Linux 蓝牙协议栈中针对USB设备的驱动程序

摘 要：基于对Linux 下蓝牙协议栈BlueZ 源代码的分析，给出BlueZ的组织结构和特点。分析蓝牙USB 传输驱动机制和数据处理过程， 给出实现蓝牙设备驱动的重要数据结构和流程，并总结Linux 下开发蓝牙USB 设备驱动的一般方法和关键技术。 关键词：Linux 系统；蓝牙协议栈；设备驱动 USB Device Driver for Linux Bluetooth Stack LIANG Jun-xue, YU Bin (Institute of Electronic Technology, PLA Information Engineering University, Zhengzhou 450004) 【Abstract】This paper depicts the structure and characteristics of BlueZ based on analyzing the source code of Linux bluetooth stack BlueZ. It analyzes the implementation of bluetooth USB transport driver scheme and data processing procedure in detail, and gives the key data structure and implementation of bluetooth device driver. It summarizes the approach of developing Linux bluetooth USB device driver and the key technology. 【Key words】Linux system; bluetooth stack; device driver 计 算 机 工 程 Computer Engineering 第 34 卷 第 9 期 Vol.34 No.9 2008 年 5 月 May 2008 ·开发研究与设计技术· 文章编号：1000—3428(2008)09—0273—03 文献标识码：A 中图分类号：TP391 1 概述 蓝牙技术是开放式通信规范，而 Linux 是开放源码的操 作系统。廉价设备与免费软件的结合，促进了蓝牙技术和 Linux 的发展与融合。 Linux最早的蓝牙协议栈是由Axis Communication Inc在 1999 年发布的 OpenBT 协议栈。 随后， IBM 发布了 BlueDrekar 协议栈，但没有公开其源码。Qualcomm Incorporated 在 2001 年发布的 BlueZ 协议栈被接纳为 2.4.6 内核的一部分。此外， Rappore Technology 及 Nokia 的 Affix Bluetooth Stack 都是 Linux 系统下的蓝牙协议栈，应用在不同的设备和领域中。 BlueZ 是 Linux 的官方蓝牙协议栈，也是目前应用最广 泛的协议栈，几乎支持所有已通过认证的蓝牙设备。对于基 于主机的蓝牙应用，目前常见的硬件接口有 UART, USB 和 PC 卡等，USB 作为 PC 的标准外设接口，具有连接方便、兼 容性好和支持高速设备等特点，已广泛应用于蓝牙设备。 目前对 Linux 下 USB 设备驱动的研究已较为广泛而深 入[1-4] ，但对 Linux 下的蓝牙设备驱动还没有专门的研究。本 文在分析 USB 设备驱动和蓝牙协议栈的基础上，总结了 Linux 下开发蓝牙 USB 驱动程序的一般方法，并深入剖析了 其关键技术。 2 Linux 蓝牙协议栈 BlueZ 简介 BlueZ 目前已成为一个开放性的源码工程。它可以很好 地在 Linux 支持的各种体系的硬件平台下运行，包括各种单 处理器平台、多处理器平台及超线程系统。 BlueZ 由多个独立的模块组成，内核空间主要包括设备 驱动层、蓝牙核心及 HCI 层、L2CAP 与 SCO 音频层、 RFCOMM, BNEP, CMTP 与 HIDP 层、通用蓝牙 SDP 库和后 台服务及面向所有层的标准套接字接口；在用户空间提供了 蓝牙配置、测试及协议分析等工具。其组织结构如图 1 所示， BlueZ 没有实现专门的 SDP 层，而是将其实现为运行在后台 的蓝牙服务库例程(图 1 没有描述该后台服务)。 RFOMM 层支 持标准的套接口，并提供了串行仿真 TTY 接口，这使串行端 口应用程序和协议可以不加更改地运行在蓝牙设备上，例如 通过点对点协议 PPP 可实现基于 TCP/IP 协议簇的所有网络 应用。BNEP 层实现了蓝牙的以太网仿真，TCP/IP 可以直接 运行于其上。 USB设备驱动 (hci_usb.o) L2CAP层(l2cap.o) RFCOMM层 (rfcomm.o) BNEP层 (bnep.o) CMTP层 (cmtp.o) 串口设备驱动 (hci_uart.o) 虚拟串口设备驱动 (hci_vhci.o) 音频 socket RFCOMM socket BNEP socket CMTP socket L2CAP socket HCI socket 内核 空间 用户 空间 串口设备 CAPI设备 输入设备 网络设备 HDIP socket 音频设备 AF_BLUETOOTH socket 音频层(sco.o) PPP TCP/IP AF_INET socket BNEP层 (bnep.o) 其他设备驱动 (bluecard_cs.o等) BlueZ工具和实用程序 HDIP层 (hdip.o) BlueZ核心 及HCI层(bluez.o/bluetooth.o) 图 1 BlueZ 组织结构 3 蓝牙 USB 设备驱动 设备驱动程序在 Linux 内核中起着重要作用，它使某个 硬件能响应一个定义良好的内部编程接口。这些接口隐藏了 设备的工作细节，用户通过一组独立于特定驱动程序的标准 调用来操作设备。而将这些调用映射到作用于实际硬件设备 的特有操作上，则是驱动程序的任务。