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1、协议栈概述协议栈概述 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 bluez API 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
2、帮助。一：Bluetooth 基本概念：Bluetooth 是爱立信、诺基亚、东芝、IBM 和 Intel 5 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
3、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 10cm10m，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 2.4GHz ISM 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 0.625s，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
4、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
5、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. Microsoft Windows stack: Windows XP SP2 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. Toshiba stack: 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,
6、 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, PAN SPP, 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、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 Open Interface 公司 for portable
8、embedded divce 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，BlueMagic 3.0 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,Han ds- Free,and,Headset,HCRP,HID,OBEX,OPP,PAN,BNEP,PBAP,SAP,SPP,Synchr
9、onization,SyncML, Telephony,XML. 9. BCHS-Bluecore Host Software: 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,FM API,FTP GAP,GAVDP,GOEP,HCRP,Headset,HF1.5,HID,ICP,JSR82,LAP Message Access Profile,OPP,PAN,SAP,SDAP,SPP,SYNC,SYNC ML。10. Windo
10、ws CE：微软给 Windows CE 开发的协议栈，但是 windows ce 本身也支持其它的 协议栈11. BlueLet：IVT 公司 for embedded product 的清量级协议栈。 BlueZ 简介简介 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 Maxim Krasnyansky 完成的。包括：HCI，L2CAP，RFCOMM 和基
11、本 socket 的实现。他就职于 Qualcomm(高通)。Marcel Holtmann 开发层的协议和应用，包 括：BNEP, CMTP 等。当然，这些中也有 Maxim Krasnyansky 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
12、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 Linux Kernel 有了解的话，就知道这个注册动作一定在 Bluetooth init 部分作的。同样，各个协议层（如：HCI，L2CAP,HID 等）都将自己的行为
13、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 层编程层编程 1. HCI 层协议概述：HCI 提供一套统一的方法来访问 Blue
14、tooth 底层。如图所示：从图上可以看出，Host Controller Interface(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 bluetooth Dongle。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：Link Manager, 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，
15、用来给上层协议和程序提供访问接口 （Bluez 中,hci.c hci_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, ACL Data, SCO/eSCO Data。1.1. HCI Command：HCI Command 是 Host 向 Modules 发送命令的一种方式。HCI Command Packet 结构如下：OpCode 用来唯一标识 HCI
16、 Command.它由 2 部分组成，10bit 的 Opcode Command. 6bit 的 Opcode Group。1.1.1: OpCode Group:Linux Kernel（BlueZ）中，/include/net/bluetooth/hci.h 中定义了 OpCode Group。#define OGF_LINK_CTL 0x01#define OGF_LINK_POLICY 0x02 #define OGF_HOST_CTL 0x03#define OGF_INFO_PARAM 0x04#define OGF_STATUS_PARAM 0x05它们代表了不同的 Command Group：OGF_LINK_CTL: Link control,这个 Command Group 中的 Command 允许 Host 控制与其它 bluetooth device 的连接。OGF_LINK_POLICY ：Link Policy。这个 Command Group 中的 Command 允许调整 Link Manager control.OGF
