藍牙HCI-UART主控制接口的FPGA設計與實現

　　2.2 HCI 基本原理

　　2.2.1 HCI 傳輸層的比較

　　HCI 層位于藍牙高層協議和低層協議之間，其目的是實現主機設備與藍牙模塊之間的互操作，即HCI 是藍牙主機與主機控制器間軟硬件接口。HCI 為藍牙硬件中基帶控制器和鏈接管理器提供了命令接口，從 而實現對硬件狀態注冊器和控制寄存器的訪問，提供了對藍牙基帶的統一訪問模式。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，其沒有定義在藍牙標準中，而是在藍牙SIG 于1999 年8 月發表的藍牙PC 卡傳輸層1.0 版白皮書中描述的。藍牙沒有規 定PC 卡傳輸層實現的具體細節，而是要求制造商提供傳輸驅動程序，以配合主機上的HCI 驅動程序[5]。不 同傳輸層對HCI 事件處理沒有影響。

　　（1）USB 傳輸層在藍牙硬件上使用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 機主板上）[6]。這一種類編碼要求不管使用哪一廠商生產的設備，都能加載 合適的驅動程序棧；同時它還保證了通過控制終端的HCI 指令和USB 指令有所區別。其缺點是軟件協議復 雜，軟件開銷巨大。

　　（2）RS-232 傳輸層：通過位于主機和主控制器之間的物理RS-232 接口實現。事件包和數據包通過該層，但該層并不對它們進行解碼。該傳輸層支持的是主機控制器和不同實體中的主機的通信情況，通信距離較遠，傳輸層特別規定了電氣特性，并采用了更為精細的鏈路協議以應對較高的線路誤碼率，但在硬件 上需要增加電平轉換電路。

　　（3）UART 傳輸層跟RS-232 傳輸層類似，也是采用一個UART 的串行通信方式在主控制器與主機之間進行數據傳輸。應用環境主要是針對主控制器和主機位于同一個電路板上，傳輸層假定UART 通信無線性 錯誤。與其它的相比，UART 傳輸層方式比較靈活，其應用環境決定其連接錯誤相對較少，可以采用簡單的復位恢復機制實現失步時的復步。由于主機和主控制器都處于同一塊電路板上，因而傳輸層不需要規定電氣信號，可以直接采用TTL、LV－CMOS 等IC 端電壓，應用較多。同時，UART 傳輸層避開了RS-232 傳輸層所要求的較繁瑣的協商和同步機制。UART 性能和數據吞吐率水平與USB 接口相當，而傳輸協議卻較為簡單，減少了軟件開銷，是一種更為經濟高效的全硬件解決方案。

　　2.2.2 HCI 分組

　　兩個藍牙設備間進行數據通信是通過HCI 分組實現的，HCI 是通過分組的方式來進行信息交換的。HCI 分組有三種類型:指令分組(Command Packet)、事件分組(Event Packet)和數據分組(Data Packet)[7]。

　　（1）指令分組

　　只從主機發向主機控制器，分為鏈路控制指令、鏈路策略指令、主機控制指令與基帶指令、信息參數指令、狀態參數指令和測試指令。HCI 指令分組由操作碼(OpCode)、參數總長(Parameter Total Length) 和參數列表(Parameters)三部分組成[8]。

　　（2）事件分組

　　只從主機控制器發向主機，用以說明指令分組的執行情況，是主機控制器向主機報告各種事件的分組。包括通用事件(包括指令完成事件和指令狀態事件)、測試事件、出錯事件三種。

　　（3）數據分組

　　它是在主機和主機控制器間雙向傳輸，一般分為ACL(Asynchronization Connectionless)數據分組和 SCO (Synchronization Connection Oriented)數據分組兩種[9]。二者之間的區別在于：ACL 鏈路支持對稱和非對稱傳輸，分組交換和多點連接，適用于傳送數據；SCO 鏈路支持對稱傳輸,電路交換和點到點連接， 適用于傳輸語音。