關鍵詞：藍牙blueZ UART HCI_UART H4 HCI L2CAP RFCOMM
版本號：基於android4.2先前版本 bluez
內核：linux/linux3.08
系統：android/android4.1.3.4
作者：xubin341719(歡迎轉載，請注明作者。請尊重版權謝謝)
歡迎指正錯誤，共同學習、共同進步！！
Android bluetooth介紹（一）：基本概念及硬件接口
Android bluetooth介紹（二）： android 藍牙代碼架構及其uart 到rfcomm流程
Android bluetooth介紹（三）： 藍牙掃描(scan)設備分析
Android bluetooth介紹（四）： a2dp connect流程分析
一、Android Bluetooth Architecture藍牙代碼架構部分(google 官方藍牙框架)
Android的藍牙系統。自下而上包含以下一些內容如上圖所看到的：
1、串口驅動
Linux的內核的藍牙驅動程、Linux的內核的藍牙協議的層
2、BlueZ的適配器
BlueZ的（藍牙在用戶空間的函式庫）
bluez代碼結構
Bluetooth協議棧BlueZ分為兩部分：內核代碼和用戶態程序及工具集。
（1）、內核代碼：由BlueZ核心協議和驅動程序組成
Bluetooth協議實如今內核源碼 kernel/net/bluetooth中。
包含hci,l2cap,hid，rfcomm,sco,SDP,BNEP等協議的實現。
（2）、驅動程序：kernel/driver/bluetooth中,包含Linuxkernel對各種接口的
Bluetooth device的驅動,如：USB接口，串口等。
（3）、用戶態程序及工具集：
包含應用程序接口和BlueZ工具集。BlueZ提供函數庫以及應用程序接口，便於程序猿開發bluetooth應用程序。BlueZ utils是主要工具集，實現對bluetooth設備的初始化和控制。
3、藍牙相關的應用程序接口
Android.buletooth包中的各個Class（藍牙在框架層的內容-----java）
類名 |
作用 |
BluetoothAdapter |
本地藍牙設備的適配類，全部的藍牙操作都要通過該類完畢 |
BluetoothClass |
用於描寫敘述遠端設備的類型。特點等信息 |
BluetoothDevice |
藍牙設備類，代表了藍牙通訊過程中的遠端設備 |
BluetoothServerSocket |
藍牙設備服務端，相似ServerSocket |
BluetoothSocket |
藍牙設備client。相似Socket |
BluetoothClass.Device |
藍牙關於設備信息 |
BluetoothClass.Device.Major |
藍牙設備管理 |
BluetoothClass.Service |
藍牙相關服務 |
相同下圖也是一張比較經典的藍牙代碼架構圖（google官方提供）
二、藍牙通過Hciattach啟動串口流程：
1、hciattach整體流程
2、展訊hciattach代碼實現流程：
三、詳細代碼分析
1、initrc中定義
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 進程中：hicattch
2、/system/bin/hciattach 執行的Main函數
idh.code\external\bluetooth\bluez\tools\hciattach.c
service hciattach /system/bin/hciattach -n /dev/sttybt0 sprd_shark
傳進兩個參數，/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）、解析驅動的位置；
dev[0] = 0;
if (!strchr(opt, '/'))
strcpy(dev, "/dev/");
strcat(dev, opt);
break;
case 1://（2）、解析串口的配置相關參數。
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）、通過對前面參數的解析，把uart[i]中的數值初始化；
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）、解析驅動的位置。
if (!strchr(opt, '/')) strcpy(dev, "/dev/"); service hciattach /system/bin/hciattach -n /dev/sttybt0 sprd_shark dev = /dev/ttyb0
（2）、解析串口的配置相關參數；獲取參數相應的結構體。
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;
}
這個函數比較簡單，通過循環對照。如傳進了的參數sprd_shark和uart結構體中的對照，找到相應的數組。假設是其它藍牙芯片，如博通、RDA、BEKN等着到其相相應的初始化配置函數。
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這個函數在uart_init中用到，這個函數事實上對我們詳細芯片的初始化配置。
凝視：HCI_UART_H4和HCI_UART_BCSP的差別例如以下圖。
（3）、通過對前面參數的解析，把uart[i]中的數值初始化；
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);//打開串口設備，當中標志
//O_RDWR,能夠對此設備進行讀寫操作。
//O_NOCTTY：告訴Unix這個程序不想成為“控制終端”控制的程序，不說明這個標志的話，不論什么輸入都會影響你的程序。
//O_NDELAY：告訴Unix這個程序不關心DCD信號線狀態。即其它端口是否執行。不說明這個標志的話，該程序就會在DCD信號線為低電平時停止。
//可是不要以控制 tty 的模式，由於我們並不希望在發送 Ctrl-C
后結束此進程
if (fd < 0) {
perror(“Can’t open serial port”);
return -1;
}
//drop fd’s data;
tcflush(fd, TCIOFLUSH);//清空數據線
if (tcgetattr(fd, &ti) < 0) {
perror(“Can’t get port settings”);
return -1;
}
cfmakeraw(&ti);
cfmakeraw sets the terminal attributes as follows://此函數設置串口終端的以下這些屬性，
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;//本地連接，無調制解調器控制
if (u->flags & FLOW_CTL)
ti.c_cflag |= CRTSCTS;//輸出硬件流控
else
ti.c_cflag &= ~CRTSCTS;
if (tcsetattr(fd, TCSANOW, &ti) < 0) {//啟動新的串口設置
perror(“Can’t set port settings”);
return -1;
}
/* Set initial baudrate */
if (set_speed(fd, &ti, u->init_speed) < 0) {//設置串口的傳輸速率bps, 也能夠使
//用 cfsetispeed 和 cfsetospeed 來設置
perror(“Can’t set initial baud rate”);
return -1;
}
tcflush(fd, TCIOFLUSH);//清空數據線
if (send_break)
tcsendbreak(fd, 0);
//int tcsendbreak ( int fd, int duration );Sends a break for
//the given time.在串口線上發送0值，至少維持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)
//全部bluez支持的藍牙串口設備類型構成了一個uart結構數組，通過
//查找相應的uart類型。這個uart的init成員顯示了它的init調用方法；
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函數名為bcsp,定義在本文件里＊＊；
return -1;
tcflush(fd, TCIOFLUSH);//清空數據線
/* 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//改變到 i 行規。即hci行規
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) {
//設置hci設備的proto操作函數集為hci_uart操作集；
perror(“Can’t set device”);
return -1;
}
return fd;
}
這里一個重要的部分是：u->init指向init_sprd_config
4、uart詳細到芯片的初始化init_sprd_config（這部分依據不同的芯片，相應進入其相應初始化部分）
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）、這部分檢查bt_mac，假設存在，從文件里讀取，假設不存在，隨機生成。並寫入相應文件；
if(access(BT_MAC_FILE, F_OK) == 0) {//這部分檢查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));//讀取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{//假設不存在，就隨機生成一個bt_mac地址。寫入/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參數、射頻參數的設定。
if(ret != 0){//參數失敗處理
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）、讀取失敗，把bt_para_setting中defaut參數寫入；
}
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成功處理
/* 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）、這部分檢查bt_mac，假設存在，從文件里讀取，假設不存在。隨機生成。並寫入相應文件/productinfo/btmac.txt。
（2）、PSKey參數、射頻參數的設定；
get_pskey_from_file(&bt_para_tmp);這個函數后面分析；
（3）、讀取失敗，把bt_para_setting中defaut參數寫入；頻率、主從設備設定等……
// 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 解析相關射頻參數
idh.code\external\bluetooth\bluez\tools\pskey_get.c
int getPskeyFromFile(void *pData)
{
…………
char *BOARD_TYPE_PATH = "/dev/board_type";//（1）、推斷PCB的版本號；
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）、終於生成ini文件存儲的位置；
char *CFG_2351_PATH[MAX_BOARD_TYPE];
（3）、針對不同PCB版本號。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）、以下函數就不做詳細分析。大致意識是。依據/dev/board_type中，讀取的PCB類型，設置不同的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）、推斷PCB的版本號；
char *BOARD_TYPE_PATH = "/dev/board_type";
（2）、終於生成ini文件存儲的位置，就是系統執行時讀取ini文件的地方。
char *CFG_2351_PATH_2 ="/productinfo/2351_connectivity_configure.ini";
（3）、針對不同PCB版本號。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）、以下函數就不做詳細分析，大致意識是，依據/dev/board_type中，讀取的PCB類型，設置不同的ini文件。 覆蓋到（2）中的文件。
四、HCI_UART_H4和H4層的增加
uart->hci_uart->Uart-H4->hci:從uart開始分析，介紹整個驅動層數據流(涉及tty_uart中斷, 線路層ldisc_bcsp、tasklet、work queue、skb_buffer的等)
這是數據的流動過程，最底層的也就是和硬件打交道的是uart層了，它的存在和起作用是通過串口驅動來保證的。這個請參閱附錄,可是其它的層我們都不知道什么時候work的，以下來看。
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）、這部分完畢ldisc的注冊；
BT_ERR("HCI line discipline registration failed. (%d)", err);
return err;
}
#ifdef CONFIG_BT_HCIUART_H4
h4_init();//（2）、我們藍牙芯片用的是H4。這部分完畢H4的注冊；
#endif
#ifdef CONFIG_BT_HCIUART_BCSP
bcsp_init();
#endif
………………
return 0;
}
（1）、這部分完畢ldisc的注冊。
tty_register_ldisc(N_HCI,&hci_uart_ldisc)
注冊了一個ldisc。這是通過把新的ldisc放在一個ldisc的數組里面實現的，tty_ldiscs是一個全局的ldisc數組里面會依據序號相應一個ldisc，這個序號就是上層通過ioctl來指定的。比方我們在前面已經看到的：
i = N_HCI;
ioctl(fd, TIOCSETD, &i) < 0
能夠看到這里指定的N_HCI剛好就是這里注冊的這個號碼15；
（2）、藍牙芯片用的是H4，這部分完畢H4的注冊。
h4_init();
hci_uart_proto結構體的初始化：
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的注冊：
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;
}
這是通過hci_uart_register_proto(&bcsp)來完畢的，這個函數非常easy。本質例如以下：
hup[p->id]= p;當中static struct hci_uart_proto*hup[HCI_UART_MAX_PROTO];也就是說把相應於協議p的id和協議p連接起來。這樣設計的優點是hci uart層本身能夠支持不同的協議。包含h4、bcsp等，通過這個數組連接這些協議，等以后有數據的時候調用相應的協議來處理。這里比較關鍵的是h4里面的這些函數。
五、HCI層的增加
hci的增加是通過hci_register_dev函數來做的，這時候用戶通過hciconfig就能夠看到有一個接口了，通過這個接口用戶能夠訪問底層的信息了。hci0已經生成；至於它在何時被增加的，我們再看看hciattach在內核里面的處理過程；
1、TIOCSEATD的處理流程
Ioctl的作用是設置一個新的ldisc;
2、HCIUARTSETPROTO的處理流程：
這部分比較重要，注冊生成hci0, 初始化3個工作隊列，hci_rx_work、hci_tx_work、hci_cmd_work;完畢hci部分數據、命令的接收、發送。
六、數據在驅動的傳遞流程
1、uart數據接收
這部分流程比較簡單。事實上就是注冊一個tty驅動程序和相相應的函數，注冊相應的open\close\ioctl等方法。通過應用open /dev/ttyS*操作，注冊中斷接收函數，接收處理藍牙模塊觸發中斷的數據。
在這個中斷函數里面會接受到來自於藍牙模塊的數據；在中斷函數里面會先讀取串口的狀態寄存器推斷是否是data准備好，假設准備好就調用serial_sprd_rx_chars函數來接收數據。以下看看這個函數是怎樣處理的：
那就是把數據一個個的增加到uart層的緩沖區，直究竟層不處於dataready狀態，或者讀了maxcount個數，當讀完后就調用tty層的接口把數據傳遞給tty層。tty層則把數據交給了ldisc，於是控制權也就交給了hci_uart層；
七、Hci_uart的數據接收
它基本上就是要個二傳手，通過：
spin_lock(&hu->rx_lock);
hu->proto->recv(hu,(void *) data, count);
hu->hdev->stat.byte_rx+= count;
spin_unlock(&hu->rx_lock);
把數據交給了在它之上的協議層，對於我們的設置來說實際上就交給了h4層；
八、H4層處理
這層主要是通過函數h4_recv來處理的，依據協議處理包頭、CRC等，然后調用更上層的hci_recv_frame來處理已經剝去h4包頭的數據。
如圖：
九、HCI以上的處理
這里的hci_rx_work前面已經看到它了。它是一個工作隊列用來處理hci層的數據接收的。先看是否有進程打開hci的socket用來監聽數據，假設有的話，就把數據的一個copy發送給它。然后依據包的類型調用不同的處理函數。分別相應於event、acl、sco處理；
hci_event_packet是對於事件的處理。里面包含有包含掃描。信號，授權，pin碼，總之基本上上層所能收到的事件，基本都是在這里處理的，它的非常多信息都是先存起來。等待上層的查詢然后才告訴上層。
hci_acldata_packet是一個常常的情況，也就是說上層通常都是使用的是l2cap層的接口。而l2cap就是基於這個的，例如以下圖所看到的：
到這里假設有基於BTPROTO_L2CAP的socket，那么這個socket就能夠收到數據了；再看看BTPROTO_RFCOMM的流程：
十、 數據流程的總結
簡單總結一下，數據的流程，
|基本上是：
1， uart口取得藍牙模塊的數據；
2。 uart口通過ldisc傳給hci_uart。
3。 hci_uart傳給在其上的h4；
4。 h4傳給hci層。
5。 hci層傳給l2cap層
6， l2cap層，然后通rfcomm。
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