Ubuntu系统(bluez)蓝牙调试
前言
现在调试的Ubuntu、debian系统，蓝牙上层的协议使用bluez，蓝牙的移植与bluedroid略有不同。本文主要介绍Ubuntu（蓝牙移植上debian与Ubuntu是一样的）系统下蓝牙移植的相关知识，并给出移植指导。涉及的知识点有bluez下蓝牙的驱动、hciattach的作用、蓝牙电源的控制、蓝牙移植修改点。
1 Bluez下内核蓝牙框架简介
使用Bluez时，需要内核提供一系列的socket接口来操作蓝牙，内核中蓝牙的框架如图1所示。蓝牙框架分成两部分：蓝牙socket部分及蓝牙驱动部分。蓝牙socket部分负责管理提供给bluez的socket，并包含L2cap层的功能；蓝牙驱动包含hci层协议及蓝牙硬件接口的管理。蓝牙socket部分与蓝牙驱动通过hci_core来连接。从Bluez下移植蓝牙方面看，只关心两个地方，一个是蓝牙驱动的移植，另一个是bluez的工具集中的hciattach工具（使用uart接口的蓝牙才需要这部分），
图1 内核中蓝牙框图
对比bluedroid与bluez在蓝牙移植方面的差异，最大的不同就是hci和L2cap层所处的位置，在bluedroid中，hci和L2cap层放在bluedroid中，是在内核之上。而bluez中，hci和L2cap层不属于bluez中的代码，而是放到内核里。
2 内核中的蓝牙
在Ubuntu系统下，Bluez的蓝牙驱动负责hci协议的处理、与蓝牙硬件交互数据、注册hci接口供蓝牙socket部分使用。
2.1 注册hci_core接口
不管是uart接口还是usb接口的蓝牙，都是通过hci_register_dev函数向hci_core层注册接口，下面为uart接口及usb接口蓝牙向hci_core层注册例子：
kernel\drivers\bluetooth\hci_ldisc.c
hdev->bus = HCI_UART;
hci_set_drvdata(hdev, hu);
hdev->open = hci_uart_open;
hdev->close = hci_uart_close;
hdev->flush = hci_uart_flush;
hdev->send = hci_uart_send_frame;
SET_HCIDEV_DEV(hdev, hu->tty->dev);
if (test_bit(HCI_UART_RAW_DEVICE, &hu->hdev_flags))
set_bit(HCI_QUIRK_RAW_DEVICE, &hdev->quirks);
if (!test_bit(HCI_UART_RESET_ON_INIT, &hu->hdev_flags))
set_bit(HCI_QUIRK_RESET_ON_CLOSE, &hdev->quirks);
if (test_bit(HCI_UART_CREATE_AMP, &hu->hdev_flags))
hdev->dev_type = HCI_AMP;
else
hdev->dev_type = HCI_BREDR;
if (test_bit(HCI_UART_INIT_PENDING, &hu->hdev_flags))
return 0;
if (hci_register_dev(hdev) < 0) //uart接口蓝牙注册
kernel\drivers\bluetooth\rtk_btusb_8723bu.c
HDEV_BUS = HCI_USB;
data->hdev = hdev;
SET_HCIDEV_DEV(hdev, &intf->dev);
hdev->open = btusb_open;
hdev->close = btusb_close;
hdev->flush = btusb_flush;
hdev->send = btusb_send_frame;
hdev->notify = btusb_notify;
#if LINUX_VERSION_CODE > KERNEL_VERSION(3, 4, 0)
hci_set_drvdata(hdev, data);
#else
hdev->driver_data = data;
hdev->destruct = btusb_destruct;
hdev->owner = THIS_MODULE;
#endif
……
err = hci_register_dev(hdev); // usb接口蓝牙注册
Hci_core向蓝牙驱动传递数据通过hdev->send接口，而蓝牙驱动接收到数据后直接调用hci_core Export的hci_recv_frame、hci_recv_fragment接口提交数据。
在使用hci_register_dev注册接口的时候，hci_core会在rfkill下注册一个RFKILL_TYPE_BLUETOOTH类型的设备，名称为hciX。在Ubuntu系统中，只要发现rfkill下有注册RFKILL_TYPE_BLUETOOTH类型设备，就认为存在蓝牙设备，桌面上就会显示蓝牙图标，后面对蓝牙的开关操作就是通过rfkill下的接口。
2.2 蓝牙驱动的移植
现在调试过的蓝牙有uart接口和usb接口的，这两种接口的驱动是完全不同的，下面分别介绍。
2.2.1 USB接口蓝牙
对于usb接口的蓝牙，只要给蓝牙上电，usb枚举到蓝牙设备后，就会调用蓝牙驱动的probe函数，在该函数中就会向hci_core注册接口。
kernel\drivers\bluetooth\rtk_btusb_8723bu.c
static int btusb_probe(struct usb_interface *intf, const struct usb_device_id *id)
{
……
hdev = hci_alloc_dev();
if (!hdev) {
rtk_free(data);
data = NULL;
return -ENOMEM;
}
HDEV_BUS = HCI_USB;
data->hdev = hdev;
SET_HCIDEV_DEV(hdev, &intf->dev);
hdev->open = btusb_open;
hdev->close = btusb_close;
hdev->flush = btusb_flush;
hdev->send = btusb_send_frame;
hdev->notify = btusb_notify;
……
err = hci_register_dev(hdev);
然后在hdev->open 的时候，在btusb_open中进行fw下载和参数配置的工作，这时蓝牙就可以正常工作了。下载的fw和配置文件通过内核的int request_firmware(const struct firmware **fw, const char *name, struct device *device)函数获取，对于需要获取的文件，只需要提供文件名，该函数会自动搜索系统部分路径，其中就包含“/lib/firmware/”，所以只要把fw及配置文件放到“/lib/firmware/”目录下即可。同时usb保证了传输的可靠性，所以也不需要什么h4、h5协议了。
从上面可以看出，对于usb接口蓝牙的移植，只需要保证两步工作就可以了：
1、 蓝牙usb功能驱动的移植；
如rtl8723bu的蓝牙，bluez与bluedroid下使用的驱动是一样的，但有一个定义是区分用于bluez还是bluedroid的。在rtk_btusb_8723bu.h文件如下代码中：
#ifndef CONFIG_PLATFORM_UBUNTU
#define CONFIG_BLUEDROID 1 /* bleuz 0, bluedroid 1 */
#else
#define CONFIG_BLUEDROID 0
#endif
只要定义了CONFIG_PLATFORM_UBUNTU即可。
该定义在kernel\arch\arm\configs\下config文件中配置，
CONFIG_PLATFORM_UBUNTU=y
2、 把fw及配置文件打包到“/lib/firmware/”目录下；
如gb5_wxga板子的rtl8723bu模组，只需要把rtl8723b_fw、rtl8723bu_config文件放到“\ rootfs\lib\firmware\”目录下即可。
2.2.2 UART接口蓝牙
不像usb接口蓝牙，可以直接向usb驱动注册蓝牙的功能驱动，后面就等着probe被调用就可以了。Uart接口蓝牙，使用那个uart口依赖硬件，同时也没办法像usb一样向串口驱动注册一个功能驱动等待probe，uart是没有枚举的过程的。所以uart接口蓝牙就需要应用层把使用的串口通知hci_core层，同时uart接口蓝牙的fw download及config配置工作也放到了应用层，这些工作都是由hciattach来实现。Hciattach的流程下一节介绍，这里介绍uart接口蓝牙驱动移植需要做的工作。相比图1，图2描述的uart驱动更接近代码结构。
图2 uart接口蓝牙驱动框图
从图2可以看到，串口的使用有一个切换的过程，在初始化的时候，由hciattach使用串口，初始化完成后，把串口切换给hci使用，hci负责与串口交互蓝牙数据，中间还经过了h4/h5协议层，驱动层跟移植相关只有h4/h5协议，若h4/h5使用的是内核自带的协议，那驱动层就不需要做任何的工作。
以rtl8723bs为例，需要使用rtk修改过的h5协议，就需要在kernel\drivers\bluetooth\目录下增加hci_rtk_h5.c文件，hci_ldisc.c增加对hci_rtk_h5.c的init及deinit，由于内核中注册hci协议会使用一个id号，相同id的协议不能再注册，内核中已经有的hci_h5.c与 hci_rtk_h5.c使用的是相同的id号，所以内核中需要屏蔽hci_h5.c的注册。
kernel\drivers\bluetooth\hci_ldisc.c
static int __init hci_uart_init(void)
……
#ifdef CONFIG_BT_HCIUART_H4
h4_init();
#endif
#ifdef CONFIG_BT_HCIUART_BCSP
bcsp_init();
#endif
#ifdef CONFIG_BT_HCIUART_LL
ll_init();
#endif
#ifdef CONFIG_BT_HCIUART_ATH3K
ath_init();
#endif
#ifdef CONFIG_BT_HCIUART_3WIRE
h5_init();
#endif
//Realtek_add_start
//add realtek h5 support
#ifdef CONFIG_BT_HCIUART_RTKH5
rtk_h5_init();
#endif
//Realtek_add_end
……
static void __exit hci_uart_exit(void)
……
#ifdef CONFIG_BT_HCIUART_RTKH5
rtk_h5_deinit();
#endif
kernel\drivers\bluetooth\ hci_uart.h
//Realtek_add_start
#ifdef CONFIG_BT_HCIUART_RTKH5
int rtk_h5_init(void);
int rtk_h5_deinit(void);
#endif
kernel\drivers\bluetooth\ hci_rtk_h5.c
static struct hci_uart_proto h5 = {
.id = HCI_UART_3WIRE, // 与h5_init注册是相同的id
.open = h5_open,
.close = h5_close,
.enqueue = h5_enqueue,
.dequeue = h5_dequeue,
.recv = h5_recv,
.flush = h5_flush
};
int rtk_h5_init(void)
{
int err = hci_uart_register_proto(&h5);
屏蔽内核中现有的hci_h5.c修改方式为：
kernel\arch\arm\configs\目录下config文件修改下面两行。
# CONFIG_BT_HCIUART_ATH3K is not set //屏蔽BT_HCIUART_ATH3K
CONFIG_BT_HCIUART_RTKH5=y // 打开BT_HCIUART_RTKH5
Hci_ldisc通过tty_register_ldisc(N_HCI, &hci_uart_ldisc)向串口注册HCI line discipline，当hciattach通过ioctl把串口切换到HCI line discipline时，hci_ldisc就可以与串口通信了。
kernel\drivers\bluetooth\ hci_ldisc.c
static int __init hci_uart_init(void)
{
static struct tty_ldisc_ops hci_uart_ldisc;
int err;
BT_INFO("HCI UART driver ver %s", VERSION);
/* 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))) {
BT_ERR("HCI line discipline registration failed. (%d)", err);
return err;
}
3 Hciattach的处理流程
只有uart接口的蓝牙才需要hciattach工具，hciattach的作用为配置串口，下载fw及config文件，把串口切换给hci_ldisc使用。
Bluez带有hciattach的源码，框架也比较清晰，对很多厂家都有支持，但实际调试realtek及boardcom的模组时，Bluez自带的hciattach都是不能使用的，realtek及boardcom对hciattach有特殊的修改，主要是针对fw和config的下载部分。但hciattach的作用及流程与Bluez自带的hciattach是一样的。Hciattach的流程如图3所示。
图3 hciattach初始化流程
Hciattach的流程比较简单，从现在Ubuntu及debian系统的设计看，hciattach都是开机时就运行，一直到关机时才结束。
Hciattach的移植涉及下面几个地方：
1、 把hciattach可执行文件放到bin目录下；
以lemaker板子为例：
把hciattach_rtk放到\rootfs\usr\sbin\目录下；
2、 把fw及config文件打包进系统，放置的路径由hciattach open fw确定
以使用rtl8723bs模组：
把rtl8723b_fw、rtk8723_bt_config放到
\rootfs\lib\firmware\rtl8723bs\目录下；
3、 加入hciattach的启动与退出控制：
把 bluetooth.conf文件放到\rootfs\etc\init\目录下。
bluetooth.conf文件内容
description "bluetooth daemon"
start on started dbus
stop on stopping dbus
env UART_CONF=/etc/bluetooth/uart
env RFCOMM_CONF=/etc/bluetooth/rfcomm.conf
expect fork
respawn
exec /usr/sbin/bluetoothd
post-start script
#[ "$VERBOSE" = no ] && redirect='>/dev/null 2>&1' || redirect=
# start_uarts()
#if [ -x /usr/sbin/hciattach ] && [ -f $UART_CONF ];
#then
# grep -v '^#' $UART_CONF | while read i; do
# eval "/usr/sbin/hciattach $i $redirect" || :
# done
#fi
exec hciattach_rtk -n -s 115200 /dev/ttyS2 rtk_h5 &
# start_rfcomm()
if [ -x /usr/bin/rfcomm ] && [ -f $RFCOMM_CONF ] ;
then
# rfcomm must always succeed for now: users
# may not yet have an rfcomm-enabled kernel
eval "/usr/bin/rfcomm -f $RFCOMM_CONF bind all $redirect" || :
fi
end script
post-stop script
# stop_uarts()
logger -t bluez "Stopping uarts"
kill
bluetooth.conf中有脚本，在开机、关机时运行，这里：
开机运行：exec hciattach_rtk -n -s 115200 /dev/ttyS2 rtk_h5 &
关机运行：killall hciattach_rtk >/dev/null 2>&1 || :
4 蓝牙电源的管理
前面的文档中一直没有提到蓝牙的电源是怎么控制的。在蓝牙的电源控制方面，Ubuntu及debian系统都没有做很好的处理，从现在的蓝牙图形界面应用看，这两个系统中，默认蓝牙是一直有电的并且开机时就打开，并没有考虑关闭蓝牙的时候把蓝牙断电。
现在我们使用usb接口蓝牙，对于插拨的usb蓝牙，不需要考虑电源，只要插上就有电了，对于焊在板子上的蓝牙，由于没有增加对蓝牙上电的操作，所以要在wifi打开的情况下（wifi上电了，蓝牙也就上电了）才能使用蓝牙。
对于sdio接口的蓝牙，以rtl8723bs为例，修改了kernel\net\rfkill\目录下的rfkill-actions_8723bs.c文件，在这个文件里不再注册rfkill接口，而是修改为在加载驱动是给蓝牙上电，卸载驱动时断开蓝牙电源。
至于为什么不保留rfkill-actions_8723bs.c在rfkill中的接口，通过rfkill来控制电源，是由于rfkill-actions_8723bs.c注册进rfkill的类型也是RFKILL_TYPE_BLUETOOTH，与hci注册的类型是一样的，这并没有冲突，但由于Ubuntu的蓝牙图形界面操作蓝牙打开、关闭时，同时都会把RFKILL_TYPE_BLUETOOTH类型的节点打开、关闭，这里上电的延时就没法保证，而且并没有调用hciattach进行蓝牙的初始化，对于串口蓝牙就没法使用了。
若重写蓝牙图形操作界面时，可以采用下面的方案进行电源的管理。
1、 usb接口蓝牙：
在rfkill中增加一个节点用于控制蓝牙上、掉电，类型为
RFKILL_TYPE_BLUETOOTH，但名称修改为bt_power；
蓝牙打开的操作：
A） 找到rfkill下类型为RFKILL_TYPE_BLUETOOTH名称为bt_power的节点，给蓝牙上电；
B） 延时（根据实际调整）；
C） 找到rfkill下类型为RFKILL_TYPE_BLUETOOTH名称为hciX的节点，打开蓝牙；
蓝牙关闭的操作：
A） 找到rfkill下类型为RFKILL_TYPE_BLUETOOTH名称为hciX的节点，关闭蓝牙；
B） 延时（根据实际调整）；
C） 找到rfkill下类型为RFKILL_TYPE_BLUETOOTH名称为bt_power的节点，给蓝牙断电；
2、 Uart接口蓝牙
在rfkill中增加一个节点用于控制蓝牙上、掉电，类型为
RFKILL_TYPE_BLUETOOTH，但名称修改为bt_power；
蓝牙打开的操作：
A） 找到rfkill下类型为RFKILL_TYPE_BLUETOOTH名称为bt_power的节点，给蓝牙上电；
B） 延时（根据实际调整）；
C） 启动hciattach完成蓝牙的初始化并切换串口给hci使用；
D） 找到rfkill下类型为RFKILL_TYPE_BLUETOOTH名称为hciX的节点，打开蓝牙；
蓝牙关闭的操作：
A） 找到rfkill下类型为RFKILL_TYPE_BLUETOOTH名称为hciX的节点，关闭蓝牙；
B） 关闭hciattach；
C） 延时（根据实际调整）；
D） 找到rfkill下类型为RFKILL_TYPE_BLUETOOTH名称为bt_power的节点，给蓝牙断电；
上面方案要求图形界面对不同接口蓝牙进行不同的操作，统一性不是很好，可以把操作部分放到脚本中实现，脚本根据实际硬件修改，而图形界面只需要调用脚本，不需要关心脚本的操作内容，这样实现会更好一些。
