蓝牙流程介绍

时间  2021-01-10 标签 android bluetooth

1 基础知识介绍

1.1 缩略语

BTIF: Bluetooth Interface 
BTU : Bluetooth Upper Layer 
BTM: Bluetooth Manager 
BTE: Bluetooth embedded system 
BTA :Blueetooth application layer 
CO: call out\CI: call in 
HF : Handsfree Profile 
HH: HID Host Profile 
HL: Health Device Profile 
AV:audio\vidio 
ag: audio gateway 
ar: audio/video registration 
gattc: GATT client 
BLE: Bluetooth Low Energy

1.2 android蓝牙结构

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再把左边的部分展开来看： 
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再把它摊开来看： 
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代码分布： 
frameworks/base/core/java/Android/Bluetooth: 
frameworks/base/services/java/com/android/server/BluetoothManagerService.java: 
里面提供java层使用的一些类和一些aidl文件，供其他进程调用。打开和关闭蓝牙的公共接口也在这里面。 
packages/apps/Bluetooth：对应Bluetooth.apk，作为系统的蓝牙的核心进程而存在，com.android.bluetooth，调用framework的打开蓝牙接口后会启动该进程。其内部实现了多种上层蓝牙模式：opp，hfp，a2dp，hdp，hid等，并通过JNI调用与hal层完成联系。 
/hardware/libhardware/include/hardware/bluetooth.h: hal层接口头文件 
external/bluetooth/bluedroid：bluedroid官方协议栈 
packages/apps/Settings/src/com/android/settings/Bluetooth: setting中蓝牙部分，界面相关 
bluedroid蓝牙的调用方式：从apk到framework，framework再通过binder调用bluetooth应用，在通过应用层利用jni调用hal层实现蓝牙的各种请求。

1.3 协议简介

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  • Core Specification（核心规范），用于规定蓝牙设备必须实现的通用功能和协议层次。它由软件和硬件模块组成，两个模块之间的信息和数据通过主机控制接口（HCI）的解释才能进行传递。
  • Profiles（蓝牙应用规范），它从应用场景的角度为蓝牙技术的使用制定了不同的规范。这也是和大众日常生活接触最多的一部分。蓝牙支持很多Profiles，下文将介绍几种使用最广泛的蓝牙应用规范

OPP：文件传输规范 
hfp：和电话相关，接听、挂断电话，以及连接sco通路 
a2dp：蓝牙立体声规范，其中包含avrcp规范，avrcp规范实现了听歌时暂停、上下歌曲选择等控制模式。目前蓝牙耳机一般都支持这两种规范。 
hid：人机交互规范，蓝牙鼠标键盘等 
phap：电话号码簿访问协议 
hdp：蓝牙医疗相关规范

2 打开蓝牙

2.1 文件路径

文件路径： 
frameworks/base/core/java/android/bluetooth/BluetoothAdapter.java 
frameworks/base/services/java/com/android/server/BluetoothManagerService.java 
packages/apps/Bluetooth/src/com/android/bluetooth/btservice/AdapterService.java 
packages/apps/Bluetooth/src/com/android/bluetooth/btservice/AdapterState.java 
packages/apps/Bluetooth/jni/com_android_bluetooth_btservice_AdapterService.cpp 
hardware/libhardware/include/hardware/bluetooth.h 
external/bluetooth/bluedroid/btif/src/bluetooth.c

2.2 上层打开流程

先从framework提供的公共接口开始： 
打开蓝牙使用BluetoothAdapter.java提供的方法getDefaultAdapter（），该方法中先获取BluetoothManagerService.java提供的binder对象，并且用该对象创建BluetoothAdapter实例。 
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获取到BluetoothAdapter实例用，调用enable方法，BluetoothAdapter的enable方法会调用BluetoothManagerService.java的enable，直接看BluetoothManagerService.java，在其中enable方法会启动一个service，这个service就是AdapterService。在启动这个service之后，先不看这个service的具体动作，继续看BluetoothManagerService会做什么。 
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在启动这个AdapterService之后，先不看这个AdapterService的具体动作，继续看BluetoothManagerService中的执行流程。在启动AdapterService，会回调mConnection的onServiceConnected()方法，在该方法中发送MESSAGE_BLUETOOTH_SERVICE_CONNECTED 消息，在处理该消息时，做了下面三件事： 
1、得到AdapterService返回的IBluetooth.aidl接口的实现类。 
mBluetooth = IBluetooth.Stub.asInterface(service) 
2.调用IBluetooth.aidl提供的接口注册AdapterService的回调方法。 
这样，不仅BluetoothManagerService可以通过aidl调用AdapterService中的方法，也实现了AdapterService可以回调BluetoothManagerService中的方法。回调方法如下所示，记住这个回调方法，后面会讲到。 
mBluetooth.registerCallback(mBluetoothCallback) 
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3、第三件事就是调用IBluetooth.aidl提供的enable方法。下面就进入到AdapterService.java中。

下面就进入了package/apps下： 
首先看onBind方法，返回了一个对象mBinder。执行其中的enable方法， 
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调用mAdapterStateMachine的sendMessage方法，发送USER_TURN_ON消息。。AdapterState.java是一个状态机，有以下几种状态： 
mOffState：关闭 
mPendingCommandState：活动，打开中 
mOnState：打开 
初始状态是mOffState。

发送消息后，在OffState状态下处理消息，首先切换状态到mPendingCommandState，然后调用adapterService.processStart()方法。 
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继续回到adapterService。执行如下代码，启动手机支持的所有profile， 
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手机支持的所有profile如下： 
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挨个启动上面所有的服务。每个服务启动之后都会调用adapterService中的notifyProfileServiceStateChanged方法。该方法中发送MESSAGE_PROFILE_SERVICE_STATE_CHANGED消息。消息处理如下： 
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如果所有服务都起来之后，给状态机AdapterState发送消息AdapterState.STARTED。 
根据以上流程，现在状态机在mPendingCommandState状态，在该状态下处理STARTED消息。代码如下： 
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终于看到native方法。 
对应的native方法在com_android_bluetooth_btservice_AdapterService.cpp中。调用了sBluetoothInterface结构体中的enable方法。该结构体的定义在bluetooth.h中，具体实现在bluetooth.c中。后面的代码这里不做具体分析。 
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2.3 底层回调流程

回调主要使用 
HAL_CBACK(bt_hal_cbacks, device_found_cb, num_properties, properties); HAL_CBACK就是一宏定义，就是调用结构体中对应的方法。 
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这里重点看一下一个bt_callbacks_t结构体，定义在bluetooth.h中，如下 
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初始化在bluetooth.c中，初始化的流程。

回到AdapterService.java，在服务启动时调用了initNative方法。看下jni中的initNative方法： 
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还是sBluetoothInterface结构体，继续看bluetooth.c文件，可以看到init方法中将地址sBluetoothCallbacks赋值给bt_callbacks_t，也就是，回调结构体的地址指向了sBluetoothCallbacks，看下sBluetoothCallbacks的定义。任然在jni中定义。这样在启动AdapterService时将回调地址传入了hal层。 
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最后，在驱动层完成蓝牙打开之后，会执行以下两个回调方法： 
adapter_properties_callback：返回手机蓝牙设备的地址、名称、UUID等。 
adapter_state_change_callback：更新AdapterProperties中蓝牙状态，发送广播通知蓝牙状态变化。

具体分析下adapter_state_change_callback。对应的jni方法为：adapter_state_change_callback，方法执行以下方法。 
callbackEnv->CallVoidMethod(sJniCallbacksObj, method_stateChangeCallback, (jint)status); 
也就是回调java层代码：JniCallback.java文件中stateChangeCallback方法。这时跳转到AdapterState.java中，执行stateChangeCallback()方法；发送了ENABLED_READY消息。根据以上分析，这时状态机还处于PendingCommandState，在该状态下处理ENABLED_READY消息， 
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做下面两个动作：状态切换到mOnState；更新adapterProperties中的蓝牙状态信息；通知蓝牙状态变为打开。具体看下notifyAdapterStateChange方法。主要是调用了adapterService类的方法。 
adapterService.updateAdapterState(oldState, newState); 
来到adapterService类。 
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可以看到，看是执行该服务中注册的回调方法。应该还能记得，之前在打开蓝牙操作初期，在BluetoothManagerService中注册了回调方法。因此又跳转到framework中，执行回调方法。在该回调方法中，发送广播通知蓝牙状态变化。

2.4 总结

蓝牙打开的流程到这里，蓝牙打开从framework公共接口开始调用enable方法，执行到bluetooth.apk中，在该应用中通过jni注册回调方法和调用hal层打开蓝牙方法，在驱动层完成蓝牙上电等操作后，通过hal-jni回调到应用层中，应用通过aidl回调通知framework蓝牙状态变化，framework发送广播通知大家蓝牙打开。

3 搜索蓝牙

3.1 新增代码路径

packages/apps/Bluetooth/src/com/android/bluetooth/btservice/RemoteDevices.java 
packages/apps/Settings/src/com/android/settings/Bluetooth/*

3.2 搜索过程

BluetoothSettings.java中的startScanning命令，开始搜索。 
如果a2dp没有在播放，就调用BluetoothAdapter.java中的startDiscovery()方法。 
然后又回到AdapterService中，调用startDiscovery方法。在该方法中直接进入到jni层。 
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在jni层的函数中执行如下语句，依然是该结构体。 
int ret = sBluetoothInterface->start_discovery(); 
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具体的底层搜索方法暂不往下追踪。驱动层完成搜索之后，返回状态，根据返回的消息进行处理。回调消息分如下几种：包括搜索结果返回消息、搜索完成消息、搜索取消等。 
BTA_DM_INQ_RES_EVT 
BTA_DM_INQ_CMPL_EVT 
BTA_DM_DISC_RES_EVT 
BTA_DM_DISC_BLE_RES_EVT 
BTA_DM_DISC_CMPL_EVT 
BTA_DM_DI_DISC_CMPL_EVT 
BTA_DM_SEARCH_CANCEL_CMPL_EVT

当收到搜索结果放回消息之后，会执行以下回调方法。 
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其中后面两个参数：设备属性个数和设备属性。其中设备属性包括：地址、名称、信号强度等属性。根据上面所讲的回调方法初始化，直接找到jni层的对应回调方法，可以看到会先后调用以下两个方法。 
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其中devicePropertyChangedCallback方法更新RemoteDevice类中的变量值。 
deviceFoundCallback方法发送BluetoothDevice.ACTION_FOUND广播，通知setting中要更新界面显示该设备。

4 蓝牙配对

4.1 新增代码路径

packages/apps/Settings/src/com/android/settings/Bluetooth/* 
packages/apps/Bluetooth/src/com/android/bluetooth/btservice/ BondStateMachine.java 
packages/apps/Settings/src/com/android/settings/Bluetooth/BluetoothEventManager.java 
packages/apps/Settings/src/com/android/settings/Bluetooth/CachedBluetoothDevice.java

4.2 配对过程分析

在setting中点击设备之后开始进行配对。调用BluetoothDevice的createBond方法，走到AdapterService.java中的createBond方法。驱动BondStateMachine中的状态从StableState到 
PendingCommandState。然后调用jni层createBondNative方法。又来到hal层接口sBluetoothInterface： 
sBluetoothInterface->create_bond((bt_bdaddr_t *)addr); 
同样，在底层完成配对之后进行回调： 
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找到对应的回调方法，JniCallback.java中的 
void bondStateChangeCallback(int status, byte[] address, int newState) { 
mBondStateMachine.bondStateChangeCallback(status, address, newState); 
}

5 Opp文件传输

只有opp的弹框是bluetooth里，其他都是setting中弹框。

5.1 发送文件

点击用蓝牙分享文件后，会调用BluetoothOppLauncherActivity.java，其中会判断当前蓝牙是否打开，如果没打开则进入BluetoothOppBtEnableActivity.java打开蓝牙，如果已经打开，则直接进入BluetoothDevicePicker.java选择传输文件设备选择。

6 Map消息访问profile

蓝牙开启后会启动BluetoothMapService.java 
在BluetoothMapService.java调用了BluetoothMapMasInstance.java的startRfcommSocketListener（）方法，监听rfcomm端的连接请求，如果有连接请求，调用BluetoothMapService 的 onConnect（）方法，在该方法里发送广播到setting中，setting弹框，用户确认后发送广播ACTION_CONNECTION_ACCESS_REPLY通知BluetoothMapService，BluetoothMapService收到广播后调用onConnectHandler方法，调用startObexServerSession方法，启动Obex传输通道。

7 AVRCP

  1. 手机侧主动改变状态。注册了一个RemoteControllerWeak（RemoteController），当手机端的播放器暂停、快进、快退、切歌等操作后，会调用远程控制接口更新播放状态、歌曲信息。mTrackChangedNT、mPlayStatusChangedNT、mPlayPosChangedNT三个变量的值决定是否会通知对端进行同步；这三个值有jni回调改变，即对端回调改变。
  2. 对端主动改变状态：1）快进、快退底层有回调handlePassthroughCmd，来通知avrcp实时更新进度条，并同步给对端。部分车载会上报快进、快退的keycode给手机端，播放器利用RemoteController更新状态。2）播放、暂停，对端上报keycode，播放器RemoteController控制avrcp中状态切换

8 Pbap

类似map，连接后弹框都是广播给setting弹框

9 功耗

之前的audiopath比较复杂，要到DSP里面去硬解码。现在比较简单了，从驱动角度看，收到AF写下来的PCM数据后，经协议栈SBC编码后经HCI接口写入到蓝牙芯片，然后就发出去了。 SBC编码是针对蓝牙设备的一种音频编码方式，压缩率中等，但是cpu消耗低。电话对应HFP profile，音乐对应Profile。电话使用的是同步链路SCO，音乐时异步链路ACL，使用A2DP profile。另外还有其它profile，传问题，获取电话本，短信同步等。 使用A2DP时，先是进行音乐的解码，然后再把解码后的PCM进行SBC编码。A2DP支持下行audio编码采样率范围为8k-48k。在高通的大多数方案里面，SBC编码是在DSP里做的。 HFP，有两个角色AG和HF，正常情况下手机作为AG，耳机作为HF。但是手机代码中也有HF部分的代码 手机蓝牙芯片是三合一的，包括BT，FM和WLAN，使用一根天线。蓝牙耳机和蓝牙模块之间通过AT命令进行通信，分为master和slave，谁先连对方谁就是master。蓝牙功耗待机1mA左右，传文件要100多mA，听音乐60左右，打电话30。

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