实战LinuxBluetooth编程.docx

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实战LinuxBluetooth编程

实战Linux_Bluetooth编程

Sam一年前在Linux下写了一个类似Windows下BTW的库--BTX。

现在需要添加新功能时

发现很多知识点都忘记了。

所以决定在这次学习中，把一些bluezAPI记录下来。

这几天又想，这样还不够，不如把Linux下的Bluetooth编程基础给记录下来吧。

前言：

随着嵌入式系统的飞速发展，很多嵌入式平台上需要Bluetooth设备和应用。

但在Linux下如何对Bluetooth编程，一直没有一份很好的中文文档。

Sam结合自己的工作，一步一步

将一些有用的东西记录下来，希望对其它Linux下Bluetooth编程的朋友有点帮助。

一：

Bluetooth基本概念：

Bluetooth是爱立信、诺基亚、东芝、IBM和Intel5家公司在1998年联合推出的一项无线网

络技术。

其宗旨是提供一种短距离、低成本的无线传输应用技术。

在行业协会筹备阶段,需要一个极具有表现力的名字来命名这项高新技术。

行业组织人员，在经过一夜关于欧洲历史

和未来无限技术发展的讨论后，有些人认为用Blatand国王的名字命名再合适不过了。

Blatand国王将现在的挪威，瑞典和丹麦统一起来；就如同这项即将面世的技术,将标准不一的短距离无线传输技术统一起来。

Intel负责半导体芯片和传输软件的开发，爱立信负责无线射频和移动电话软件的开发，IBM和东芝负责笔记本电脑接口规格的开发。

蓝牙是无线数据和语音传输的开放式标准，它将各种通信设备、计算机及其终端设备、各种

数字数据系统、甚至家用电器采用无线方式联接起来。

它的传输距离为10cm～10m，如果增加功率或是加上某些外设便可达到100m的传输距离。

它采用2.4GHzISM频段和调频、跳频技术，使用权向纠错编码、ARQ、TDD和基带协议。

TDMA每时隙为0.625μs，基带符合速率为1Mb/s。

蓝牙支持64kb/s实时语音传输和数据传输，语音编码为CVSD，发射功率分别为1mW、2.5mW和100mW，并使用全球统一的48比特的设备识别码。

由于蓝牙采

用无线接口来代替有线电缆连接，具有很强的移植性，并且适用于多种场合，加上该技术功

耗低、对人体危害小，而且应用简单、容易实现，所以易于推广。

蓝牙技术的系统结构分为三大部分：

底层硬件模块、中间协议层和高层应用。

底层硬件部分

包括无线跳频（RF）、基带（BB）和链路管理（LM）。

无线跳频层通过2.4GHz无需授权的ISM频段的微波，实现数据位流的过滤和传输，本层协议主要定义了蓝牙收发器在此频带正

常工作所需要满足的条件。

基带负责跳频以及蓝牙数据和信息帧的传输。

链路管理负责连接、

建立和拆除链路并进行安全控制。

关于bluetooth协议栈，接下来再谈。

当前已经实现的Bluetooth栈有以下各种：

1.Widcomm:

第一个windows上的协议栈，由Widcomm公司开发，也就是现在的Broadcom.

2.MicrosoftWindowsstack:

WindowsXPSP2中包括了这个内建的协议栈，开发者也可以调

用其API开发第三方软件。

3.Toshibastack:

它也是基于Windows的，不支持第三方开发，但它把协议栈授权给一些

laptop商（sony,asus等，我的本本上就是Toshiba的）。

它支持的Profile有：

SPP,DUN,FAX,LAP,OPP,FTP,HID,HCRP,PAN,BIP,HSP,HFP,A2DP,AVRCP,GAVDP）

4.BlueSoleil:

著名的IVT公司的产品．该产品可以用于桌面和嵌入式，他也支持第三方开

发，DUN,FAX,HFP,HSP,LAP,OBEX,OPP,PANSPP,AV,BIP,FTP,GAP,HID,SDAP,and

SYNC。

5.Bluez:

Linux官方协议栈，该协议栈的上层用Socket封装，便于开发者使用，通过DBUS与其它应用程序通信。

6.Affix:

NOKIA公司的协议栈，在Symbian系统上运行.

7.BlueDragon：

东软公司产品，好像2002年6月就通过了蓝牙的认证，支持的Profile：

SDP、Serial-DevB、AVCTP、AVRCP-Controller、AVRCP-Target、Headset-AG、Headset-HS、OPP-Client、OPP-Server、CT-GW、CT-Term、Intercom、FT-Server、FT-Client、GAP、SDAP、Serial-DevA、AVDTP、GAVDP、A2DP-Source、A2DP-Sink.

8.BlueMagic：

美国OpenInterface公司forportableembeddeddivce的协议栈，iphone（apple），nav-u（sony）等很多电子产品都用该商业的协议栈，BlueMagic3.0是第一个通过bluetooth协议栈1.1认证的协议栈，那么我现在就在用它，那么该栈用起来简单，API清晰明了。

实现了的profile有:

HCI,L2CAP,RFCOMM,A/V,Remote,Control,A/V,Streaming,BIP,BPP,DUN,FAX,FTP,GAP,Ha

nds-Free,and,Headset,HCRP,HID,OBEX,OPP,PAN,BNEP,PBAP,SAP,SPP,Synchronization,Sync

ML,Telephony,XML.

9.BCHS-BluecoreHostSoftware:

蓝牙芯片CSR的协议栈，同时他也提供了一些上层应用的

Profile的库，当然了它也是为嵌入式产品了，支持的Profile有：

A2DP,AVRCP,PBAP,BIP,BPP,CTP,DUN,FAX,FMAPI,FTP

GAP,GAVDP,GOEP,HCRP,Headset,HF1.5,HID,ICP,JSR82,LAPMessageAccess

Profile,OPP,PAN,SAP,SDAP,SPP,SYNC,SYNCML。

10.WindowsCE：

微软给WindowsCE开发的协议栈，但是windowsce本身也支持其它的协议栈

11.BlueLet：

IVT公司forembeddedproduct的清量级协议栈。

BlueZ

Linux下Bluetooth协议栈的实现.Linux下开放的蓝牙协议栈主要包括IBM公司的BlueDrekar，Nokia公司的Affix,Axis公司的OpenBT和官方协议栈BlueZ。

我们主要面对Bluez来探讨。

BlueZ基础代码均是由MaximKrasnyansky完成的。

包括：

HCI，L2CAP，RFCOMM和基本socket的实现。

他就职于Qualcomm（高通）。

MarcelHoltmann开发层的协议和应用，包括：

BNEP,CMTP等。

当然，这些中也有MaximKrasnyansky的参预。

有部分代码由Nokia提供的。

Bluez是如何实现Bluetooth协议栈的呢？

它分2部分实现：

1.Kernel层实现：

正如上一篇所谈到的，bluetooth协议栈有多层结构，最底层的硬件协议在硬件中就已经实现

了。

（例如broadcom的芯片中，底层硬件协议已经包含于芯片之中了）。

软件级别的协议实

现，从HCI这一层起就可以了。

BlueZ对各层协议的实现是依托于Socket的。

BlueZ首先创建了一个新的Socket中的协议--PF_BLUETOOTH（AF_BLUETOOTH=31）.（也就是说，Socket（）的第一个参数：

domain必须是：

PF_BLUETOOTH）。

这也意味着，地址类型需

要使用Bluetooth所定义的。

其实很简单，就是在net_families（网络协议列表）中添加了PF_BLUETOOTH这一项。

如果对LinuxKernel有了解的话，就知道这个注册动作一定在Bluetoothinit部分作的。

同样，各个协议层（如：

HCI，L2CAP,HID等）都将自己的行为规范添加到PF_BLUETOOTH协议中。

2.应用程序层实现：

虽然Kernel层已经将Bluetooth协议栈完全实现了，但如果要使用起来，还是非常不方便的。

毕竟应用程序与kernel最方便的交流通道就是ioctl（）.这非常不直观。

于是，BlueZ又提供了一套API,这个API帮助开发者方便的与Kernel层协议打交道。

当然，这些API底层的实现其就是是ioctl.

BlueZ的时间，基本就是这样了。

下面咱们具体研究如何使用BlueZ所提供的这套API。

HCI

1.HCI层协议概述：

HCI提供一套统一的方法来访问Bluetooth底层。

如图所示：

从图上可以看出，HostControllerInterface（HCI）就是用来沟通Host和Module。

Host通常就是PC，Module则是以各种物理连接形式（USB,serial,pc-card等）连接到PC上的bluetoothDongle。

在Host这一端：

application,SDP,L2cap等协议都是软件形式提出的（Bluez中是以kernel层程序）。

在Module这一端：

LinkManager,BB,等协议都是硬件中firmware提供的。

而HCI则比较特殊，它一部分在软件中实现，用来给上层协议和程序提供访问接口（Bluez

中,hci.chci_usb.c，hci_sock.c等）.另一部分也是在Firmware中实现，用来将软件部分的指

令等用底层协议明白的方式传递给底层。

居于PC的上层程序与协议和居于Modules的下层协议之间通过HCI沟通，有4种不同形式的传输：

Commands,Event,ACLData,SCO/eSCOData。

1.1.HCICommand：

HCICommand是Host向Modules发送命令的一种方式。

HCICommandPacket结构如下：

OpCode用来唯一标识HCICommand.它由2部分组成，10bit的OpcodeCommand.6bit的OpcodeGroup。

1.1.1:

OpCodeGroup:

LinuxKernel（BlueZ）中，~/include/net/bluetooth/hci.h中定义了OpCodeGroup。

#defineOGF_LINK_CTL0x01

#defineOGF_LINK_POLICY0x02

#defineOGF_HOST_CTL0x03

#defineOGF_INFO_PARAM0x04

#defineOGF_STATUS_PARAM0x05

它们代表了不同的CommandGroup：

OGF_LINK_CTL:

Linkcontrol,这个CommandGroup中的Command允许Host控制与其它bluetoothdevice的连接。

OGF_LINK_POLICY：

LinkPolicy。

这个CommandGroup中的Command允许调整LinkManagercontrol.

OGF_HOST_CTL:

ControlandBaseband.

1.1.2:

OpcodeCommand:

用来在同一个Group内唯一识别Command。

~/include/net/bluetooth/hci.h中定义。

1.2:

HCIEvent：

Modules向Host发送一些信息，使用HCIEvent。

EventPacket结构如下：

HCIEvent分3种：

CommandcompleteEvent,CommandStatesEvent，CommandSubsequentlyCompletend.

CommandcompleteEvent:

如果Host发送的Command可以立刻有结果，则会发送此类Event。

也就是说，如果发送的Command只与本地Modules有关，不与remote设备打交道，则使用CommandcompleteEvent。

例如：

HCI_Read_Buffer_Size.

CommandStatesEvent：

如果Host发送的Command不能立刻得知结果，则发送此类Event。

Host发送的Command执行要与Remote设备打交道，则必然无法立刻得知结果，所以会发

送CommandStatesEvent.例如：

HCIConnect。

CommandSubsequentlyCompletend:

Command延后完成Event。

例如：

连接已建立。

下图是一个Command-Event例子：

从这里可以看出，如果Host发送的Command是与Remotedevice有关的，则会先发送CommandStatesEvent。

等动作真正完成了，再发送CommandSubsequentlyCompletend。

HCIACL与SCO数据，这里就不多讲了。

只需要明白，l2cap数据是通过ACL数据传输给remotedevice的。

下图很明白的展示了l2cap数据如何一步一步转化为USB数据并传递给底层协议的。

很明显，一个l2cap包会按照规则先切割为多个HCI数据包。

HCI数据包再通过HCI-usb这一层传递给USB设备。

每个包又通过USBdriver发送到底层。

2.HCIprotocol的实现：

（稍后添加）

3.HCI层的编程：

正如上一节所说，HCI是沟通上层协议以及程序与底层硬件协议的通道。

所以，通过HCI发送的Command都是上层协议或者应用程序发送给BluetoothDongle的。

它命令BluetoothDongle（或其中的硬件协议）去做什么何种动作。

3.0：

得到Host上插入Dongle数目以及Dongle信息：

我们先复习一下socket的概念：

使用函数socket（）建立一个Socket，就如同你有一部电话.bind（）则是把这个电话和某个电话号码（网络地址）对应起来。

类似的，我们可以把Host理解为一个房间，这个房间有多部电话（Dongle）。

当使用socket（）打开一个HCIprotocol的socket，表明得到这个房间的句柄。

HOST可能会

有多个Dongle。

换句话说，这个房间可以有多个电话号码。

所以HCI会提供一套指令去得到这些Dongle。

//0.分配一个空间给hci_dev_list_req。

这里面将放所有Dongle信息。

structhci_dev_list_req*dl;

structhci_dev_req*dr;

structhci_dev_infodi;

inti;

if（!

（dl=malloc（HCI_MAX_DEV*sizeof（structhci_dev_req）+sizeof（uint16_t））））{

perror（"Can'tallocatememory"）;

exit

（1）;

}

dl->dev_num=HCI_MAX_DEV;

dr=dl->dev_req;

//1.打开一个HCIsocket.此socket相当于一个房间。

if（（ctl=socket（AF_BLUETOOTH,SOCK_RAW,BTPROTO_HCI））<0）{

perror（"Can'topenHCIsocket."）;

exit

（1）;

}

//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'tgetdevicelist"）;

exit

（1）;

}

//3使用HCIGETDEVINFO，得到对应DeviceID的Dongle信息。

di.dev_id=（dr+i）->dev_id;

ioctl（ctl,HCIGETDEVINFO,（void*）&di）；

这样就能得到所有Dongle信息。

structhci_dev_info{

uint16_tdev_id;//dongleDeviceID

charname[8];//Donglename

bdaddr_tbdaddr;//Donglebdaddr

uint32_tflags;//DongleFlags：

如：

UP，RUNING，Down等。

uint8_ttype;//Dongle连接方式：

如USB，PCCard，UART，RS232等。

uint8_tfeatures[8];

uint32_tpkt_type;

uint32_tlink_policy;

uint32_tlink_mode;

uint16_tacl_mtu;

uint16_tacl_pkts;

uint16_tsco_mtu;

uint16_tsco_pkts;

structhci_dev_statsstat;//此Dongle的数据信息，如发送多少个ACLPacket，正确多少，错误多少，等等。

};

3.0.1:

UP和DownBluetoothDongle：

ioctl（ctl,HCIDEVUP,hdev）

ioctl（ctl,HCIDEVDOWN,hdev）

ctl：

为使用socket（AF_BLUETOOTH,SOCK_RAW,BTPROTO_HCI）打开的Socket.

hdev:

DongleDeviceID.（所以上面的Socket不需要bind,因为这边指定了）

3.1BlueZ提供的HCI编程接口一（针对本地Dongle的API系列）：

3.1。

1打开一个HCISocket---inthci_open_dev（intdev_id）:

这个function用来打开一个HCISocket。

它首先打开一个HCIprotocol的Socket（房间），

并将此Socket与deviceID=参数dev_id的Dongle绑定起来。

只有bind后，它才将Socket句柄与Dongle对应起来。

注意，所有的HCICommand发送之前，都需要使用hci_open_dev打开并绑定。

3.1.2:

关闭一个HCISocket：

inthci_close_dev（intdd）//简单的关闭使用hci_open_dev打开的Socket。

3.1.3:

向HCISocket（对应一个Dongle）发送request:

inthci_send_req（intdd,structhci_request*r,intto）

BlueZ提供这个function非常有用，它可以实现一切Host向Modules发送Command的功能。

参数1：

HCISocket。

参数2：

Command内容。

参数3：

以milliseconds为单位的timeout.

下面详细解释此function和用法：

当应用程序需要向Dongle（对应为一个bind后的Socket）发送Command时，调用此function.

其中，参数一dd对应一个使用hci_open_dev（）打开的Socket（Dongle）。

参数三to则为等待Dongle执行并回复命令结果的timeout.以毫秒为单位。

参数二hci_request*r最为重要,首先看它的结构：

structhci_request{

uint16_togf;//OpcodeGroup

uint16_tocf;//OpcodeCommand

intevent;//此Command产生的Event类型。

void*cparam;//Command参数

intclen;//Command参数长度

void*rparam;//Response参数

intrlen;//Response参数长度

};

ogf,ocf不用多说，对应前面的图就明白这是GroupCode和CommandCode。

这两项先确定下来，然后可以查HCISpec。

察看输入参数（cparam）以及输出参数（rparam）含义。

至于他们的结构以及参数长度，则在~/include/net/bluetooth/hci.h中有定义。

至于event.如果设置，它会被setsockopt设置于Socket。

例1：

得到某个连接的PolicySetting.

HCISpec以及~/include/net/bluetooth/hci.h中均可看到，OGF=OGF_LINK_POLICY（0x02）.OCF=OCF_READ_LINK_POLICY（0x0C）.

因为这个Command用来读取某个ACL连接的PolicySetting。

所以输入参数即为此连接Handle.

返回参数则包含3部分，status（Command是否顺利执行），handle（连接Handle）。

policy

（得到的policy值）

这就又引入了一个新问题，如何得到某个ACL连接的Handle。

可以使用ioctlHCIGETCONNINFO得到ACL连接Handle。

ioctl（dd,HCIGETCONNINFO,（unsignedlong）cr）；

Connect_handle=htobs（cr->conn_info->handle）;

所以完整的过程如下：

structhci_requestHCI_Request;

read_link_policy_cpCommand_Param;

read_link_policy_rpResponse_Param;

//1.得到ACLConnectHandle

if（ioctl（dd,HCIGETCONNINFO,（unsignedlong）cr）<0）

{

return-1；

}

Connect_handle=htobs（cr->conn_info->handle）;

memset（&HCI_Request,0,sizeof（HCI_Request））;

memset（&Command_Param,0,sizeof（Command_Param））;

memset（&Response_Param,0,sizeof（Response_Param））;

//2.填写Command输入参数

Command_Param.handle=Connect_handle;

HCI_Request.ogf=OGF_LINK_POLICY;//C