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Android bluetooth介绍（二）： android 蓝牙代码架构及其uart 到rfcomm流程
关键词：蓝牙blueZ UART HCI_UART H4 HCI L2CAP RFCOMM
版本：基于android4.2之前版本 bluez
内核：linux/linux3.08
系统：android/android4.1.3.4
作者：xubin341719(欢迎转载，请注明作者，请尊重版权谢谢)
欢迎指正错误，共同学习、共同进步！！
一、Android Bluetooth Architecture蓝牙代码架构部分(google 官方蓝牙框架)
Android的蓝牙系统，自下而上包括以下一些内容如上图所示：
1、串口驱动
Linux的内核的蓝牙驱动程、Linux的内核的蓝牙协议的层
2、BlueZ的适配器
BlueZ的（蓝牙在用户空间的函式库）
bluez代码结构
Bluetooth协议栈BlueZ分为两部分：内核代码和用户态程序及工具集。
（1）、内核代码：由BlueZ核心协议和驱动程序组成
Bluetooth协议实现在内核源代码 kernel/net/bluetooth中。包括hci,l2cap,hid，rfcomm,sco,SDP,BNEP等协议的实现。
（2）、驱动程序：kernel/driver/bluetooth中,包含Linuxkernel对各种接口的
Bluetooth device的驱动,如：USB接口，串口等。
（3）、用户态程序及工具集：
包括应用程序接口和BlueZ工具集。BlueZ提供函数库以及应用程序接口，便于程序员开发bluetooth应用程序。BlueZ utils是主要工具集，实现对bluetooth设备的初始化和控制。
3、蓝牙相关的应用程序接口
Android.buletooth包中的各个Class（蓝牙在框架层的内容-----java）
类名 | 作用 |
BluetoothAdapter | 本地蓝牙设备的适配类，所有的蓝牙操作都要通过该类完成 |
BluetoothClass | 用于描述远端设备的类型，特点等信息 |
BluetoothDevice | 蓝牙设备类，代表了蓝牙通讯过程中的远端设备 |
BluetoothServerSocket | 蓝牙设备服务端，类似ServerSocket |
BluetoothSocket | 蓝牙设备客户端，类似Socket |
BluetoothClass.Device | 蓝牙关于设备信息 |
BluetoothClass.Device.Major | 蓝牙设备管理 |
BluetoothClass.Service | 蓝牙相关服务 |
同样下图也是一张比较经典的蓝牙代码架构图（google官方提供）
二、蓝牙通过Hciattach启动串口流程：
1、hciattach总体流程
2、展讯hciattach代码实现流程：
三、具体代码分析
1、initrc中定义
idh.code\device\sprd\sp8830ec_nwcn\init.sc8830.rc
service hciattach /system/bin/hciattach -n /dev/sttybt0 sprd_shark
socket bluetooth stream 660 bluetooth bluetooth
user bluetooth
group wifi bluetooth net_bt_admin net_bt inet net_raw net_admin system
disabled
oneshot
adb 下/dev/ttybt0(不同平台有所不同)
PS 进程中：hicattch
2、/system/bin/hciattach 执行的Main函数
idh.code\external\bluetooth\bluez\tools\hciattach.c
service hciattach /system/bin/hciattach -n /dev/sttybt0 sprd_shark
传进两个参数，/dev/sttybt0 和 sprd_shark
nt main(int argc, char *argv[])
{
………………
for (n = 0; optind < argc; n++, optind++) {
char *opt;
opt = argv[optind];
switch(n) {
case 0://（1）、解析驱动的位置；
dev[0] = 0;
if (!strchr(opt, ‘/‘))
strcpy(dev, "/dev/");
strcat(dev, opt);
break;
case 1://（2）、解析串口的配置相关参数；
if (strchr(argv[optind], ‘,‘)) {
int m_id, p_id;
sscanf(argv[optind], "%x,%x", &m_id, &p_id);
u = get_by_id(m_id, p_id);
} else {
u = get_by_type(opt);
}
if (!u) {
fprintf(stderr, "Unknown device type or id\n");
exit(1);
}
break;
case 2://（3）、通过对前面参数的解析，把uart[i]中的数值初始化；
u->speed = atoi(argv[optind]);
break;
case 3:
if (!strcmp("flow", argv[optind]))
u->flags |= FLOW_CTL;
else
u->flags &= ~FLOW_CTL;
break;
case 4:
if (!strcmp("sleep", argv[optind]))
u->pm = ENABLE_PM;
else
u->pm = DISABLE_PM;
break;
case 5:
u->bdaddr = argv[optind];
break;
}
}
………………
if (init_speed)//初始化串口速率；
u->init_speed = init_speed;
………………
n = init_uart(dev, u, send_break, raw);//（4）、初始化串口；
………………
return 0;
}
（1）、解析驱动的位置；
if (!strchr(opt, ‘/‘)) strcpy(dev, "/dev/"); service hciattach /system/bin/hciattach -n /dev/sttybt0 sprd_shark dev = /dev/ttyb0
（2）、解析串口的配置相关参数；获取参数对应的结构体；
u = get_by_id(m_id, p_id);
static struct uart_t * get_by_id(int m_id, int p_id)
{
int i;
for (i = 0; uart[i].type; i++) {
if (uart[i].m_id == m_id && uart[i].p_id == p_id)
return &uart[i];
}
return NULL;
}
这个函数比较简单，通过循环对比，如传进了的参数sprd_shark和uart结构体中的对比，找到对应的数组。如果是其他蓝牙芯片，如博通、RDA、BEKN等着到其相对应的初始化配置函数。
struct uart_t uart[] = {
{ "any", 0x0000, 0x0000, HCI_UART_H4, 115200, 115200,
FLOW_CTL, DISABLE_PM, NULL, NULL },
{ "sprd_shark", 0x0000, 0x0000, HCI_UART_H4, 115200, 115200,
FLOW_CTL, DISABLE_PM, NULL, init_sprd_config },
{ "ericsson", 0x0000, 0x0000, HCI_UART_H4, 57600, 115200,
FLOW_CTL, DISABLE_PM, NULL, ericsson },
………………
{ "bk3211", 0x0000, 0x0000, HCI_UART_BCSP, 115200, 921600, 0, DISABLE_PM, NULL, beken_init, NULL},
{ NULL, 0 }
};
注意：init_sprd_config这个函数在uart_init中用到，这个函数其实对我们具体芯片的初始化配置。
注释：HCI_UART_H4和HCI_UART_BCSP的区别如下图。
（3）、通过对前面参数的解析，把uart[i]中的数值初始化；
u->speed = atoi(argv[optind]); break;
（4）、初始化串口；
n = init_uart(dev, u, send_break, raw);
idh.code\external\bluetooth\bluez\tools\hciattach.c
/* Initialize UART driver */
int init_uart(char *dev, struct uart_t *u, int send_break)
{
struct termios ti;
int fd, i;
fd = open(dev, O_RDWR | O_NOCTTY);//打开串口设备，其中标志
//O_RDWR,可以对此设备进行读写操作；
//O_NOCTTY：告诉Unix这个程序不想成为“控制终端”控制的程序，不说明这个标志的话，任何输入都会影响你的程序。
//O_NDELAY：告诉Unix这个程序不关心DCD信号线状态，即其他端口是否运行，不说明这个标志的话，该程序就会在DCD信号线为低电平时停止。
//但是不要以控制 tty 的模式，因为我们并不希望在发送 Ctrl-C
后结束此进程
if (fd < 0) {
perror(“Can’t open serial port”);
return -1;
}
//drop fd’s data;
tcflush(fd, TCIOFLUSH);//清空数据线
if (tcgetattr(fd, &ti) < 0) {
perror(“Can’t get port settings”);
return -1;
}
cfmakeraw(&ti);
cfmakeraw sets the terminal attributes as follows://此函数设置串口终端的以下这些属性，
termios_p->c_iflag &= ~(IGNBRK|BRKINT|PARMRK|ISTRIP
|INLCR|IGNCR|ICRNL|IXON);
termios_p->c_oflag &= ~OPOST;
termios_p->c_lflag &= ~(ECHO|ECHONL|ICANON|ISIG|IEXTEN);
termios_p->c_cflag &= ~(CSIZE|PARENB) ;
termios_p->c_cflag |=CS8;
ti.c_cflag |= CLOCAL;//本地连接，无调制解调器控制
if (u->flags & FLOW_CTL)
ti.c_cflag |= CRTSCTS;//输出硬件流控
else
ti.c_cflag &= ~CRTSCTS;
if (tcsetattr(fd, TCSANOW, &ti) < 0) {//启动新的串口设置
perror(“Can’t set port settings”);
return -1;
}
/* Set initial baudrate */
if (set_speed(fd, &ti, u->init_speed) < 0) {//设置串口的传输速率bps, 也可以使
//用 cfsetispeed 和 cfsetospeed 来设置
perror(“Can’t set initial baud rate”);
return -1;
}
tcflush(fd, TCIOFLUSH);//清空数据线
if (send_break)
tcsendbreak(fd, 0);
//int tcsendbreak ( int fd, int duration );Sends a break for
//the given time.在串口线上发送0值，至少维持0.25秒。
//If duration is 0, it transmits zero-valued bits for at least 0.25 seconds, and
//not more than 0.5seconds.
//where place register u’s init function;
if (u->init && u->init(fd, u, &ti) < 0)
//所有bluez支持的蓝牙串口设备类型构成了一个uart结构数组，通过
//查找对应的uart类型，这个uart的init成员显示了它的init调用方法；
struct uart_t uart[] = {
{ "any", 0x0000, 0x0000, HCI_UART_H4, 115200, 115200,FLOW_CTL, DISABLE_PM, NULL, NULL },
{ "sprd_shark", 0x0000, 0x0000, HCI_UART_H4, 115200, 115200,FLOW_CTL, DISABLE_PM, NULL, init_sprd_config },
{ "ericsson", 0x0000, 0x0000, HCI_UART_H4, 57600, 115200,FLOW_CTL, DISABLE_PM, NULL, ericsson },
………………
{ "bk3211", 0x0000, 0x0000, HCI_UART_BCSP, 115200, 921600, 0, DISABLE_PM, NULL, beken_init, NULL},
{ NULL, 0的init函数名为bcsp,定义在本文件中＊＊；
return -1;
tcflush(fd, TCIOFLUSH);//清空数据线
/* Set actual baudrate */
if (set_speed(fd, &ti, u->speed) < 0) {
perror(“Can’t set baud rate”);
return -1;
}
/* Set TTY to N_HCI line discipline */
i = N_HCI;
if (ioctl(fd, TIOCSETD, &i) < 0) {//
TIOCSETD int *ldisc//改变到 i 行规，即hci行规
Change to the new line discipline pointed to by ldisc. The available line disciplines are listed in
/* ioctl (fd, TIOCSERGETLSR, &result) where result may be as below */
/* line disciplines */
#define N_TTY 0
……
#define N_HCI 15 /* Bluetooth HCI UART */
perror(“Can’t set line discipline”);
return -1;
}
if (ioctl(fd, HCIUARTSETPROTO, u->proto) < 0) {
//设置hci设备的proto操作函数集为hci_uart操作集；
perror(“Can’t set device”);
return -1;
}
return fd;
}
这里一个重要的部分是：u->init指向init_sprd_config
4、uart具体到芯片的初始化init_sprd_config（这部分根据不同的芯片，对应进入其相应初始化部分）
idh.code\external\bluetooth\bluez\tools\hciattach_sprd.c
int sprd_config_init(int fd, char *bdaddr, struct termios *ti)
{
int i,psk_fd,fd_btaddr,ret = 0,r,size=0,read_btmac=0;
unsigned char resp[30];
BT_PSKEY_CONFIG_T bt_para_tmp;
char bt_mac[30] = {0};
char bt_mac_tmp[20] = {0};
uint8 bt_mac_bin[32] = {0};
fprintf(stderr,"init_sprd_config in \n");
//（1）、这部分检查bt_mac，如果存在，从文件中读取，如果不存在，随机生成，并写入相应文件；
if(access(BT_MAC_FILE, F_OK) == 0) {//这部分检查bt_mac
LOGD("%s: %s exists",__FUNCTION__, BT_MAC_FILE);
fd_btaddr = open(BT_MAC_FILE, O_RDWR);// #define BT_MAC_FILE "/productinfo/btmac.txt"
if(fd_btaddr>=0) {
size = read(fd_btaddr, bt_mac, sizeof(bt_mac));//读取BT_MAC_FILE中的地址；
LOGD("%s: read %s %s, size=%d",__FUNCTION__, BT_MAC_FILE, bt_mac, size);
if(size == BT_RAND_MAC_LENGTH){
LOGD("bt mac already exists, no need to random it");
fprintf(stderr, "read btmac ok \n");
read_btmac=1;
}
…………
}else{//如果不存在，就随机生成一个bt_mac地址，写入/productinfo/btmac.txt
fprintf(stderr, "btmac.txt not exsit!\n");
read_btmac=0;
mac_rand(bt_mac);
LOGD("bt random mac=%s",bt_mac);
printf("bt_mac=%s\n",bt_mac);
write_btmac2file(bt_mac);
fd_btaddr = open(BT_MAC_FILE, O_RDWR);
if(fd_btaddr>=0) {
size = read(fd_btaddr, bt_mac, sizeof(bt_mac));
LOGD("%s: read %s %s, size=%d",__FUNCTION__, BT_MAC_FILE, bt_mac, size);
if(size == BT_RAND_MAC_LENGTH){
LOGD("bt mac already exists, no need to random it");
fprintf(stderr, "read btmac ok \n");
read_btmac=1;
}
close(fd_btaddr);
…………
}
/* Reset the BT Chip */
memset(resp, 0, sizeof(resp));
memset(&bt_para_tmp, 0, sizeof(BT_PSKEY_CONFIG_T) );
ret = getPskeyFromFile( (void *)(&bt_para_tmp) );//ret = get_pskey_from_file(&bt_para_tmp);//（2）、PSKey参数、射频参数的设定；
if(ret != 0){//参数失败处理
fprintf(stderr, "get_pskey_from_file faill \n");
/* Send command from hciattach*/
if(read_btmac == 1){
memcpy(bt_para_setting.device_addr, bt_mac_bin, sizeof(bt_para_setting.device_addr));// （3）、读取失败，把bt_para_setting中defaut参数写入；
}
if (write(fd, (char *)&bt_para_setting, sizeof(BT_PSKEY_CONFIG_T)) != sizeof(BT_PSKEY_CONFIG_T)) {
fprintf(stderr, "Failed to write reset command\n");
return -1;
}
}else{//getpskey成功处理
/* Send command from pskey_bt.txt*/
if(read_btmac == 1){
memcpy(bt_para_tmp.device_addr, bt_mac_bin, sizeof(bt_para_tmp.device_addr));
}
…………
return 0;
}
（1）、这部分检查bt_mac，如果存在，从文件中读取，如果不存在，随机生成，并写入相应文件/productinfo/btmac.txt；
（2）、PSKey参数、射频参数的设定；
get_pskey_from_file(&bt_para_tmp);这个函数后面分析；
（3）、读取失败，把bt_para_setting中defaut参数写入；频率、主从设备设定等……
// pskey file structure default value
BT_PSKEY_CONFIG_T bt_para_setting={
5,
0,
0,
0,
0,
0x18cba80,
0x001f00,
0x1e,
{0x7a00,0x7600,0x7200,0x5200,0x2300,0x0300},
…………
};
5、get_pskey_from_file 解析相关射频参数
idh.code\external\bluetooth\bluez\tools\pskey_get.c
int getPskeyFromFile(void *pData)
{
…………
char *BOARD_TYPE_PATH = "/dev/board_type";//（1）、判断PCB的版本；
int fd_board_type;
char board_type_str[MAX_BOARD_TYPE_LEN] = {0};
int board_type;
char *CFG_2351_PATH_2 = "/productinfo/2351_connectivity_configure.ini";//（2）、最终生成ini文件存储的位置；
char *CFG_2351_PATH[MAX_BOARD_TYPE];
（3）、针对不同PCB版本，不同的ini配置文件；
CFG_2351_PATH[0] = "/system/etc/wifi/2351_connectivity_configure_hw100.ini";
CFG_2351_PATH[1] = "/system/etc/wifi/2351_connectivity_configure_hw102.ini";
CFG_2351_PATH[2] = "/system/etc/wifi/2351_connectivity_configure_hw104.ini";
（4）、下面函数就不做具体分析，大致意识是，根据/dev/board_type中，读取的PCB类型，设置不同的ini文件。
………………
ret = chmod(CFG_2351_PATH_2, 0644);
ALOGE("chmod 0664 %s ret:%d\n", CFG_2351_PATH_2, ret);
if(pBuf == pBuf2)
free(pBuf1);
………………
}
（1）、判断PCB的版本；
char *BOARD_TYPE_PATH = "/dev/board_type";
（2）、最终生成ini文件存储的位置，就是系统运行时读取ini文件的地方；
char *CFG_2351_PATH_2 ="/productinfo/2351_connectivity_configure.ini";
（3）、针对不同PCB版本，不同的ini配置文件；
CFG_2351_PATH[0] = "/system/etc/wifi/2351_connectivity_configure_hw100.ini";
CFG_2351_PATH[1] = "/system/etc/wifi/2351_connectivity_configure_hw102.ini";
CFG_2351_PATH[2] = "/system/etc/wifi/2351_connectivity_configure_hw104.ini";
（4）、下面函数就不做具体分析，大致意识是，根据/dev/board_type中，读取的PCB类型，设置不同的ini文件。 覆盖到（2）中的文件。
四、HCI_UART_H4和H4层的加入
uart->hci_uart->Uart-H4->hci:从uart开始分析，介绍整个驱动层数据流(涉及tty_uart中断, 线路层ldisc_bcsp、tasklet、work queue、skb_buffer的等)
这是数据的流动过程，最底层的也就是和硬件打交道的是uart层了，它的存在和起作用是通过串口驱动来保证的，这个请参阅附录,但是其它的层我们都不知道什么时候work的，下面来看。
1、idh.code\kernel\drivers\bluetooth\hci_ldisc.c
static int __init hci_uart_init(void)
{
static struct tty_ldisc_ops hci_uart_ldisc;
int err;
/* Register the tty discipline */
memset(&hci_uart_ldisc, 0, sizeof (hci_uart_ldisc));
hci_uart_ldisc.magic = TTY_LDISC_MAGIC;
hci_uart_ldisc.name = "n_hci";
hci_uart_ldisc.open = hci_uart_tty_open;
hci_uart_ldisc.close = hci_uart_tty_close;
hci_uart_ldisc.read = hci_uart_tty_read;
hci_uart_ldisc.write = hci_uart_tty_write;
hci_uart_ldisc.ioctl = hci_uart_tty_ioctl;
hci_uart_ldisc.poll = hci_uart_tty_poll;
hci_uart_ldisc.receive_buf = hci_uart_tty_receive;
hci_uart_ldisc.write_wakeup = hci_uart_tty_wakeup;
hci_uart_ldisc.owner = THIS_MODULE;
if ((err = tty_register_ldisc(N_HCI, &hci_uart_ldisc))) {//（1）、这部分完成ldisc的注册；
BT_ERR("HCI line discipline registration failed. (%d)", err);
return err;
}
#ifdef CONFIG_BT_HCIUART_H4
h4_init();//（2）、我们蓝牙芯片用的是H4，这部分完成H4的注册；
#endif
#ifdef CONFIG_BT_HCIUART_BCSP
bcsp_init();
#endif
………………
return 0;
}
（1）、这部分完成ldisc的注册；
tty_register_ldisc(N_HCI,&hci_uart_ldisc)
注册了一个ldisc，这是通过把新的ldisc放在一个ldisc的数组里面实现的，tty_ldiscs是一个全局的ldisc数组里面会根据序号对应一个ldisc，这个序号就是上层通过ioctl来指定的，比如我们在前面已经看到的：
i = N_HCI;
ioctl(fd, TIOCSETD, &i) < 0
可以看到这里指定的N_HCI刚好就是这里注册的这个号码15；
（2）、蓝牙芯片用的是H4，这部分完成H4的注册；
h4_init();
hci_uart_proto结构体的初始化：
idh.code\kernel\drivers\bluetooth\hci_h4.c
static struct hci_uart_proto h4p = {
.id = HCI_UART_H4,
.open = h4_open,
.close = h4_close,
.recv = h4_recv,
.enqueue = h4_enqueue,
.dequeue = h4_dequeue,
.flush = h4_flush,
};
H4的注册：
idh.code\kernel\drivers\bluetooth\hci_h4.c
int __init h4_init(void)
{
int err = hci_uart_register_proto(&h4p);
if (!err)
BT_INFO("HCI H4 protocol initialized");
else
BT_ERR("HCI H4 protocol registration failed");
return err;
}
这是通过hci_uart_register_proto(&bcsp)来完成的，这个函数非常简单，本质如下：
hup[p->id]= p;其中static struct hci_uart_proto*hup[HCI_UART_MAX_PROTO];也就是说把对应于协议p的id和协议p连接起来，这样设计的好处是hci uart层本身可以支持不同的协议，包括h4、bcsp等，通过这个数组连接这些协议，等以后有数据的时候调用对应的协议来处理，这里比较关键的是h4里面的这些函数。
五、HCI层的加入
hci的加入是通过hci_register_dev函数来做的，这时候用户通过hciconfig就可以看到有一个接口了，通过这个接口用户可以访问底层的信息了，hci0已经生成；至于它在何时被加入的，我们再看看hciattach在内核里面的处理过程；
1、TIOCSEATD的处理流程
Ioctl的作用是设置一个新的ldisc;
2、HCIUARTSETPROTO的处理流程：
这部分比较重要，注册生成hci0, 初始化3个工作队列，hci_rx_work、hci_tx_work、hci_cmd_work;完成hci部分数据、命令的接收、发送。
六、数据在驱动的传递流程
1、uart数据接收
这部分流程比较简单，其实就是注册一个tty驱动程序和相对应的函数，注册相应的open\close\ioctl等方法，通过应用open /dev/ttyS*操作，注册中断接收函数，接收处理蓝牙模块触发中断的数据。
在这个中断函数里面会接受到来自于蓝牙模块的数据；在中断函数里面会先读取串口的状态寄存器判断是否是data准备好，如果准备好就调用serial_sprd_rx_chars函数来接收数据，下面看看这个函数是如何处理的：
那就是把数据一个个的加入到uart层的缓冲区，直到底层不处于dataready状态，或者读了maxcount个数，当读完后就调用tty层的接口把数据传递给tty层，tty层则把数据交给了ldisc，于是控制权也就交给了hci_uart层；
七、Hci_uart的数据接收
它基本上就是要个二传手，通过：
spin_lock(&hu->rx_lock);
hu->proto->recv(hu,(void *) data, count);
hu->hdev->stat.byte_rx+= count;
spin_unlock(&hu->rx_lock); 把数据交给了在它之上的协议层，对于我们的设置来说实际上就交给了h4层；八、H4层处理
这层主要是通过函数h4_recv来处理的，根据协议处理包头、CRC等，然后调用更上层的hci_recv_frame来处理已经剥去h4包头的数据；
如图：
九、HCI以上的处理
这里的hci_rx_work前面已经看到它了，它是一个工作队列用来处理hci层的数据接收的；先看是否有进程打开hci的socket用来监听数据，如果有的话，就把数据的一个copy发送给它，然后根据包的类型调用不同的处理函数，分别对应于event、acl、sco处理；
hci_event_packet是对于事件的处理，里面包含有包括扫描，信号，授权，pin码，总之基本上上层所能收到的事件，基本都是在这里处理的，它的很多信息都是先存起来，等待上层的查询然后才告诉上层；
hci_acldata_packet是一个经常的情况，也就是说上层通常都是使用的是l2cap层的接口，而l2cap就是基于这个的，如下图所示：
到这里如果有基于BTPROTO_L2CAP的socket，那么这个socket就可以收到数据了；再看看BTPROTO_RFCOMM的流程：
十、 数据流程的总结
简单总结一下，数据的流程，
|基本上是：
1， uart口取得蓝牙模块的数据；
2， uart口通过ldisc传给hci_uart；
3， hci_uart传给在其上的h4；
4， h4传给hci层；
5， hci层传给l2cap层
6， l2cap层再传给rfcomm；