Linux无线网络技术：Bluetooth

Sreekrishnan Venkateswaran

　　Linux Bluetooth

　　Bluetooth 是用于替换电缆的短程无线技术，支持 723 kbps（不对称）和 432 kbps（对称）的速度，可以传输数据和语音。Bluetooth 设备的传输范围大约 10 米（30 英尺）。

　　BlueZ 是官方 Linux Bluetooth 栈，由主机控制接口（Host Control Interface ，HCI）层、Bluetooth 协议核心、逻辑链路控制和适配协议（Logical Link Control and Adaptation Protocol，L2CAP）、SCO 音频层、其他 Bluetooth 服务、用户空间后台进程以及配置工具组成。

　　Bluetooth 规范支持针对 Bluetooth HCI 数据分组的 UART（通用异步接收器/传送器）和 USB 传输机制。BlueZ 栈对这两个传输机制（drivers/Bluetooth/）都支持。BlueZ BNEP（Bluetooth 网络封装协议）实现了 Bluetooth 上的以太网仿真，这使 TCP/IP 可以直接运行于 Bluetooth 之上。BNEP 模块（net/bluetooth/bnep/）和用户模式 pand 后台进程实现了 Bluetooth 个人区域网（PAN）。BNEP 使用 register_netdev 将自己作为以太网设备注册到 Linux 网络层，并使用上面为 WLAN 驱动程序描述的 netif_rx 来填充 sk_buffs 并将其发送到协议栈。BlueZ RFCOMM(net/bluetooth/rfcomm/) 提供 Bluetooth 上的串行仿真，这使得串行端口应用程序（如 minicom）和协议（如点对点协议（PPP））不加更改地在 Bluetooth 上运行。RFCOMM 模块和用户模式 dund 后台进程实现了 Bluetooth 拨号网络。下面的列表给出了配置 Bluetooth 上的各种协议服务所必需的 BlueZ 模块、实用程序、后台进程以及配置文件。

　　下一步，考虑 Bluetooth CF 卡、Bluetooth USB 适配器、具有内置 CSR Bluetooth 芯片组的设备以及 Sony Bluetooth 耳机的示例，了解它们在 Linux 下是如何工作的。

　　Sharp Bluetooth CF 卡

　　Sharp Bluetooth CF 卡使用 UART 传输器来传送 HCI 数据分组。除了 serial_cs 是与 Linux PCMCIA 核心交互的卡服务驱动程序之外，Linux PCMCIA/CF 层与 Sharp 卡的其他操作系统的交互类似于针对 Intersil WLAN CF 卡所解释的交互。serial_cs 驱动程序（将在下面的 “GSM 上的 Linux GPRS 和数据”一节中做进一步解释）模拟了 Sharp CF 卡上的串行端口。BlueZ hci_uart 链接驱动程序与 Bluetooth UART 通道交互并将模拟的串行端口连接到 BlueZ 栈。

　　下面的列表给出了当卡插入时必须加载的模块。其他的 Bluetooth CF 卡，例如 Pretec CompactBT 卡和 Socket Bluetooth 卡，具有 UART 接口，但是又有各自的卡服务驱动程序（分别是 drivers/bluetooth/dtl1_cs.c 和 drivers/bluetooth/btuart_cs.c）。在本文后面，您将发现更多关于 Bluetooth UART 传输器的信息。

　　/etc/pcmcia/config 中针对 Sharp Bluetooth CF 卡的条目：

　　card "SHARP Bluetooth Card"

　　version "SHARP", "Bluetooth Card"

　　bind "serial_cs"

　　将要加载的必需的内核模块：

　　insmod serial_cs

　　insmod bluez

　　insmod l2cap

　　insmod hci_uart

　　insmod bnep (for pand)

　　insmod rfcomm (for dund)

　　BlueZ 用户空间后台进程、实用程序以及配置文件：

　　hciattach ttySx any [baud_rate] [flow]

　　hciconfig -a：检查 HCI 接口。

　　hcitool -a hci0 scan 'flush：发现其他设备。

　　hcidump：HCI 嗅探器。

　　hcid：HCI 后台进程。

　　/etc/bluetooth/hcid.conf：hcid 所用的 HCI 后台进程配置文件，它指定了链接模式（主或从）、链接策略、询问和扫描模式，等等。

　　/etc/bluetooth/pinDB：BlueZ PIN 数据库。

　　hcidump：Service Discovery Protocol 后台进程。

　　pand：在 Bluetooth 上运行 TCP/IP（--listen 用于服务器，--connect 用于客户机）。

　　/etc/bluetooth/pan/dev-up：pand 在激活 TCP/IP 时调用此脚本。此脚本能够包含一个类似于 ifconfig bnep0 的命令，用以为 Bluetooth 接口配置 IP 地址。

　　hcidump：在 Bluetooth RFCOMM 上运行 PPP（--listen 用于服务器，--connect 用于客户机）。

　　Belkin Bluetooth USB 适配器

　　Belkin Bluetooth USB 适配器拥有一个 Bluetooth CSR 芯片组，并使用 USB 传输器来传输 HCI 数据分组。因此，Linux USB 层、BlueZ USB 传输器驱动程序以及 BlueZ 协议栈是使设备工作的主要内核层。现在，您将了解到三层之间如何交互以使 Linux 网络应用程序在这个设备上运行。

　　Linux USB 子系统类似于 PCMCIA 子系统，它们都有与移动设备交互的主机控制器设备驱动程序，并且都包含一个向主机控制器和单个设备的设备驱动程序提供服务的核心层。USB 主机控制器遵循两个标准之一：UHCI（通用主机控制器接口）或 OHCI（开放式主机控制器接口）。由于具有 PCMCIA，单个 USB 设备的 Linux 设备驱动程序不依赖于主机控制器。经由 USB 设备传输的数据分为四种类型（或管道）：

　　Control

　　Interrupt

　　Bulk

　　Isochronous

　　前两个通常用于小型消息而后两个则用于较大型的消息。

　　USB 设备插入时，主机控制器使用控制管道来枚举它并给它分配设备地址（1 到 127）。主机控制器设备驱动程序读取的设备描述符包含关于设备的信息，例如 class、subclass 和 protocol。Linux 的 usbcore 内核模块支持 USB 主机控制器和 USB 设备。并包含 USB 设备驱动程序可以使用的函数和数据结构。USB 驱动程序利用 usbcore 及自己的 class/subclass/protocol 信息（请参阅 include/linux/usb.h 中的 struct usb_driver）注册了两个入口点：probe 和 disconnect。当相应的 USB 设备被附加时，usbcore 用枚举期间从设备配置描述符中读取的 class 信息来匹配已注册的 class 信息，并将设备与相应的驱动程序绑定。这个核心使用一种叫做 USB Request Block 或 URB（在 include/linux/usb.h 中定义）的数据结构，来异步地管理主机和设备之间的数据传输。设备驱动程序使用这些例程来请求各种类型的数据传输（control、interrupt、bulk 或 isochronous）。传送请求完成后，核心会使用以前注册的回调函数来通知驱动程序。

　　针对 Bluetooth USB 设备而言，HCI 命令使用 Control 管道传输，HCI 事件使用 Interrupt 管道，Asynchronous (ACL) 数据使用 Bulk 管道，而 Synchronous (SCO) 音频数据使用 Isochronous 管道。Bluetooth 规范为 Bluetooth USB 设备定义了 class/subclass/protocol 代码 0xE/0x01/0x01。BlueZ USB 传输驱动程序（drivers/bluetooth/hci_usb.c）将该 class/subclass/protocol 信息注册到 Linux USB 核心。Belkin USB 适配器插入时，主机控制器设备驱动程序会枚举它。因为在枚举期间从适配器读取的设备描述符与 hci_usb 驱动程序注册到 USB 核心的信息相匹配，所以这个驱动程序可附加到 Belkin USB 设备。由 hci_usb 驱动程序从以上描述的各个端点读取的 HCI、ACL 和 SCO 数据被透明传送到 BlueZ 协议栈。一旦做完这些，通过使用以上描述的 BlueZ 服务和工具，Linux TCP/IP 应用程序就可以运行在 BlueZ BNEP 上，而串行应用程序则可以运行在 BlueZ RFCOMM 上。

　　具有内置 CSR Bluetooth 芯片组的母板

　　现在，关注一下具有内置 Bluetooth 芯片组的设备上的 Bluetooth 网络数据流。考虑一种拥有内置 CSR Bluetooth 芯片组的手持设备与使用 UART 接口的系统的连接。针对 UART 接口而言，在 Bluetooth 设备和系统之间传输 HCI 数据分组的可用协议有 BlueCore Serial Protocol (BCSP)、H4/UART 和 H3/RS232。而 H4 充当通过 UART 传输 Bluetooth 数据的标准方法。UART 是在规范中定义的来自 CSR 的专有 BCSP 协议，支持错误校验和重传。BCSP 用在基于 CSR BlueCore 芯片的非 USB 设备上，包括 PCMCIA 和 CF 卡。BlueZ 支持 BCSP 和 H4。

　　这个母板的 UART 通道使用的传统串行驱动程序可以从 BlueZ UART 传输驱动程序上收发数据。如果使用 BSCP 协议将 CSR 芯片设计为封装 HCI 数据分组，您必须使用 hciattach (hciattach ttySx bcsp) 通知 BlueZ 链接驱动程序，在这里 x 是连接到 CSR 芯片组的 UART 通道号。现在 hci_uart 与 CSR 芯片交互并且传送 Bluetooth 数据往返于 BlueZ 栈。

　　Sony HBH-30 Bluetooth 耳机

　　前面的 Bluetooth 设备示例展示了网络数据流。现在，通过查看 Sony Ericsson Bluetooth 耳机来考虑 Bluetooth 音频 (SCO) 数据的传输。在耳机可以开始与 Linux 设备通信以前，它必须被 Linux 设备上的 Bluetooth 链路层检测出来。因此，您必须将耳机置于发现模式（通过按下耳机上的一个按钮）。另外，您需要通过 Linux 设备上的 BlueZ 配置耳机的 PIN。Linux Bluetooth 设备上使用 BlueZ SCO API 的应用程序现在可以发送音频数据到耳机上。音频数据应当是耳机 可以理解的格式（例如，Sony 耳机的 A-law PCM [Pulse Code Modulation] 格式）。有些公共主域实用程序可以将音频（甚至文本文件）转换为各种 PCM 格式。

　　Bluetooth 芯片组除拥有 HCI 传输接口以外还有 PCM 接口 PIN。例如，如果设备同时支持 GSM 和 Bluetooth，GSM 芯片组的 PCM 线路可以直接与 Bluetooth 芯片的 PCM 音频线路连接。然后，您可能不得不在 Linux 设备上配置 Bluetooth 芯片组，以通过 HCI 传输接口而不是 PCM 接口收发 SCO 音频数据分组。

摘自 赛迪网