2020年5月2日 星期六

BlueZ 的研讀紀錄(二): Device在哪裡 ?

由於沒有找到Device Name，依照我的習慣，先找找那些檔案是相關與Bluetooth的。

結果找到:

/usr/bin/hciattach
/usr/bin/hcidump
/usr/bin/hcitool
/use/bin/bluemoon
/usr/bin/bluetoothctl
/etc/bluetooth
/etc/dbus-1/system.d/bluetooth.conf
/etc/init.d/bluetooth
/etc/rc0.d/K01bluetooth
/etc/rc1.d/K01bluetooth
/etc/rc2.d/S01bluetooth
/etc/rc6.d/K01bluetooth

HCI這個名詞常常出現在Bluetooth的命令之中，所以先了解一下。

Bluetooth 基本上可以大致分為底層硬體的PHY (就是我們平常說的BT4.1, BT5.0) 與上層的應用Profile，目前已經有一堆Profile被定義：

1 A2DP : 藍牙立體聲音訊傳輸規範(Advanced Audio Distribution Profile )
2 ATT：(Attribute Profile)
3 AVRCP：音訊／影片遠端控制設定檔(Audio/Video Remote Control Profile)
4 BIP：基本圖像規範(Basic Imaging Profile)
5 BPP：基本列印規範(Basic Printing Profile)
6 CIP：ISDN規範(Common ISDN Access Profile)
7 CTP：無線電話規範(Cordless Telephony Profile)
8 DIP：裝置識別符號規範(Device ID Profile)
9 DUN：撥接網路規範(Dial-up Networking Profile)
10 FAX：傳真規範(Fax Profile)
11 FTP：檔案傳輸規範(File Transfer Profile)
12 GAVDP：影音傳送通用規範(Generic Audio/Video Distribution Profile)
13 GAP：通用存取規範(Generic Access Profile) – BLE 相關規範。
14 GATT：通用型連接規範(Generic Attribute Profile) – BLE 相關規範。
15 Generic Object Exchange Profile (GOEP)
16 Hard Copy Cable Replacement Profile (HCRP)
17 HDP：醫療設備規範(Health Device Profile )
18 HFP：手持裝置規範(Hands-Free Profile )
19 HID：人機介面規範(Human Interface Device Profile)
20 Headset Profile (HSP)
21 ICP：網內通訊規範(Intercom Profile )
22 LAP：網路訪問配置規範(LAN Access Profile)
23 MESH：MESH規範(Mesh Profile)
24 MAP：簡訊交換規範(Message Access Profile)
25 OBEX：泛用物件交換規範(OBject EXchange)
26 OPP：物件交換規範(Object Push Profile)
27 PAN：個人區域網路規範(Personal Area Networking Profile)
28 PBAP：電話簿存取規範(Phone Book Access Profile)
29 PXP：裝置接近規範(Proximity Profile)
30 SPP：序列埠規範(Serial Port Profile)
31 SDAP：服務搜尋規範(Service Discovery Application Profile)
32 SIM：SIM卡的遠端存取規範(SIM Access Profile, SAP, SIM or rSAP)
33 SYNCH：資訊同步規範(Synchronization Profile)
34 SyncML：格式化資訊同步規範(Synchronisation Mark-up Language Profile)
35 VDP：影像分享規範(Video Distribution Profile)
36 WAPB：基於藍芽點對點的WAP (Wireless Application Protocol Bearer) – 一個完全無用的協定。

HCI是Host Control Interface的簡寫。簡單來說，上層的這些Profile (軟體)，利用HCI與底層的Bluetooth硬體，與另外一台裝置連接。如果裝置的雙方都有相同的Profile，就可以連接起來幹活了。

目前連接的方式(術語稱之為Transport)有UART、USB、SD、3-Wire UART四種。我們常見的接法就是主晶片使用UART連接Bluetooth晶片。這是最最簡單的接法，因為就等於使用 /dev/tty02 就可以完成通信了。

HCI 定義了四種封包，在主晶片與 BT模組之傳送資料：

1. Command ： 0x01 使用 0x01 開頭的封包就是命令。
2. ACL：用於傳輸一般性資料具有基本的資料可靠性保證 (0x02)
3. SCO：用於語音資料的傳遞(x03)
4. Event：用於BT Module 回應 Host 的控制(0x04)

如果你找 INCLUDE FILE的定義，你會看到這樣的定義：

typedef  enum _HCI_PACKET_TYPE_ {
       HCI_COMMAND = 0x01,
       HCI_ACL = 0x02,
       HCI_SCL = 0x03,
       HCI_EVENT = 0x04
} HCI_PACKET_TYPE;


這些定義可以在 /include/net/bluetooth/hci.h 當中看到。如果沒有，可以先到BlueZ官網，下載最新版的SOURCE CODE，hci.h 在 ./lib 的目錄下面。

下面就先看一下HCI_COMMAND與HCI_EVENT在傳些甚麼東西：

HCI_COMMAND

先看一下HCI_COMMAND Packet Format，用C struct 可以這樣表示：

_HCI_PACKET_ {
  union
   {
      unsigned short int code; // 16 bit
      struct {
         unsigned int ocf :10;
         unsigned int ogf : 6;
      } op;
   }
   unsigned char Size;     // parameter total length
   unsgined char* body; // context of parameters
} HCI_PACKET;


CI 命令封包(Command Packet) 是由一個16 bits 的操作碼(Opcode)開始, 操作碼由兩部份組成 分別是 OGF (OpCode Group Field, 6 bits) 與 OCF (OpCode Command Field, 10 bits)，

OGF 目前定義了 6 個 Group
  1. 連結控制命令(Link Control Command), OGF =: 0x01
  2. 連結方式命令(Link Policy Command), OGF =: 0x02
  3. 控制器與基頻命令(Controller & Baseband Command), OGF =: 0x03
  4. 資訊參數(Informational Parameters), OGF =: 0x04
  5. 狀態參數(Status Parameters), OGF =: 0x05
  6. 測試命令(Testing Command), OGF =: 0x06
OGF: 0x3F (111111B)是保留給Vendor-Specific 測試使用, OGF:0x3E (111110B)則是保留給 Bluetooth Logo Test。

當OGF與OCF 都為0 時則是一個 NOP 命令，在流量控制中可能會需要使用到。

接在Opcode 後的就是SIZE，這是說明BODY的總長度，所以BODY依照不同命令會有不同的長度。

要注意的是HCI的功能是透過UART，讓主晶片的CPU可以與藍芽晶片溝通。舉例而言，要對一個BT Module下達進入測試模式(Enable Device Under Test Mode)時，就可以使用 OGF =: 0x06。Protocol的細節可以參考藍芽Core Specification Section 7.6.3 Part E, Volume 2。

每當一個Command 下達給BT晶片之後，晶片會回應一個HCI Command Complete Event 給Host端表示完成命令的接收。

HCI_EVENT

HCI_EVENT是BT晶片用來回應 HCI Command 的封包，基本結構如下：



HCI_EVENT Packet Format

其實都是差不多的結構：

typedef struct {
uint16_t handle; /* Handle & Flags (PB, BC) */
uint16_t dlen;
}

就是先送 Event Code、接上參數長度，然後依照這個長度，讀出所有的參數。大致上懂了HCI 的功能之後，接下來就可以回來玩玩這些已經寫好的命令。

首先先試試 hciconfig：

root@luke-G50:/etc/bluetooth# hciconfig <Enter>
hci0:   Type: BR/EDR  Bus: USB
        BD Address: D0:53:49:00:FB:6A  ACL MTU: 1022:8  SCO MTU: 183:5
        DOWN
        RX bytes:574 acl:0 sco:0 events:30 errors:0
        TX bytes:368 acl:0 sco:0 commands:30 errors:0

果然看到一些資訊，而且與上面說的這些理論值，可以對應得起來。由於顯示為DOWN，所以試試能不能UP：

root@luke-G50:/etc/bluetooth# hciconfig hci0 up
Can't init device hci0: Operation not possible due to RF-kill (132)

因為硬體沒有開嗎? 於是由DESKTOP上面開啟Bluetooth。這裡有個疑問? 難道沒有命令可以打開Bluetooth硬體嗎? 這還要研究一下，總之hciconfig 無法開啟硬體就是了。接下來就有以下的畫面：

root@luke-G50:/etc/bluetooth# hciconfig hci0 up
root@luke-G50:/etc/bluetooth# hciconfig hci0
hci0:   Type: BR/EDR  Bus: USB
        BD Address: D0:53:49:00:FB:6A  ACL MTU: 1022:8  SCO MTU: 183:5
        UP RUNNING PSCAN ISCAN
        RX bytes:1190 acl:0 sco:0 events:67 errors:0
        TX bytes:1076 acl:0 sco:0 commands:67 errors:0

所以 Bluetooth DEVICE在哪裡? 原來是 hci0 。

這台PC是透過USB與藍芽晶片連接的。 其中藍牙晶片支援基礎率/增強資料率(BR/EDR)，但是另外的BLE (低耗能)則沒有支持。

Mac Address D0-53-49 屬於光寶(Liteon Technology Corporation)，BT模組應該是光寶製作的。





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