Linux蓝牙协议栈OpenBT及其应用程序开发

２００３．１０ 电子设计应用　
ｗｗｗ．ｅａｗ．ｃｏｍ．ｃｎ引言
Ｌｉｎｕｘ蓝牙协议栈主要有三个：ＯｐｅｎＢＴ、ＢｌｕｅＤｒｅｋａｒ、ＢｌｕｅＺ，其中ＯｐｅｎＢＴ被认为在性价比上超过ＢｌｕｅＤｒｅｋａｒ和ＢｌｕｅＺ，可运行于Ｘ８６、ＡＲＭ、ＭＩＰＳ、ＰｏｗｅｒＰＣ等硬件平台，与任何２．ｘ版本的Ｌｉｎｕｘ内核兼容，支持ＪＡＶＡ。

本文介绍了ＯｐｅｎＢＴ的
体系结构及其对互操作性的影响，并以客户机／服务器（Ｃ／Ｓ）实例说明如何在ＯｐｅｎＢＴ上开发蓝牙应用程序。

ＯｐｅｎＢＴ的体系结构
使用不同蓝牙协议栈的设备在通信时往往会遇到互操作性问题。

开发者需要了解各种协议栈的体系
结构并考虑其差异。

通过分析源
码，本文给出了如图１所示的ＯｐｅｎＢＴ的体系结构。

ＯｐｅｎＢＴ包括ＨＣＩ、Ｌ２ＣＡＰ、ＳＤＰ、ＳＰ、Ｎｅｔｗｏｒｋｉｎｇ、ＯｐｅｎＢＴ　Ｕｔｉｌｉｔｙ、后台
程序、内核接口８个模块，分别解释如下：
＊　ＨＣＩ模块由Ｄｒｉｖｅｒ、Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ子模块构成。

Ｄｒｉｖｅｒ负责ＨＣＩ命令、ＨＣＩ事件和ＨＣＩ数据接口；Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ提供ＵＳＢ、ＲＳ－２３２、ＵＡＲＴ的驱动。

＊　Ｌ２ＣＡＰ模块由Ｓｔａｔｅ　Ｈａｎｄｌｅ、Ｓｅｃｕｒｉｔｙ子模块构成。

Ｓｔａｔｅ　Ｈａｎｄｌｅ负责运行Ｌ２ＣＡＰ的状态机和数据的分段组装；Ｓｅｃｕｒｉｔｙ负责Ｌ２ＣＡＰ级别安全管理。

＊　ＳＰ模块由ＲＦＣＯＭＭ、串口仿真子模块组成。

ＲＦＣＯＭＭ负责完成蓝牙ＲＦＣＯＭＭ协议中所描述的内容，核心是一个ＲＦＣＯＭＭ状态机；串口仿真负责提供接口。

＊　ＳＤＰ模块负责完成蓝牙ＳＤＰ协议中所描述的内容，在功能上分为ＸＭＬ文件管理、ＳＤＰ查询处理和ＳＤＰ响应处理三部分。

＊　Ｎｅｔｗｏｒｋｉｎｇ模块由ＰＰＰ、Ｍｏｄｅｍ　Ｅｍｕｌａｔｉｏｎ、ＴＣＳ子模块构
Ｌｉｎｕｘ蓝牙协议栈ＯｐｅｎＢＴ
及其应用程序开发
■ 西安交通大学电信学院 马毅华　冯恩信
摘 要：本文分析了ＯｐｅｎＢＴ软件体系结构，根据客户机／服务器模型的实例，介绍了ＯｐｅｎＢＴ应用程
序的开发，并提出了一种实用的开发模式。

关键词：蓝牙技术；Ｌｉｎｕｘ；ＯｐｅｎＢＴ
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成。

ＰＰＰ利用Ｌｉｎｕｘ提供的功能来完成ＰＰＰ驱动；Ｍｏｄｅｍ　Ｅｍｕｌａｔｉｏｎ负责接口；ＴＣＳ负责完成蓝牙ＴＣＳ协议中所描述的内容。

＊　后台程序作为协议栈的控制机构，集中对协议栈进行控制。

＊　ＯｐｅｎＢＴ　Ｕｔｉｌｉｔｙ负责各层的内存管理、Ｌ２ＣＡＰ和ＲＦＣＯＭＭ层次的安全管理和ＳＤＰ数据库的管理。

＊
内核接口模块对应于
ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ．ｃ文件中的内核集成代码。

开发ＯｐｅｎＢＴ蓝牙应用程序
ＯｐｅｎＢＴ本质上是一个ＬｉｎｕｘＴＴＹ驱动程序。

使用ＯｐｅｎＢＴ，首先需要在运行Ｌｉｎｕｘ　２．ｘ内核的机器上安装ＯｐｅｎＢＴ。

按照下列步骤安装：
＊　将下载的ｏｐｅｎｂｔ＿２００１１０２１．ｔａｒ．ｇｚ解压缩。

ｔａｒ　ｘｖｆｚ　ｏｐｅｎｂｔ＿２００１１０２１．ｔａｒ．ｇｚ＊　进入ｏｐｅｎｂｔ目录，初始化设备文件。

ｃｄ　ｏｐｅｎｂｔ．　ｉｎｉｔ＿ｅｎｖ
＊　通过ｓｕ命令切换到根用户，安装程序并建立蓝牙设备节点。

ｍａｋｅ　ｉｎｓｔａｌｌｍａｋｅ　ｄｅｖｓ
＊　把蓝牙内核驱动程序加载到ｌｉｎｕｘ内核。

ｉｎｓｍｏｄ　ｓｒｃ／ｂｔ．ｏ
这时通过ｃａｔ　／ｐｒｏｃ／ｄｅｖｉｃｅｓ将看到名字为ｂｔ的字符驱动条目及其主设备号和次设备号，通过ｃａｔ　／ｐｒｏｃ／ｔｔｙ／ｄｒｉｖｅｒｓ和ｃａｔ　／ｐｒｏｃ／ｔｔｙ／ｌｄｉｓｃ可以看到ＯｐｅｎＢＴ在内核中注册的ＴＴＹ驱动和链路规程。

／ｄｅｖ目录下的ｔｔｙＢＴＣ控制设备文件用于控制本地蓝牙设备驱动程序的初始化、连接和关闭。

同一目录下的ｔｔｙＢＴ０到
ｔｔｙＢＴ６等７个数据设备文件就是ＲＦＣＯＭＭ　ＴＴＹ的实例，可以象操纵串口一样打开并进行连接。

ＲＦＣＯＭＭ　ＴＴＹ的从设备号就是ＨＣＩ链路号，对应的蓝牙主机可以连接的７个从机。

安装完成后，在ＯｐｅｎＢＴ上建立应用有两种方法。

第一种方法是直接使用在ａｐｐｓ／ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ目录下附带的ｂｔｄ、ｂｌｕｅｔｏｏｔｈＰＮ、ｓｄｐ＿Ｓｅｒｖｅｒ这三个应用程序。

第二种方法需要自己编写
代码。

从实现蓝牙功能的角度而言，编写ＯｐｅｎＢＴ应用程序可以遵循以下的模式：
＊　环境相关部分，对硬件和操作系统进行设置和初始化。

＊　协议相关部分，实现蓝牙协议所描述的一系列功能。

＊　应用相关部分，决定如何使用协议相关部分所提供的功能。

本文通过一个Ｃ／Ｓ应用实例说明如何编写这三部分内容，所用的配置如下：ＯｐｅｎＢＴ０．０．８版本，ＲｅｄＨａｔ　９（２．４．２０内核），ＥｒｉｃｓｓｏｎＲＯＫ１０１００７（ＵＡＲＴ连接）。

环境相关部分
需要完成以下三项任务。

＊　配置串口驱动ｉｎｔ　ｆｄ；
ｓｔｒｕｃｔ　ｔｅｒｍｉｏｓ　ｔ；
ｆｄ＝ｏｐｅｎ（“／ｄｅｖ／ｔｔｙｓ０”，Ｏ＿ＲＤＷＲ，０）； ／／打开串行口
ｉｏｃｔｌ（ｆｄ，ＴＣＧＥＴＳ，＆ｔ）；
ｃｆｍａｋｅｒａｗ（＆ｔ）；　／／ｒａｗ模式设置ｔ．ｃ＿ｃｆｌａｇ　＆＝　￣ＣＢＡＵＤ；／／根据ＲＯＫ１０１００７模块要求设置ｔ．ｃ＿ｃｆｌａｇ　｜＝　Ｂ５７６００｜ＣＳ８ｔ．ｃ＿ｃｆｌａｇ　｜＝　ＣＬＯＣＡＬ；ｔ．ｃ＿ｏｆｌａｇ　＝　ｔ．ｃ＿ｌｆｌａｇ　＝０；ｔ．ｃ＿ｃｆｌａｇ　＆＝　￣ＣＲＴＳＣＴＳ；ｉｏｃｔｌ（ｆｄ，ＴＣＳＥＴＳ，＆ｔ）；＊　配置蓝牙驱动
图２（ａ）显示了用户装载了ｂｔ．ｏ后的ＴＴＹ驱动程序配置。

应用程序需要通过ｉｏｃｔｌ调用把串行驱动程序的链路规程配置成ｂｔ＿ｌｄｉｓｃ。

通过以下ｉｏｃｔｌ调用后，ＴＴＹ驱动程序配置将如图２（ｂ）所示。

ｉｎｔ　ｂｔ＿ｌｄｉｓｃ＝Ｎ＿ＢＴ；
／／Ｎ＿ＢＴ常量在ｂｔｃｏｍｍｏｎ．ｈ中定义ｉｏｃｔｌ（ｆｄ，ＴＩＯＣＳＥＴＤ，＆　ｂｔ＿ｌｄｉｓｃ）；／／连接串口驱动和蓝牙链路规程＊　初始化ＯｐｅｎＢＴ
ｂｔ＿ｃｆｄ＝ｏｐｅｎ（“／ｄｅｖ／ｔｔｙＢＴＣ”，Ｏ＿ＲＤＷＲ，０）； ／／控制蓝牙设备
图２（ｂ）　ｉｏｃｔｌ调用后的ＴＴＹ
驱动程序配置
图２（ａ）　装载ｂｔ．ｏ后的ＴＴＹ
驱动程序配置
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ｗｗｗ．ｅａｗ．ｃｏｍ．ｃｎｉｏｃｔｌ（ｂｔ＿ｃｆｄ，ＢＴＩＮＩＴＳＴＡＣＫ）；／／初始化协议栈协议相关部分
协议相关部分所实现的功能需要根据应用相关部分的要求确定。

服务器的一般功能有：＊　注册自己的服务
ＯｐｅｎＢＴ的ＳＤＰ数据库是一个ＸＭＬ文件集，可以直接编辑位于／ｅｔｃ／ｓｄｐ．ｘｍｌ的ＸＭＬ文件来注册服务。

＊　寻呼扫描和查询扫描ｉｎｔ　ｗｒｓａｎ＝（ＰＡＧＥ＿ＳＣＡＮ＿ＥＮＢＬＥ｜ＩＮＱＵＩＲＹ＿ＳＣＡＮ＿ＥＮＢＬＥ）；
ｉｏｃｔｌ（ｂｔ＿ｃｆｄ，ＨＣＩＷＲＩＴＥＳＣＡＮＥＮＢＬＥ，＆ｗｒｓｃａｎ）；
／／启动寻呼和查询扫描＊　响应服务搜索
ｉｆ　（ｓｄｐ＿ｒｅｑ．ｒｅｓｐｏｎｓｅＬｅｎｇｔｈ＝＝０）｛ｐｒｉｎｔｆ（“没有响应＼ｎ”）；｝
ｉｆ　（ｓｄｐ＿ｒｅｑ．ｒｅｓｐｏｎｓｅＲｅｓｐｏｎｓｅ［０］＝＝０ｘ０１）｛ｐｒｉｎｔｆ（“错误响应＼ｎ”）；｝
ｉｆ　（！ｓｄｐ＿ｒｅｑ．ｒｅｓｐｏｎｓｅＲｅｓｐｏｎｓｅ［８］＝＝０）｛ｐｒｉｎｔｆ（“没有匹配的服务＼ｎ”）；｝
ｓｅｒｖｅｒ＿ｈｄｌ＝ｓｄｐ＿ｒｅｑ．ｒｅｓｐｏｎｓｅＲｅｓｐｏｎｓｅ［９］＜＜２４｜　ｓｄｐ＿ｒｅｑ．ｒｅｓｐｏｎｓｅＲｅｓｐｏｎｓｅ［１０］＜＜１６｜
ｓｄｐ＿ｒｅｑ．ｒｅｓｐｏｎｓｅＲｅｓｐｏｎｓｅ［１１］＜＜８｜ｓｄｐ＿ｒｅｑ．ｒｅｓｐｏｎｓｅＲｅｓｐｏｎｓｅ［１２］；／／获得服务的连接句柄
＊　响应服务连接
ｉｏｃｔｌ（ｂｔ＿ｃｆｄ，ＨＣＩＷＲＩＴＥＳＣＡＮＥＮＢＬＥ，＆ａｕｔｏａｃｃｅｐｔ）；
ｃｈａｒ　ｒｅａｄｂｕｆ［ＭＡＸ＿ｒｅａｄ］，ｗｒｉｔｅｂｕｆ［ＭＡＸ＿ｗｒｉｔｅ］；
／／接收缓存和发送缓存ｗｈｉｌｅ（（ｎ＝ｒｅａｄ（ｄａｔａ＿ｆｄ，ｒｅａｄｂｕｆ，ｓｉｚｅｏｆ（ｒｅａｄｂｕｆ）））＞０） ／／服务器监听
｛　ＰｒｏｃｅｓｓＤａｔｅ（ｒｅａｄｂｕｆ，＆ｗｒｉｔｅｂｕｆ）；
Ｗｒｉｔｅ（ｄａｔａ＿ｆｄ，ｗｒｉｔｅｂｕｆ，ｎ）；　｝客户机的一般功能有：＊　查询
ｔｙｐｅｄｅｆ　ｓｔｒｕｃｔ　ｒｅｓｕｌｔ｛ｉｎｑｕｉｒｙ＿ｒｅｓｕｌｔｓ　ｈｄｒ；
／／ｉｎｑｕｉｒｙ＿ｒｅｓｕｌｔｓ结构在ｂｔｃｏｍｍｏｎ．ｈ中定义
ｕｎｓｉｇｎｅｄ　ｃｈａｒ　ｂｕｆ［６＊ＲＥＳＰＯＮＳＥ＿ＮＵＭＢＬＥ］；
｝ｍｙ＿ｉｎｑ； ／／构造查询块ｍｙ＿ｉｎｑ　ｉｎｑ；ｉｎｑ．ｈｄｒ．ｉｎｑ＿ｔｉｍｅ＝１；／／查询持续期
ｉｎｑ．ｈｄｒ．ｎｂｒ＿ｏｆ＿ｕｎｉｔｓ＝ＲＥＳＰＯＮＳＥ＿ＮＵＭＢＬＥ；
ｉｏｃｔｌ（ｂｔ＿ｃｆｄ，ＨＣＩＩＮＱＵＩＲＹ，＆ｉｎｑ）；＊　寻呼
ｂｔ＿ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ　ｃｏｎ；
／／ｂｔ＿ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ结构在ｂｔｃｏｍｍｏｎ．ｈ中定义
ｍｅｍｃｐｙ（ｃｏｎ．ｂｄ，ｉｎｑ．ｈｄｒ．ｂｄ＿ａｄｄｒ，６）；ｃｏｎ．ｉｄ＝ＣＲＥＡＴＥ＿ＳＤＰ＿ＩＤ（ＳＤＰ＿ＬＩＮＥ，０）；ｓｄｐ＿ｃｏｎ＿ｉｄ＝ｉｏｃｔｌ（ｂｔ＿ｆｄ，ＢＴＣＯＮＮＥＣＴ，＆ｃｏｎ）； ／／从ＳＤＰ层接入
＊　搜索服务
ｂｔ＿ｓｄｐ＿ｒｅｑｕｅｓｔ　ｓｄｐ＿ｒｅｑ；／／ｂｔ＿ｓｄｐ＿ｒｅｑｕｅｓｔ结构在ｂｔｃｏｍｍｏｎ．ｈ中定义
ｍｅｍｃｐｙ（＆ｓｄｐ＿ｒｅｑ，０，ｓｉｚｅｏｆ（ｓｄｐ＿ｒｅｑ））；ｓｄｐ＿ｒｅｑ．ｃｏｎＩＤ＝ＣＲＥＡＴＥ＿ＳＤＰ＿ＩＤ（０，０）；ｓｄｐ＿ｒｅｑ．Ｃｏｍｍａｎｄ＝０ｘ０２；ｓｄｐ＿ｒｅｑ．ｐｄｕＰａｙｌｏａｄ［］＝｛０ｘ３５，０ｘ０３，０ｘ１９，０ｘ１８，０ｘ００，０ｘ００，０ｘ０１，０ｘ００｝；
ｓｄｐ＿ｒｅｑ．ｐｄｕＬｅｎｇｔｈ＝８；
／／构造ＰＤＵ查询有特定ＵＵＩＤ属性的服务
ｉｏｃｔｌ（ｂｔ＿ｆｄ，ＢＴ＿ＳＤＰ＿ＲＥＱＵＥＳＴ，＆ｓｄｐ＿ｒｅｑ）；
＊　连接服务
ｆｄ＝ｏｐｅｎ（“／ｄｅｖ／ｔｔｙＢＴ０”，
Ｏ＿ＲＤＷＲ，０）；
／／打开ＲＦＣＯＭＭ连接实例ｂｔ＿ｃｏｎｎｅｃｔ　ｃｏｎ；
／／ｂｔ＿ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ结构在ｂｔｃｏｍｍｏｎ．ｈ中定义
ｍｅｍｃｐｙ（ｃｏｎ．ｂｄ，ｉｎｑ．ｈｄｒ．ｂｄ＿ａｄｄｒ，６）；ｃｏｎ．ｉｄ＝ＣＲＥＡＴＥ＿ＲＦＣＯＭＭ＿ＩＤ（ｌｉｎｅ，ｓｅｒｖｅｒ＿ｃｈａｎｎｅｌ）；
／／特定服务的ｃｈａｎｎｅｌ
ｓｄｐ＿ｃｏｎ＿ｉｄ＝ｉｏｃｔｌ（ｆｄ，ＢＴＣＯＮＮＥＣＴ，＆ｃｏｎ）；
应用相关部分
通常需要对以下问题做出决策：设备采用什么查询策略；主机如何连接从机，从机如何决定是否接受连接；服务要求者如何查询、连接服务，服务提供者如何决定是否提供服务；是否需要在应用中进行主从切换，数据包类型变换；是否需要实现鉴权加密，低功耗模式和ＱｏＳ；通信采用点对点还是点对多点方式；实现的蓝牙数据流模型是突发的、周期的、还是连续的；应用模型采用Ｃ／Ｓ，还是其他模型。

结语
本文在研究了ＯｐｅｎＢＴ软件体系结构的基础上，开发了蓝牙家庭网络系统的网关应用程序。

使用开源ＯｐｅｎＢＴ使开发周期大大缩短，且程序运行稳定。

■
参考文献
１　Ｄａｖｉｄ　Ｋａｍｍｅｒ等著，李静等译．蓝牙应用开发指南．北京：科学出版社，２００３
２　Ａｌｅｓｓａｎｄｒｏ　Ｒｕｂｉｎｉ著，魏永明译．ＬＩＮＵＸ设备驱动程序．北京：中国电力出版社，２００１。