本文分析了蓝牙bluez协议栈中HID协议的实现。

1. 基本概念

HID协议用于人机输入设备。Bluez中关于HID的实现代码在其根目录下的input目录。蓝牙规范中包含关于HID的profile，里面重用了USB中关于HID的一些协议规范。

Bluez协议栈与上层应用之间使用dbus接口。

Bluez与kernel之间使用AF_BLUETOOTH协议族的socket通信，并使用了gtk+中的glib库。

2. 初始化

HID的初始化在input目录的main.c中，input_manager_init函数。该函数会调用input_manager_init。在input_manager_init中，主要是做了三个操作：

btd_register_adapter_driver(&input_server_driver);

btd_register_device_driver(&input_hid_driver);

btd_register_device_driver(&input_headset_driver);

下面分别讨论。

2.1 btd_register_adapter_driver

btd_register_adapter_driver(&input_server_driver);

static struct btd_adapter_driver input_server_driver =

{

.name =

"input-server",

.probe = hid_server_probe,

.remove = hid_server_remove,

};

这个调用的作用是注册一个adapter

driver。系统启动后对每一个本地蓝牙的硬件实例，即每一个HCI设备，都会调用里面的probe函数hid_server_probe。

static int hid_server_probe(struct btd_adapter

*adapter)

// 得到hci设备的本地蓝牙地址

adapter_get_address(adapter, &src);

// 启动hid服务

server_start(&src);

。。。

int server_start(const bdaddr_t *src)

struct input_server *server = g_new0(struct input_server,

1);

//

在ctrl通道(L2CAP_PSM_HIDP_CTRL)上listen，回调函数connect_event_cb

server->ctrl = bt_io_listen(BT_IO_L2CAP,

connect_event_cb, NULL,

server, NULL, &err,

BT_IO_OPT_SOURCE_BDADDR, src,

BT_IO_OPT_PSM, L2CAP_PSM_HIDP_CTRL,

BT_IO_OPT_SEC_LEVEL, BT_IO_SEC_LOW,

BT_IO_OPT_INVALID);

// 在intr通道(L2CAP_PSM_HIDP_INTR)listen，回调函数confirm_event_cb

server->intr = bt_io_listen(BT_IO_L2CAP,

NULL, confirm_event_cb,

server, NULL, &err,

BT_IO_OPT_SOURCE_BDADDR, src,

BT_IO_OPT_PSM, L2CAP_PSM_HIDP_INTR,

BT_IO_OPT_SEC_LEVEL, BT_IO_SEC_LOW,

BT_IO_OPT_INVALID);

上面的ctrl通道和intr通道都是由蓝牙的HID spec规定。

对于control通道，当设备端有主动连接本机时，会由glib调用回调函数connect_event_cb：

static void connect_event_cb(GIOChannel *chan, GError *err,

gpointer data)

// 得到该设备的源地址和目的地址，psm等

bt_io_get(chan, BT_IO_L2CAP, &gerr,

BT_IO_OPT_SOURCE_BDADDR, &src,

BT_IO_OPT_DEST_BDADDR, &dst, BT_IO_OPT_PSM,

&psm,

BT_IO_OPT_INVALID);

// 设置input_device

input_device_set_channel(&src,

&dst, psm, chan);

// 如果是非法设备，并且当前是控制通道，那么根据HID协议，需要向对方发送“unplug virtual

cable”消息

if (ret == -ENOENT && psm ==

L2CAP_PSM_HIDP_CTRL) {

unsigned char unplug = 0x15;

int err, sk = g_io_channel_unix_get_fd(chan);

err = write(sk, &unplug, sizeof(unplug));

}

下面继续研究input_device_set_channel函数。

int input_device_set_channel(const bdaddr_t *src, const

bdaddr_t *dst, int psm, GIOChannel *io)

//

根据对方设备的地址，从HID设备链表中找到对应的input_dev设备。这里有一个问题，就是对应的input_dev设备是什么时候登记到链表中的，这一点稍后再讨论

struct input_device *idev = find_device(src, dst);

// 在该设备中，查找名为”hid”的连接

struct input_conn * iconn =

find_connection(idev->connections, "hid");

switch (psm) {

case L2CAP_PSM_HIDP_CTRL:

if (iconn->ctrl_io)

return -EALREADY;

iconn->ctrl_io = g_io_channel_ref(io);

break;

case L2CAP_PSM_HIDP_INTR:

if (iconn->intr_io)

return -EALREADY;

iconn->intr_io = g_io_channel_ref(io);

break;

}

//

当ctrl通道和intr通道都被设置后，才会进入input_device_connadd。目前我们是沿着L2CAP_PSM_HIDP_CTRL的回调函数connect_event_cb看到这里的，所以暂时先不深入研究

if (iconn->intr_io

&&

iconn->ctrl_io)

input_device_connadd(idev, iconn);

。。。

下面再看一下server_start函数中对L2CAP_PSM_HIDP_INTR的情况，此时会调用到confirm_event_cb函数。关于bt_io_listen中关于connect和confirm这两个函数的区别，可以自行查看glib的文档或者bluez的源代码。

static void confirm_event_cb(GIOChannel *chan, gpointer

user_data)

bt_io_get(chan, BT_IO_L2CAP, &err,

BT_IO_OPT_SOURCE_BDADDR, &src,

BT_IO_OPT_DEST_BDADDR, &dst,

BT_IO_OPT_INVALID);

server->confirm = g_io_channel_ref(chan);

// 请求authorization操作，并指定完成后的回调函数为auth_callback

btd_request_authorization(&src,

&dst, HID_UUID, auth_callback, server);

static void auth_callback(DBusError *derr, void

*user_data)

bt_io_get(server->confirm, BT_IO_L2CAP,

&err,

BT_IO_OPT_SOURCE_BDADDR, &src,

BT_IO_OPT_DEST_BDADDR, &dst,

BT_IO_OPT_INVALID);

bt_io_accept(server->confirm, connect_event_cb,

server, NULL, &err)

由此可见，authorization结束后，会调用bt_io_accept，并同样指定回调函数为connect_event_cb。此时connect_event_cb会设置intr通道，并最终调用input_device_connadd函数。

static int input_device_connadd(struct input_device *idev,

struct input_conn *iconn)

input_device_connected(idev, iconn)

。。。

static int input_device_connected(struct input_device *idev,

struct input_conn *iconn)

hidp_add_connection(idev, iconn)

。。。

connected = TRUE;

// 通过dbus发送已连接的信号

emit_property_changed(idev->conn,

idev->path, INPUT_DEVICE_INTERFACE,

"Connected", DBUS_TYPE_BOOLEAN,

&connected);

。。。

static int hidp_add_connection(const struct input_device

*idev, const struct input_conn *iconn)

struct hidp_connadd_req *req；

sdp_record_t *rec;

req = g_new0(struct hidp_connadd_req, 1);

req->ctrl_sock =

g_io_channel_unix_get_fd(iconn->ctrl_io);

req->intr_sock =

g_io_channel_unix_get_fd(iconn->intr_io);

req->flags = 0;

req->idle_to =

iconn->timeout;

ba2str(&idev->src,

src_addr);

ba2str(&idev->dst,

dst_addr);

// 查找该设备对应的SDP

rec = fetch_record(src_addr, dst_addr,

idev->handle);

// 从SDP

record中得到一些属性从而设置req中某些域，具体可看代码，包括HID的设备描述符等都在这里设置

extract_hid_record(rec, req);

sdp_record_free(rec);

// 根据SDP得到设备的vendor、product等信息

read_device_id(src_addr, dst_addr, NULL,

&req->vendor,

&req->product,

&req->version);

// 下面是支持fakehid的代码，目前仅有PS3的设备支持，所以这里不分析

struct fake_hid *fake_hid =

get_fake_hid(req->vendor,

req->product);

。。。

if (req->subclass & 0x40) //

如果是键盘，则启动加密

bt_acl_encrypt(&idev->src,

&idev->dst, encrypt_completed,

req);

。。。

//

ioctl_connadd中会建立一个BTPROTO_HIDP的socket，并调用HIDPCONNADD新建一个连接。到这里，与远端设备的连接就建立了。建立之后，kernel会建立一个HID设备，此HID设备与bluez之间通过ctrl

sock和intr sock进行数据交互

ioctl_connadd(req);

2.2 btd_register_device_driver

btd_register_device_driver用于注册设备驱动，在bluez中使用这个函数注册的设备有两个，分别是input_headset_driver和input_hid_driver。

其中input-headset与蓝牙耳机有关；input-hid则用于普通的HID设备。

下面先看一下input_hid_driver设备。

input_hid_driver

static struct btd_device_driver input_hid_driver =

{

.name = "input-hid",

.uuids =

BTD_UUIDS(HID_UUID),

.probe = hid_device_probe,

.remove = hid_device_remove,

};

当bluez检测到有一个hid设备，即uuid中包含HID_UUID的设备连接上时，就会调用其中的probe函数。

static int hid_device_probe(struct btd_device *device,

GSList *uuids)

。。。

input_device_register(connection, device, path,

&src, &dst,

HID_UUID, rec->handle, idle_timeout * 60);

int input_device_register(DBusConnection *conn, struct

btd_device *device,

const char *path, const bdaddr_t *src,

const bdaddr_t *dst, const char *uuid,

uint32_t handle, int timeout)

。。。

// 分配一个新的input_device结构体，并添加到全局链表devices中

// 前文分析input_device_set_channel函数时，提到的添加idev的地方，就在这里

idev = input_device_new(conn, device, path, src, dst,

handle);

devices = g_slist_append(devices, idev);

。。。

// 添加一个名为”hid”的连接

iconn = input_conn_new(idev, uuid, "hid", timeout);

idev->connections =

g_slist_append(idev->connections, iconn);

在函数input_device_new中，除了新建设备之外，还添加了一个dbus接口：

g_dbus_register_interface(conn, idev->path,

INPUT_DEVICE_INTERFACE,

device_methods, device_signals, NULL,

idev, device_unregister)

static GDBusMethodTable device_methods[] = {

{

"Connect", "", "", input_device_connect,

G_DBUS_METHOD_FLAG_ASYNC },

{

"Disconnect", "", "", input_device_disconnect

},

{

"VirtualUnplug", "", "", input_device_unplug

},

{

"GetProperties", "", "a{sv}",input_device_get_properties

},

{ }

};

前文分析HID连接的建立时，都是本机作为服务器，等待远端设备连接。有了这个dbus接口之后，本地应用程序就可以主动连接远端设备，只要调用”Connect”方法即可，此方法会被链接到input_device_connect函数。

Input_device_connect中的流程与前文中本机作为服务器的流程基本相同。在此函数中，会先建立ctrl通道的连接，然后再建立intr通道的连接。最终通过调用函数hidp_add_connection通知内核建立一个HID设备或者input设备(HID

boot protocol设备)。

input-headset

static struct btd_device_driver input_headset_driver =

{

.name =

"input-headset",

.uuids =

BTD_UUIDS(HSP_HS_UUID),

.probe = headset_probe,

.remove = headset_remove,

};

Input-headset的流程比较特殊，与input-hid的区别至少有以下几点：

1. HID设备的连接建立在l2cap上，headset的连接建立在rfcomm上。

2. HID设备会通知内核建立一个HID设备或input设备，headset则只是实例化一个uinput设备。

3. 前文提到的ctrl通道、intr通道都不能适用于headset，因为他们都是在l2cap上的连接。

如果是本地主动连接远端的headset设备，同样是由应用程序调用”connect”方法启动连接过程，具体实现可查看代码。