蓝牙HCI-UART主控制接口的FPGA设计与实现

　　2.2 HCI 基本原理

　　2.2.1 HCI 传输层的比较

　　HCI 层位于蓝牙高层协议和低层协议之间，其目的是实现主机设备与蓝牙模块之间的互操作，即HCI 是蓝牙主机与主机控制器间软硬件接口。HCI 为蓝牙硬件中基带控制器和链接管理器提供了命令接口，从 而实现对硬件状态注册器和控制寄存器的访问，提供了对蓝牙基带的统一访问模式。目前，HCI 的传输层主要有三种：USB，RS-232，UART。此外，还有一种PC 卡传输层，其没有定义在蓝牙标准中，而是在蓝牙SIG 于1999 年8 月发表的蓝牙PC 卡传输层1.0 版白皮书中描述的。蓝牙没有规 定PC 卡传输层实现的具体细节，而是要求制造商提供传输驱动程序，以配合主机上的HCI 驱动程序[5]。不 同传输层对HCI 事件处理没有影响。

　　（1）USB 传输层在蓝牙硬件上使用USB 硬件接口（该硬件接口有两种嵌入方式：一种是作为USB 加/ 解密芯片，另一种是集成到PC 机主板上）[6]。这一种类编码要求不管使用哪一厂商生产的设备，都能加载 合适的驱动程序栈；同时它还保证了通过控制终端的HCI 指令和USB 指令有所区别。其缺点是软件协议复 杂，软件开销巨大。

　　（2）RS-232 传输层：通过位于主机和主控制器之间的物理RS-232 接口实现。事件包和数据包通过该层，但该层并不对它们进行解码。该传输层支持的是主机控制器和不同实体中的主机的通信情况，通信距离较远，传输层特别规定了电气特性，并采用了更为精细的链路协议以应对较高的线路误码率，但在硬件 上需要增加电平转换电路。

　　（3）UART 传输层跟RS-232 传输层类似，也是采用一个UART 的串行通信方式在主控制器与主机之间进行数据传输。应用环境主要是针对主控制器和主机位于同一个电路板上，传输层假定UART 通信无线性 错误。与其它的相比，UART 传输层方式比较灵活，其应用环境决定其连接错误相对较少，可以采用简单的复位恢复机制实现失步时的复步。由于主机和主控制器都处于同一块电路板上，因而传输层不需要规定电气信号，可以直接采用TTL、LV－CMOS 等IC 端电压，应用较多。同时，UART 传输层避开了RS-232 传输层所要求的较繁琐的协商和同步机制。UART 性能和数据吞吐率水平与USB 接口相当，而传输协议却较为简单，减少了软件开销，是一种更为经济高效的全硬件解决方案。

　　2.2.2 HCI 分组

　　两个蓝牙设备间进行数据通信是通过HCI 分组实现的，HCI 是通过分组的方式来进行信息交换的。HCI 分组有三种类型:指令分组(Command Packet)、事件分组(Event Packet)和数据分组(Data Packet)[7]。

　　（1）指令分组

　　只从主机发向主机控制器，分为链路控制指令、链路策略指令、主机控制指令与基带指令、信息参数指令、状态参数指令和测试指令。HCI 指令分组由操作码(OpCode)、参数总长(Parameter Total Length) 和参数列表(Parameters)三部分组成[8]。

　　（2）事件分组

　　只从主机控制器发向主机，用以说明指令分组的执行情况，是主机控制器向主机报告各种事件的分组。包括通用事件(包括指令完成事件和指令状态事件)、测试事件、出错事件三种。

　　（3）数据分组

　　它是在主机和主机控制器间双向传输，一般分为ACL(Asynchronization Connectionless)数据分组和 SCO (Synchronization Connection Oriented)数据分组两种[9]。二者之间的区别在于：ACL 链路支持对称和非对称传输，分组交换和多点连接，适用于传送数据；SCO 链路支持对称传输,电路交换和点到点连接， 适用于传输语音。