev_id, int len, int nrsp, const uint8_t*lap, inquiry_info **ii, long flags)
hci_inquiry（）用來(lái)命令指定的Dongle去搜索周圍所有bluetoothdevice.并將搜索到的Bluetooth Device bdaddr 傳遞回來(lái)。
參數(shù)1：dev_id：指定Dongle Device ID。如果此值小于0，則會(huì)使用第一個(gè)可用的Dongle。
參數(shù)2：len: 此次inquiry的時(shí)間長(zhǎng)度（每增加1，則增加1.25秒時(shí)間）
參數(shù)3：nrsp:此次搜索最大搜索數(shù)量，如果給0。則此值會(huì)取255。
參數(shù)4：lap:BDADDR中LAP部分，Inquiry時(shí)這塊值缺省為0X9E8B33.通常使用NULL。則自動(dòng)設(shè)置。
參數(shù)5：ii:存放搜索到BluetoothDevice的地方。給一個(gè)存放inquiry_info指針的地址，它會(huì)自動(dòng)分配空間。并把那個(gè)空間頭地址放到其中。
參數(shù)6：flags:搜索flags.使用IREQ_CACHE_FLUSH，則會(huì)真正重新inquiry。否則可能會(huì)傳回上次的結(jié)果。
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返回值是這次Inquiry到的Bluetooth Device 數(shù)目。
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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(diào)用bt_free（）來(lái)幫它釋放空間。
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3.2.2：得到指定BDAddr的reomte device Name:
int hci_read_remote_name(int dd, const bdaddr_t *bdaddr, intlen, char *name, int to)
參數(shù)1：使用hci_open_dev（）打開(kāi)的Socket。
參數(shù)2：對(duì)方BDAddr.
參數(shù)3：name 長(zhǎng)度。
參數(shù)4：(out)放置name的位置。
參數(shù)5：等待時(shí)間。
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3.2.3: 讀取連接的信號(hào)強(qiáng)度：
int hci_read_rssi(int dd, uint16_t handle, int8_t *rssi, intto)
注意，所有對(duì)連接的操作，都會(huì)有一個(gè)參數(shù)，handle.這個(gè)參數(shù)是連接的Handle。前面講過(guò)如何得到連接Handle的。
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