• 第08节-开源蓝牙协议栈BTStack数据处理


    本篇博客根据韦东山的视频整理所得。

    在上篇博客,通过阅读BTStack的源码,大体了解了其框架,对于任何一个BTStack的应用程序都有一个main函数,这个main函数是统一的。这个main函数做了某些初始化之后,最终会调用到应用程序提供的btstack_main,在btstack_main里面首先做一些初始化,然后调用hci_power_on函数去打开蓝牙模块。

    一. 数据类型

    运行BTStack程序时,会生成hci_dump.pklg文件,可以使用WireShark打开此文件,截图如下:

    怎么理解上图中的数据呢?

    BTStack中涉及的数据有2类:

    1.从硬件上获得的数据、发给硬件的数据

    2.为更新系统状态而虚构的数据

    1. 跟硬件相关的数据有4类:

    ① 发送给蓝牙控制器的Command

    ② 从蓝牙控制器获得的Event,蓝牙控制器收到Command后会回复Event

    ③ ACL数据,这涉及收、发两个方向

    ④ SCO数据,这涉及收、发两个方向

    注意:ACL、SCO数据的含义以后再讲。

    这4种数据类型,用一个头部信息来表示,参考bluetooth.h:

    #define HCI_COMMAND_DATA_PACKET 0x01

    #define HCI_ACL_DATA_PACKET       0x02

    #define HCI_SCO_DATA_PACKET       0x03

    #define HCI_EVENT_PACKET           0x04

    但是在程序中,单凭这4个数值无法分辨数据的流向,比如ACL数据的类型是0x03,我们单凭0x03无法知道这数据是发给硬件、还是从硬件读到。

    为了便于调试,BTStack在打印Log信息时,把这些硬件数据类型转换为新数值:

    参考函数: hci_dump_packetlogger_setup_header

    1. Command :  0x00

    2. Event:       0x01

    3. ACL out     0x02

    4. ACL in      0x03

    5. SCO out    0x08

    6. SCO in     0x09

    7. Log Message 0xfc

    我们可以使用WireShark打开Log文件hci_dump.pklg时,观察里面原始数据。

    2. 为更新系统状态而虚构的数据:

    有很多种虚构的数据,下面举几个例子:

    ① 提示状态发生了变化:

    在BTStack中,可能有很多层对hci_stack->state感兴趣,所以当hci_stack->state发生变化时,可以使用hci_emit_state发送一个虚拟的Event数据包,这会导致这些层的处理函数被调用。

    BTStack中使用下面函数发送state信息:

    在WireShark中看到的原始数据为:01 60 01 xx,

    第1个01表示Event,60表示BTSTACK_EVENT_STATE,第2个01表示数据长度为1, xx表示数据即state值。

    ② 当一个数据包已经成功发给硬件之后,我们要通知上层:你可以继续发送数据给硬件了。这通过hci_emit_transport_packet_sent函数来实现:

    在WireShark中看到的原始数据为:01 6e 00,

    第1个01表示Event,6e表示HCI_EVENT_TRANSPORT_PACKET_SENT,00表示后续数据长度为0。

    二、状态机:

    我们常说:初始化好蓝牙模块后,就可以使用它了。

    仔细琢磨这句话,蓝牙模块至少有这2个状态:

    1. 初始化状态:HCI_STATE_INITIALIZING

    2. 工作状态:HCI_STATE_WORKING

    当然,还有其他状态,在代码中如下表示(hci_cmd.h):

    在HCI_STATE_INITIALIZING状态下,需要跟蓝牙模块多次交互,才可以完成蓝牙模块的初始化。使用“子状态”来表示这些多次交互,在代码中如下表示(hci.h):

     举个例子,子状态中有“HCI_INIT_SEND_RESET”和“HCI_INIT_W4_SEND_RESET”:

    1.当子状态为HCI_INIT_SEND_RESET时:

    我们发送复位命令给蓝牙模块,然后子状态变为HCI_INIT_W4_SEND_RESET,它的意思是“wait for”,等待收到复位命令的回复信息。

    2.收到该回复信息后,子状态变为HCI_INIT_SEND_READ_LOCAL_VERSION_INFORMATION:

    于是继续给蓝牙模块发送“read loacal version”命令,然后子状态变为HCI_INIT_W4_SEND_READ_LOCAL_VERSION_INFORMATION,表示等待回复信息

    如此继续,直到子状态变为“HCI_INIT_DONE”,初始化才结束,蓝牙模块的“状态”才放为HCI_STATE_WORKING。

    代码中有一个结构体:

    static hci_stack_t * hci_stack

    hci_stack->state表示“状态”,hci_stack->substate表示“子状态”。

    BTStack的代码有函数hci_run,它就是根据hci_stack结构体中的这些状态、其他值来收发数据的。

    注意:hci.c中的hci_run是核心函数,它根据hci_stack的状态进行不同的处理。

    举例说明:

    1.例子1:hci_power_control(HCI_POWER_ON);

    hci_stack->state初始值为0,即HCI_STATE_OFF;

    调用hci_power_transition_to_initializing后,各状态值如下:

    // set up state machine

    hci_stack->num_cmd_packets = 1; // assume that one cmd can be sent

    hci_stack->hci_packet_buffer_reserved = 0;

    hci_stack->state = HCI_STATE_INITIALIZING;

    hci_stack->substate = HCI_INIT_SEND_RESET;

    接着调用如下代码:

    // trigger next/first action

    hci_run();

    hci_run函数中,在hci_stack->state等于HCI_STATE_INITIALIZING时,调用:hci_initializing_run();

    hci_initializing_run()函数内部,会根据hci_stack->substate等于HCI_INIT_SEND_RESET而发出复位命令,并令substate等于HCI_INIT_W4_SEND_RESET,这表示等待收到该命令的回复信息。

    在等待过程中,程序休眠。

    当收到数据时,程序的主循环继续执行,根据上节内容,将会调用hci.c中的event_handler函数来处理

    该函数有如下代码:

        // handle BT initialization

        if (hci_stack->state == HCI_STATE_INITIALIZING){

            hci_initializing_event_handler(packet, size);

    }

    ……

    hci_run( );

    模块的当前状态仍为HCI_STATE_INITIALIZING,进而调用hci_initializing_event_handler(packet, size)。

    hci_initializing_event_handler将调用hci_initializing_next_state(),把subsate设置为HCI_INIT_SEND_READ_LOCAL_VERSION_INFORMATION。

    后续的hci_run会根据这个substate发出READ_LOCAL_VERSION_INFORMATION的命令。

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