蓝牙协议栈学习/开发利器-BTSNOOP介绍
一. 声明
本专栏文章咱们会以连载的方式持续更新，本专栏计划更新内容以下：android
第一篇:蓝牙综合介绍 ，主要介绍蓝牙的一些概念，产生背景，发展轨迹，市面蓝牙介绍，以及蓝牙开发板介绍。git
第二篇:Transport层介绍,主要介绍蓝牙协议栈跟蓝牙芯片以前的硬件传输协议,好比基于UART的H4,H5,BCSP，基于USB的H2等github
第三篇:传统蓝牙controller介绍，主要介绍传统蓝牙芯片的介绍，包括射频层（RF），基带层（baseband），链路管理层（LMP）等web
第四篇:传统蓝牙host介绍，主要介绍传统蓝牙的协议栈，好比HCI,L2CAP,SDP,RFCOMM,HFP,SPP,HID,AVDTP,AVCTP,A2DP,AVRCP,OBEX,PBAP,MAP等等一系列的协议吧。架构
第五篇：低功耗蓝牙controller介绍，主要介绍低功耗蓝牙芯片，包括物理层（PHY），链路层（LL）tcp
第六篇：低功耗蓝牙host介绍，低功耗蓝牙协议栈的介绍，包括HCI,L2CAP,ATT,GATT,SM等工具
第七篇：蓝牙芯片介绍，主要介绍一些蓝牙芯片的初始化流程，基于HCI vendor command的扩展oop
第八篇：附录，主要介绍以上经常使用名词的介绍以及一些特殊流程的介绍等。学习
另外，开发板以下所示，对于想学习蓝牙协议栈的最好人手一套。以便更好的学习蓝牙协议栈，相信我，学完这一套视频你将拥有修改任何协议栈的能力（好比Linux下的bluez，Android下的bluedroid）。ui
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CSDN学院连接（进入选择你想要学习的课程）：https://edu.csdn.net/lecturer/5352?spm=1002.2001.3001.4144
蓝牙交流扣扣群：970324688
Github代码：https://github.com/sj15712795029/bluetooth_stack
入手开发板：https://item.taobao.com/item.htm?spm=a1z10.1-c-s.w4004-22329603896.18.5aeb41f973iStr&id=622836061708
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二. 前言
首先在介绍如下内容以前，咱们先来介绍下咱们的CSDN课程，如下介绍内容都会在 CSDN课程 蓝牙协议栈传输介质Transport介绍以及btsnoop的应用（点击我）中第三小节/第四小节介绍。
三.Btsnoop利器介绍
1. Btsnoop概念介绍
开发过Android 蓝牙的人确定知道Btsnoop，可是我仍是罗嗦一下概念，让那些不懂Btsnoop的人看下。
Btsnoop用于记录蓝牙协议栈跟芯片交互的数据，通常用于在分析蓝牙问题的时候有很大的用途，可以快速定位问题所在，固然对于学习蓝牙协议栈也有很大的用途，咱们后续的教程也是基于btsnoop来分析协议。
在android手机中也有开启btsnoop的功能，在开发者选项中勾中这个就开启了btsnoop功能。注意：每一个手机生成的btsnoop的路径不一样，因此要仔细找下，更为坑爹的是：有的手机升级后btsnoop居然功能失效，好比个人手机，从Android 8升级到Android 9后居然btsnoop的功能失效了，坑不坑。可是没有关系哈，咱们在咱们的开发板代码中也实现了btsnoop功能。手机开启btsnoop的功能的地方以下图：
Btsnoop有多种格式，分别有简化版的（好比btstack source code就是实现了简化版的），简化版的只能在Wireshark中打开，而咱们实现的能够在Wireshark,Frontline跟Ellisys均可以打开，我我的以为实现咱们这种方式好，由于牵扯到工具的使用，Wireshark虽然对于分析tcp/ip协议不错，可是没有协议汇总功能。咱们来看下btsnoop在各个工具中打开的效果图：
1）Wireshark打开效果图
2）Frontline打开效果图
3）Ellisys打开效果图
关于这3个工具的使用，咱们会单独一篇文章来大概说明，我我的比较喜欢Ellisys的工具来看
2. Btsnoop格式介绍
此部分是直接看frontline官网整理的btsnoop格式
http://www.fte.com/webhelp/bpa600/Content/Technical_Information/BT_Snoop_File_Format.htm
这个格式以下（全部的数据都是大端模式，也就是高位在前）
下面咱们来分别介绍下文件格式的几部份内容
1）File Header
文件头是一个固定长度的字段，包含关于包文件及其包含的包记录的格式的通常信息。文件头字段后面有一个或多个可变长度的包记录字段。
整个文件头包括Identification Pattern（8 byte），Version Number(4 Byte)，Datalink Type(4 Byte).
① Identification Pattern
就是特定的十六进制数据，以NULL结尾0x62 0x74 0x73 0x6e 0x6f 0x6f 0x70 0x0，Asciii的值为”btsnoop”
② Version Number，暂时一直为1
③ Datalink Type，类型定义以下：
此部分android的bluedroid不论是H5仍是BCSP都会剥开transport数据，来以H4方式存储，这样足以能够看到蓝牙交互流程了。
下面咱们随便打开一个我以前录制好的btsnoop来解析下file header。
其中data link是0x3ea=1002是H4，因此看这部分彻底符合btsnoop的file header部分
2） Packet recored，此部分就是蓝牙协议栈跟蓝牙芯片每包交互的数据，格式以下
Packet recored包括Original Length,Included Length,Packet Flags,Cumulative Drops,Timestamp Microseconds,Packet Data.
由于此部分咱们以H4来讨论，因此就直接按照H4来写
① Original Lenth：4 byte ,此部分说白了就是H4 packet的数据长度
② Included Length：等于Original Lenth
③ Packet Flag：包类型
hci cmd是协议栈发送数据给蓝牙芯片，因此bit 0=0,bit1=1也就是0x02
hci event是协议栈从蓝牙芯片接收数据，因此bit 0=1,bit1=1也就是0x03
hci acl out是协议栈发送数据给蓝牙芯片，因此bit 0=0,bit1=0也就是0x00
hci acl in是协议栈从蓝牙芯片接收数据，因此bit 0=1,bit1=0也就是0x01
hci sco out是协议栈发送数据给蓝牙芯片，因此bit 0=0,bit1=0也就是0x00
hci sco in是协议栈从蓝牙芯片接收数据，因此bit 0=1,bit1=0也就是0x01
④ Cumulative Drops:计算丢包功能，此部分咱们设置为0
⑤ Timestamp Microseconds：毫秒，此部分是是从公元0年1月1号午夜开始算起，
因此此部分若是要在android跟Linux,unix用的话，那么须要加上1970年，由于1970年是unix元年，也就是诞生的日子，因此会看到android部分会在时间上加上这部分0x00dcddb30f2f8000ULL,这部分我还真算过，时间是这么久。
1971年多点·，可是此部分我很诧异，以为应该是恰好1971年的，因此若是有懂的能够提一下，让我也涨涨见识。
⑥ Pakcet data:就是transport数据了，此部分咱们是H4，因此就是H4数据
3. Btsnoop实现方式介绍
由于Btsnoop是写文件的方式，对于有文件系统的开发板来讲能够直接用，好比Linux能够直接open/write,有fatfs/littilfs或者等其余file system的板子来讲都好办，均可以直接存储，主要考虑下存储空间就行了，可是你有想过没，对于没有文件系统的开发板呢？难道除了买air sniffer来讲就没有别的办法了吗?何况蓝牙空中抓包器那么贵（我是指传统蓝牙的抓包哈，BLE的抓包可能只是几十块钱），那咱们有什么办法呢？有，我在其余开发板中实现过，如今我来讲说当初个人思路。
对于没有文件系统的开发板实现方式转换一层思路就行了，经过debug方式把HCI数据交于PC处理，就跟打调试日志同样的道理，只不过换成了HCI数据，可是须要本身实现上位机，来解析HCI数据，以及在PC端按照2小节的格式来存储起来就行了，架构以下：
4. Btsnoop代码介绍
代码以Linux为例哈，咱们分别会讲btsnoop初始化/存储btsnoop/btsnoop关闭
1）btsnoop初始化代码以下：
err_t bt_snoop_init(void)
{
time_t t;
struct tm *p;
time(&t);
p = gmtime(&t);
uint8_t bt_snoop_name[64] = {0};
sprintf(bt_snoop_name,"%sbtsnoop_%04d_%02d_%02d_%02d_%02d_%02d.log",BT_SNOOP_PATH,1900 + p->tm_year,1 + p->tm_mon, \
p->tm_mday,8 + p->tm_hour,p->tm_min,p->tm_sec);/* time zone hour+8 */
bt_snoop_file = open(bt_snoop_name, O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC, S_IRUSR | S_IWUSR | S_IRGRP | S_IROTH);
if(bt_snoop_file <0)
{
BT_SNOOP_TRACE_ERROR("ERROR:file[%s],function[%s],line[%d] bt_snoop_init open fail\n",__FILE__,__FUNCTION__,__LINE__);
return BT_ERR_VAL;
}
BT_SNOOP_TRACE_DEBUG("bt snoop fd %d\n",bt_snoop_file);
write(bt_snoop_file, "btsnoop\0\0\0\0\1\0\0\x3\xea", 16);
return BT_ERR_OK;
}
2）btsnoop写record data
/******************************************************************************
* func name : bt_snoop_write
* para : packet_type(IN) --> packet type
in(IN) --> 标示是不是蓝牙芯片到协议栈的数据
packet(IN) --> 要写的的HCI数据
len(IN) --> 要写入的长度
* return : 返回bt_snoop_write的结果
* description : 把HCI数据写入到btsnoop file中
******************************************************************************/
err_t bt_snoop_write(uint8_t packet_type, uint8_t in, uint8_t *packet, uint16_t len)
{
struct timeval curr_time;
struct tm* ptm;
uint32_t length_he = 0;
uint32_t flags = 0;
uint64_t time_stamp = 0;
btsnoop_header_t header;
if (bt_snoop_file < 0)
{
BT_SNOOP_TRACE_ERROR("ERROR:file[%s],function[%s],line[%d] bt_snoop_write fd invalid\n",__FILE__,__FUNCTION__,__LINE__);
return BT_ERR_VAL;
}
//BT_SNOOP_TRACE_DEBUG("bt_snoop_write type(%d) in(%d) len(%d)\n",packet_type,in,len);
gettimeofday(&curr_time, NULL);
time_stamp = (curr_time.tv_sec+8*60*60)*1000000ULL+curr_time.tv_usec+\
BTSNOOP_EPOCH_DELTA;/* time zone hour+8 */
switch (packet_type)
{
case BT_SNOOP_PACKET_TYPE_CMD:
length_he = packet[2] + 4;
flags = 2;
break;
case BT_SNOOP_PACKET_TYPE_ACL_DATA:
length_he = (packet[3] << 8) + packet[2] + 5;
flags = in;
break;
case BT_SNOOP_PACKET_TYPE_SCO_DATA:
length_he = packet[2] + 4;
flags = in;
break;
case BT_SNOOP_PACKET_TYPE_EVT:
length_he = packet[1] + 3;
flags = 3;
break;
default:
return;
}
header.length_original = bt_htonl(length_he);
header.length_captured = header.length_original;
header.flags = bt_htonl(flags);
header.dropped_packets = 0;
header.timestamp = bt_htonll(time_stamp);
header.type = packet_type;
write(bt_snoop_file,&header, sizeof(btsnoop_header_t));
write(bt_snoop_file,packet, length_he - 1);
return BT_ERR_OK;
}
3）btsnoop关闭
/******************************************************************************
* func name : bt_snoop_deinit
* para : VOID
* return : 返回bt_snoop_deinit结果
* description : btsnoop的deinit
******************************************************************************/
err_t bt_snoop_deinit(void)
{
if(bt_snoop_file != -1)
close(bt_snoop_file);
return BT_ERR_OK;
}
好了，学会了btsnoop就能够开始咱们正式学习蓝牙协议栈的旅程了，就不是单纯的搞搞蓝牙概念了