蓝牙模块在HHARM2410上的移植

---同济大学高性能计算中心 Dennis He

最近两天在HHARM2410-R3上移植了USB蓝牙设备和 BlueZ 蓝牙协议栈，呵呵，蓝牙果然是个很好的东西，协议栈内容很丰富，挂上去以后可以使用很多功能。我现在就可以用它来接收 GPS 数据以及和用手机上网。我是在做车载的，所以特别有用。积累了一些关于蓝牙的知识，但是算是初步的，把我的经验发上来，各位做过蓝牙的大哥请多指导。 　　一切版权归bluez的作者－－－同济大学高性能计算中心 Dennis 　　欢迎各位发邮件给我和我讨论 dennis.he.2005@gmail.com 　　先介绍一下硬件，我用的是电脑卖场里面随便买到的 USB 蓝牙适配器，价格在80元左右，应该是台产的，没有牌子，像一个小一点的U盘。买之前叫卖家在windows下测试一下，带一个带蓝牙的手机过去试试看，确认能用再买。 　　linux上的蓝牙协议栈有好几个，官方的蓝牙协议栈是Bluez，在www.bluez.org上能找到所有的说明文档和源代码。我先是在自己的pc上安装了bluez的协议栈，然后又把它移植到了华恒HHARM2410-R3上。 (一) 在Red hat 9上安装Bluez 　　在pc上的安装我参考了O'Reilly的Linux Unwired一书，chapter 7中详细地介绍了linux下的bluetooth的基础知识、安装、配置和使用。安装前必须了解一下bluez的基本结构，直接位于发射传输协议之上的协议是HCI(host control interface)，我的手机和蓝牙GPS用到的高层协议是服务发现协议SDP和模拟串口的协议RFCOMM，中间那一层协议是L2CAP，应该是处理逻辑链路的吧，我并不是很清楚，请参考bluez的官方文档。 HHARM2410-R3上用到内核版本是2.4.18，于是我在pc上安装bluez时也使用了2.4.18的内核。使用bluez必须要对内核打patch的，于是到www.kernel.org上下载了linux-2.4.18.tar.bz2后到http://www.bluez.org/patches.html上下载针对2.4.18的patch，patch-2.4.18-mh15.gz。于是，解压，打patch: # tar xjvf linux-2.4.18.tar.bz2 # cd linux/ # gzip -dc ../patch-2.4.18-mh15.gz | patch -p1 注意一下这时的patch的输出，在源代码方面的patch是针对driver/、include/、net/目录下的代码的修改，并没有修改到内核部分的内容，应该没有修改到linux核心的东西，在移植到S3C2410时应该不会有太大的问题。 下面就是编译内核，在config的时候关于bluez我的配置是这样的: # # Bluetooth support # CONFIG_BLUEZ=m CONFIG_BLUEZ_L2CAP=m CONFIG_BLUEZ_SCO=m CONFIG_BLUEZ_RFCOMM=m CONFIG_BLUEZ_RFCOMM_TTY=y CONFIG_BLUEZ_BNEP=m CONFIG_BLUEZ_BNEP_MC_FILTER=y CONFIG_BLUEZ_BNEP_PROTO_FILTER=y # # Bluetooth device drivers # CONFIG_BLUEZ_HCIUSB=m # CONFIG_BLUEZ_HCIUSB_SCO is not set CONFIG_BLUEZ_HCIUART=m CONFIG_BLUEZ_HCIUART_H4=m CONFIG_BLUEZ_HCIUART_BCSP=m # CONFIG_BLUEZ_HCIUART_BCSP_TXCRC is not set # CONFIG_BLUEZ_HCIBFUSB is not set CONFIG_BLUEZ_HCIDTL1=m CONFIG_BLUEZ_HCIBT3C=m CONFIG_BLUEZ_HCIBLUECARD=m CONFIG_BLUEZ_HCIBTUART=m CONFIG_BLUEZ_HCIVHCI=m 　　供大家参考，Linux Unwired一书中有详细的说明，注意如果使用make menuconfig，一定要打开一下.config文件看看CONFIG_BLUEZ_RFCOMM_TTY=y，不能为n或者m。还有注意CONFIG_USB_BLUETOOTH一定不能选(在USB support下)，否则会影响到bluez的运行的。 　　内核编译好了就开始准备bluez的库和工具了。到http://www.bluez.org/download.html上下载最新的bluez程序包，我只下载了bluez-libs-2.20.tar.gz,bluez-utils-2.20.tar.gz,bluez-pin-0.25.tar.gz三个包，分别是库，工具集和由bluez提供的一个 pin_helper。由于在pc下，安装的过程没什么好说的，解压，./configure，make，make install。 　　然后就是注意一下默认配置目录/etc/bluetooth/下的hcid.conf配置文件，这是用来配置后台daemon进程hcid的。如果把这台pc机器+蓝牙适配器看成是一个蓝牙设备的话，进程hcid就管理这个蓝牙设备的基本配置信息，例如名称，class，地址，feature等等。还有当设备与其他蓝牙设备Bonding/Pairing即所谓的配对时，处理PIN code的程序也是hcid，而在hcid.conf脚本中比较重要的一项就是pin_helper，默认的配置是pin_helper=/usr/bin/bluepin，这个是python写的用来读取用户输入的PIN code的程序，安装bluez-pin包的时候装在/usr/bin下的。 　　这里有必要了解一下配对的过程，我感觉就是两个设备互相通密码建立相互之间连接的过程。我看了hcid部分的代码，了解的大致是这样:比如两个蓝牙设备A和B，A先发送要求配对的请求给B，B由用户设置好配对的密码即PIN code，然后回一个消息给A，说你想配对可以呀，知道我的密码吗?然后A就发送PIN code过去，B看和自己的密码相符合，就发送一个replyOK的消息给A，这样两者就建立起来了信任关系。 　　在pc+蓝牙适配器这个蓝牙设备A上，如果这个设备先发送配对请求给另一个远程设备B，那么当B发送询问密码请求过来时，在A上运行的hcid后台进程就通过一个pin_helper的程序读取PIN code，并发送回给B；如果远程设备B先发送配对请求给A，hcid上用作验证的PIN code就是/etc/bluetooth/pin的内容，如果读取失败程序在启动的时候会默认地设置一个密码的，代码在bluez-utils/hcid/security.c中的init_security_data函数中，默认的是BlueZ。为了和我的手机相配，我把它改成了123，手机只能输入数字。 　　关于其他hcid.conf的设置，请man hcid.conf。 　　设置好以后，换上新内核，启动linux。插入USB蓝牙适配器，# dmesg | tail会发现有usb.c: USB device 2 (vend/prod 0x1131/0x1001) is not claimed by any active driver.这个问题，不管它，只要有usb.c: registered new driver hci_usb的消息就可以，然后 # lsmod 会发现hci_usb的模块被安装了，再# modprobe rfcomm，这样基本上所有的模块都安装齐了。 # hciconfig hci0 up # hcid -f /etc/bluetooth/hcid.conf 启动hci设备和hcid精灵进程 # hciconfig -a hci0: Type: USB BD Address: 00:11:67:0F:BB:A1 ACL MTU: 678:8 SCO MTU: 48:10 UP RUNNING PSCAN ISCAN RX bytes:115 acl:0 sco:0 events:15 errors:0 TX bytes:313 acl:0 sco:0 commands:15 errors:0 Features: 0xff 0xff 0x8d 0x78 0x08 0x18 0x00 0x00 Packet type: DM1 DM3 DM5 DH1 DH3 DH5 HV1 HV2 HV3 Link policy: RSWITCH HOLD SNIFF PARK Link mode: SLAVE ACCEPT Name: 'BlueZ (0)' Class: 0x000100 Service Classes: Unspecified Device Class: Computer, Uncategorized HCI Ver: 1.2 (0x2) HCI Rev: 0x1ae LMP Ver: 1.2 (0x2) LMP Subver: 0x1ae Manufacturer: Integrated System Solution Corp. (57) 可以看到目前设备的配置情况，有些是从hcid.conf中读取的，有些是从设备中读取的。 下面，打开手机上的蓝牙，启动蓝牙GPS # hcitool scan Scanning ... 00:0E:07:58:1A:33 T628 00:08:1B:C0:D1:3C HOLUX GR-231 这样就看到了两个设备了，我用的是索爱的T628和HOLUX的蓝牙GPS，前面的一串应该是蓝牙设备唯一的地址。 #sdptool browse 可以看到每个设备所提供的服务 Inquiring ... Browsing 00:0E:07:58:1A:33 ... Service Name: Dial-up Networking Service RecHandle: 0x10000 Service Class ID List: "Dialup Networking" (0x1103) "Generic Networking" (0x1201) Protocol Descriptor List: "L2CAP" (0x0100) "RFCOMM" (0x0003) Channel: 1 Profile Descriptor List: "Dialup Networking" (0x1103) Version: 0x0100 ............. Service Name: Serial Port 1 Service RecHandle: 0x10003 Service Class ID List: "Serial Port" (0x1101) Protocol Descriptor List: "L2CAP" (0x0100) "RFCOMM" (0x0003) Channel: 4 ............ Service Name: OBEX Object Push Service RecHandle: 0x10005 Service Class ID List: "OBEX Object Push" (0x1105) Protocol Descriptor List: "L2CAP" (0x0100) "RFCOMM" (0x0003) Channel: 10 "OBEX" (0x0008) Profile Descriptor List: "OBEX Object Push" (0x1105) Version: 0x0100 Browsing 00:08:1B:C0:D1:3C ... 　　手机上绑定了很多的服务，有拨号服务，音频服务，串口服务，文件交换服务(OBEX)...在SDP协议下，每个服务绑定到一个Channel上。GPS上没有绑定服务，它只作为虚拟串口设备来使用。 利用实用工具rfcomm可以把遵循RFCOMM的服务bind到一个类似的串口设备上。在绑定之前，必须确保/dev下有rfcomm*的设备，如果没有，就自己建立: # mknod -m 666 /dev/rfcommX c 216 X (X是数字) 　　这样就可以绑定了，比如我需要用手机拨号上网的功能，看到它的Channel 1是RFCOMM的Dialup Networking功能，则: # rfcomm bind 0 00:0E:07:58:1A:33 1 　　即将00:0E:07:58:1A:33设备的Channel 1服务绑定到/dev/rfcomm0上，这样，就相当于建立了一个虚拟的串行连接到一个可以拨号的无线modem上了，打开minicom，设置串口为/dev/rfcomm0，波特率19200，8N1，键入atz，返回OK。用ppp就可以拨号上网了，第一次连接时手机会弹出个输入框问PIN code，以后就不用了。 　　GPS设备只是作为串口来用的，也很简单: # rfcomm bind 1 00:08:1B:C0:D1:3C 　　打开minicom设置波特率为4800就可以读GPS数据了，大功告成! 　　另外，sdpd程序是本设备提供给对外的看到的服务，可以通过sdptool add --channel=X SP来增加对外的服务，我没有研究过。还有对于文件传输OBEX和个人局域网BNEQ还需要继续学习。 (二)在HHARM2410-R3上的移植 　　完成了在普通red hat上的安装，熟悉了蓝牙协议栈一些基本的东西，下面的任务就是把协议栈搬到开发板上了。 　　第一步当然是内核了，由于华恒的内核代码改过，我也不知道从bluez上下载的patch能不能使用，试试看了，只好。 # cd /HHARM2410/kernel # gzip -dc ~/patch-2.4.18-mh15.gz | patch -p1 # find ./ -name '*rej' ./fs/cramfs/inode.c.rej 　　不好，有文件不能patch，看看是针对cramfs文件系统的patch，我也不清楚为什么bluez的patch会修改到cramfs，不过我想问题应该不大。内核源代码关于bluetooth的部分华恒应该没有改过，因此patch的主要部分应该是没有问题的。如果内核编译后发生问题，我想大概也只有把内核代码翻出来看了。 先就这样了，用用试试看好了。与普通pc上的类似，只不过有些是m的现在统统为y了。我的配置关于Bluez的部分设置为: # # Bluetooth support # CONFIG_BLUEZ=y CONFIG_BLUEZ_L2CAP=y # CONFIG_BLUEZ_SCO is not set CONFIG_BLUEZ_RFCOMM=y CONFIG_BLUEZ_RFCOMM_TTY=y CONFIG_BLUEZ_BNEP=y CONFIG_BLUEZ_BNEP_MC_FILTER=y CONFIG_BLUEZ_BNEP_PROTO_FILTER=y # CONFIG_BLUEZ_HIDP is not set # # Bluetooth device drivers # CONFIG_BLUEZ_HCIUSB=y # CONFIG_BLUEZ_HCIUSB_SCO is not set # CONFIG_BLUEZ_HCIUART is not set # CONFIG_BLUEZ_HCIBFUSB is not set # CONFIG_BLUEZ_HCIDTL1 is not set # CONFIG_BLUEZ_HCIBT3C is not set # CONFIG_BLUEZ_HCIBLUECARD is not set # CONFIG_BLUEZ_HCIBTUART is not set # CONFIG_BLUEZ_HCIVHCI is not set 　　device部分就设了个USB的，其他的就不设置了。 　　下面继续make dep;make zImage的常规过程，OK，没有发生编译问题，可以稍微舒口气了。 下面要移植Bluez的基础库了，在Redhat 9下执行 # ldd /usr/lib/libbluetooth.so.1.0.17 libc.so.6 => /lib/libc.so.6 (0x4002c000) /lib/ld-linux.so.2 => /lib/ld-linux.so.2 (0x80000000) 　　发现没有依赖什么莫名其妙的库，应该换个编译器就可以了，configure一下就可以了。我的配置命令很简单: # ./configure --host=armv4l --prefix=/HHARM2410/applications/bluezport/libs CC=/opt/host/armv4l/bin/armv4l-unknown-linux-gcc CPP=/opt/host/armv4l/bin/armv4l-unknown-linux-cpp AR=/opt/host/armv4l/bin/armv4l-unknown-linux-ar STRIP=/opt/host/armv4l/bin/armv4l-unknown-linux-strip RANLIB=/opt/host/armv4l/bin/armv4l-unknown-linux-ranlib LD=/opt/host/armv4l/bin/armv4l-unknown-linux-ld # make # make install 　　OK了，到了/HHARM2410/applications/bluezport/libs下看看，我也不清楚为什么，居然只有.a和.la的静态库，没有动态库。只好自己动手，到bluz-libs-2.17/src/下，自己编译动态库: # /opt/host/armv4l/bin/armv4l-unknown-linux-gcc -shared -o libbluetooth.so.1.0.17 bluetooth.o hci.o sdp.o 再做两个符号连接 # ln -s libbluetooth.so.1.0.17 libbluetooth.so # ln -s libbluetooth.so.1.0.17 libbluetooth.so.1 　　好了，库交叉编译完毕，mv到/HHARM2410/application/bluezport/libs/lib文件夹下就可以了。 　　接着移植Bluez的工具集。与库类似，先看一下各个程序需要用到什么库，比如: #ldd /usr/sbin/hcid libbluetooth.so.1 => /usr/lib/libbluetooth.so.1 (0x40035000) libc.so.6 => /lib/libc.so.6 (0x40042000) /lib/ld-linux.so.2 => /lib/ld-linux.so.2 (0x40000000) 　　挨个试试需要用的工具，发现需要的库华恒和Bluez都提供了，应该换个编译器编译一下就可以了。编译之前我为了到板子上与我自己的手机连接方便修改了bluez-utils-2.17/hcid/security.c文件，在init_security_data函数中的设置默认的密码，非常简单地改了两行: strcpy(hcid.pin_code, "123"); hcid.pin_len = 3; 　　然后configure我想就行了，我的configure设置为: # ./configure --prefix=/HHARM2410-R3/applications/bluezport/utils --includedir=/HHARM2410-R3/applications/bluezport/libs/include --libdir=/HHARM2410-R3/applications/bluezport/libs/lib --with-bluez=/HHARM2410-R3/applications/bluezport/libs --disable-test --disable-cups --disable-pcmia --host=armv4l CC=/opt/host/armv4l/bin/armv4l-unknown-linux-gcc CPP=/opt/host/armv4l/bin/armv4l-unknown-linux-cpp AR=/opt/host/armv4l/bin/armv4l-unknown-linux-ar STRIP=/opt/host/armv4l/bin/armv4l-unknown-linux-strip RANLIB=/opt/host/armv4l/bin/armv4l-unknown-linux-ranlib LD=/opt/host/armv4l/bin/armv4l-unknown-linux-ld # make 　　我在这步make的时候出现了一点小错误,好像是说PATH_MAX没有定义，这个是LINUX设置的存放路径名缓冲区的最大长度。应该是少包含了一个头文件造成的。我没有去仔细考究，就在当前文件下的config.h中添加了三行: #ifndef PATH_MAX #define PATH_MAX 4095/* PAGE_SIZE - 1 */ #endif 　　采用简单粗鲁的添加定义的方式。再make，通过。 # make install 　　好了，工具集都在/HHARM2410-R3/applications/bluezport/util下了 最后，由于在PC的LINUX下的默认pin_helper /usr/bin/bluepin是用python写的代码，在2410上当然不能用了，所以要自己写一个pin_helper的程序。翻翻/usr/bin/bluepin的代码以及hcid/security.c的代码，事实上hcid进程在验证PIN code的时候开了一个pipe指向pin_helper进程的标准输出，pin_helper进程向用户询问PIN code，如果用户输入密码XXXX就以"PIN:XXXX"的形式写到标准输出中去，如果用户reject就写个"ERR"回去。 　　我以一种最简单的方式实现pin_helper程序，即固定地写一个code回去，比如123,牺牲安全性。 用脚本实现就是: #!/bin/sh echo "PIN:123" 用C实现一个就是: #include <stdio.h> int main(int argc, char* argv[]) { printf("PIN:123"); } 　　交叉编译成my_pin_helper再放到板子的/usr/bin下，那么就可以把板子的hcid.conf修改成: pin_helper /usr/pin/my_pin_helper 　　后来，我在板子上也用MiniGUI写了一个pin_helper，也挺简单的。 　　好了，一切准备完毕，做好ramdisk，记得在/dev下mknod几个rfcomm，放到板子上，可以运行! 插上USB适配器，连模块都不用probe # hciconfig hci0 up # hcid -f /etc/bluetooth/hcid.conf # hciconfig -a 看到设备了，其他的运行都OK。结合ppp就可以用手机上网了~~