蓝牙的话题(4)
撰写于：2012年12月26日
作者：silex Wi-Fi专家
BlueZ是一个在Linux和Android上运行的开源蓝牙协议栈。蓝牙的安装系统是最流行的之一，关于BlueZ的介绍中，日语和英语资料都非常有限。本期对这个BlueZ进行简单的解说。
关于BlueZ
BlueZ由BlueZ项目(http://www.bluez.org/)发布。但是BlueZ的软件包几乎不包含像文档一样的东西，BlueZ的网站也几乎没有解说一样的文档。关于BlueZ的技术解说网站也几乎没有。虽然是“最流行的安装系统”，但是文档实在是太少了，真是不可思议。
BlueZ大致可分为“内核驱动程序”、“守护程序”、“应用程序”三部分。
BlueZ的架构
内核驱动器以bluetooth.ko为中心，包括hci_uart.ko、hci_usb.ko等物理层驱动器和rfco .ko，包含scoo .ko等协议驱动器。虽然这些是通过BlueZ项目开发的，但并没有通过bluez.org发布。linux内核(除非是非常旧的东西)标准,包含着内核驱动程序单体作为LinuxWireless (http://www.linuxwireless.org)与WiFi驱动一起打包，以compat-wireless的形式发布。
bluetooth.ko通过名为HCI插座的API(通过socket(AF蓝牙，sock_raw, btproto_hci)制作)与用户空间通信。据插口接近于直接控制芯片操作的层级，可以进行精细的控制，但如果要做简单的事情(例如交换链接键以达成配对)，就需要花费很多时间，所以不太推荐直接从应用程序操作。
daemon是bluetoothd，这包括在BlueZ的软件包里。bluetoothd负责每个适配器的设定保存、链接键的管理、服务搜索协议(SDP)的守护程序、与上层应用程序的通信等。应用程序通过名为D-BUS的API与bluetoothd通信，bluetoothd可以根据需要更新内部数据库，HCI使用插口向芯片发送指令。
应用程序用于从用户空间设定和控制BlueZ, hciconfig和hcitool是其中的代表。hciconfig类似于以太网和WiFi中的ifconfig和iwconfig，可以启动和停止蓝牙适配器，进行操作设置等。hcitool中有各种各样的功能，最常用的是用于搜索外围设备的inq和scan，这与WiFi中的iwlist功能很相似。
BlueZ包的test/目录下有很多文件(C的源代码和Python脚本)，例如simple-agent (Python脚本)使用的话可以进行限定的PIN交换和扫描(注)，使用test-input的话，虽然可以通过键盘进行输入(也不是不能，接近的水平)等操作，但是例子几乎没有文档，使用方法只能读源代码进行解读。
※注:旧版BlueZ的解说中也有写着“使用passkey-agent的话可以用PIN配对”，但那是BlueZ-3.x时代的事了，4.x中不存在passkey-agent。
虽然不知道详细情况，但是Linux上的蓝牙功能是为了在Gnome等GUI上使用而致力于开发的，角色控制台(CUI)中使用几乎都被放弃了。因此，“原始”BlueZ只提供了运行蓝牙堆栈的基础和API功能，几乎不包含用户操作使用的功能。D-BUS原本是作为窗口系统中的消息总线而准备的，当bluetoothd的API作为D-BUS而不是管道或ioctl时感觉偏重GUI。用Java和Python等面向对象的高级语言来描述D-BUS很简单，但是用C语言来描述D-BUS的API的话，为了完成一件简单的事情，必须要折腾构造体和指针，所以我觉得和嵌入式编程不太相配…
只要在GUI上使用，几乎不需要意识到BlueZ的存在。打开GUI附带的蓝牙管理器，它就会自动打开蓝牙适配器被初始化，单击按钮输入必要条件，设备配对，驱动程序被结合，键盘，鼠标，耳机等Linux作为系统的一部分运行。
Gnome 蓝牙 GUI管理器(Ubuntu Linux)
CUI中的BlueZ
为数不多的BlueZ标准功能中，比较普通地使用(但是不知道什么方便)的是串行端口仿真器rfcomm。它可以作为客户端或服务器使用，与udevd通信以创建虚拟串行端口/dev/rfcommX，并为其开放/read/write/close通过执行alu或stty等，就可以像串行端口一样使用。
作为客户端使用时
rfcomm connect 00:80:92:12:34:56 5
作为服务器使用时
rfcomm listen 7
rfcomm是串行端口配置文件(SPP)的基础功能，但是仅rfcomm不能称为SPP。SPP服务器在服务检索协议(SDP)中通知包含自己具有的rfcomm的信道号的服务，SPP客户端必须检测那个并自动设定信道号码，不过，因为“原本的”rfcomm是人为指定的信道。
BlueZ的另一个标准是被称为pand的网络功能。但是下载BlueZ的软件包普通configure;仅仅make是不能构建的，在configure的时候必须——加上enable-pand选项。pand作为Linux软件包的标准取决于发行版。 pand也具有服务器和客户端的功能。服务器正式名称为GN:Group ad-hoc Network hub或NAP:Network Access Point。GN和NAP的区别在于，前者在蓝牙中形成“封闭”的网络，而后者具有向外部路由的功能。另一方面，客户端正式名称为PANU:Personal Area Network User。(注:※)
※注: 这一省略语的命名感觉让人联想到CCITT X.25和OSI的规格书，有点像电话店的感觉啊。
作为客户端使用时
pand --connect 00:80:92:12:34:56
作为服务器使用时
pand --listen --role GN (或 NAP)
连接成功后会生成一个名为bnepX的虚拟接口，对此可以通过ifconfig发送IP地址。理论上是同样的“PAN配置文件”，所以从Linux到pand应该可以参加Windows的蓝牙网络，相反也应该可以，但是没有成功的尝试。不仅如此，即使是Linux之间，也会因为发行版的组合而时而运行时而不运行，说实话，我实在搞不懂是什么。
蓝牙 LE 的辅助
新版的BlueZ包含了有限的Bluetooth LE支持，但这也让人很难在几乎没有解说的情况下使用。
hciconfig中有leadv / noleadv功能，可以使用这个功能来指示LE广播的开始或停止发信。但是，因为(目前)不能指定广播中包含的信息，所以即使挂上lescan也只能看到MAC地址(附加信息变成“(unknown)”)。
发起LE展示
hciconfig -i hci0 leadv
停止LE展示
hciconfig -i hci0 noleadv
hcitool 中也有叫做lescan 的功能，使用这个就可以检索并显示LE的展示了。
扫描LE设备(涉及数据包发送)
hcitool lescan
扫描LE设备(不涉及数据包发送)
hcitool --passive lescan
如果是传统蓝牙的hcitool scan命令，在一定时间后会超时并返回提示，但lescan会永久搜索显示，除非输入^C才停止。
hcotool lescan 的实例
root@emachine:hcitool lescan
LE scan ...
00:80:92:12:34:56 (unknown)
00:80:92:12:34:56 (unknown)
更先进的LE支持功能是被称为gatttool的用户界面。这是一种基于命令行的蓝牙LE(或者说是传统蓝牙)的写字工具，但是三个t重叠的拼写让人感觉很随意。
使用gatttool获取Buffalo公司的BSBT4PT02BK邻近检测卡(LE proximity配置文件)的主要服务信息，可以得到如下结果。
gatttool的实例(1)
root@emachine:/home/sasaki/bt# gatttool -b 00:1b:dc:44:08:bb --primary
attr handle = 0x0001, end grp handle = 0x0007 uuid: 00001800-0000-1000-8000-00805f9b34fb
attr handle = 0x0008, end grp handle = 0x000a uuid: 00001803-0000-1000-8000-00805f9b34fb
attr handle = 0x000b, end grp handle = 0x000d uuid: 00001802-0000-1000-8000-00805f9b34fb
attr handle = 0x000e, end grp handle = 0x0010 uuid: 00001804-0000-1000-8000-00805f9b34fb
attr handle = 0x0011, end grp handle = 0xffff uuid: 0000180f-0000-1000-8000-00805f9b34fb
uuid最低的16bit值是GATT规范中规定的规定值，
1800=Generic Access
1803=Link Loss
1802=Immediate Alert
1804=Tx Power
180F=Battery Service
显示了该设备拥有的主要服务一览。GATT中还有一个叫“角色切换”的信息，它的动作与SNMP中的MIB walk相近。
gatttool的实例(2)
root@emachine:/home/sasaki/bt# gatttool -b 00:1b:dc:44:08:bb --characteristics
handle = 0x0002, char properties = 0x02, char value handle = 0x0003, uuid = 00002a00-0000-1000-8000-00805f9b34fb
handle = 0x0004, char properties = 0x02, char value handle = 0x0005, uuid = 00002a01-0000-1000-8000-00805f9b34fb
handle = 0x0006, char properties = 0x02, char value handle = 0x0007, uuid = 00002a04-0000-1000-8000-00805f9b34fb
handle = 0x0009, char properties = 0x0a, char value handle = 0x000a, uuid = 00002a06-0000-1000-8000-00805f9b34fb
handle = 0x000c, char properties = 0x04, char value handle = 0x000d, uuid = 00002a06-0000-1000-8000-00805f9b34fb
handle = 0x000f, char properties = 0x02, char value handle = 0x0010, uuid = 00002a07-0000-1000-8000-00805f9b34fb
handle = 0x0012, char properties = 0x02, char value handle = 0x0013, uuid = 00002a19-0000-1000-8000-00805f9b34fb
handle = 0x0014, char properties = 0x02, char value handle = 0x0015, uuid = 00002a1a-0000-1000-8000-00805f9b34fb
handle = 0x0016, char properties = 0x12, char value handle = 0x0017, uuid = 00002a1b-0000-1000-8000-00805f9b34fb
handle = 0x0019, char properties = 0x02, char value handle = 0x001a, uuid = 00002a3a-0000-1000-8000-00805f9b34fb
如果在这里读取句柄0x0003，就会发现这是字符串“BSBT4PT02BK”。16bit UUID值2a00在GATT规范中是DEVICE NAME CHARACTERISTIC，因此可知该装置的装置名是“BSBT4PT02BK”…就是这样的情况。
gatttool的实例(3)
root@emachine:/home/sasaki/bt# # gatttool -b 00:1b:dc:44:08:bb char-read --handle=0x0003
Characteristic value/descriptor: 42 53 42 54 34 50 54 30 32 42 4b
Device Name = "BSBT4PT02BK"
总结
以上关于BlueZ的解说有些仓促，但是，有很多人会有“不知道是什么”这样的想法吧。与作为IP网络的一种形态的WiFi不同，蓝牙与应用程序紧密相连，仅仅从无线技术的层次来看，也不知道是什么，相反，从应用程序(手机与耳机的无线连接等)来看，蓝牙(BlueZ)的存在就被遮蔽了。即使在广阔的互联网上，关于BlueZ的解说也少得惊人，也许这与BlueZ的微妙定位有关。
