Android子系统之蓝牙架构

文章目录

• • 1、preface
  • • 1）资料快车
    • 2）概述
    • 3）对比WIFI/ETHENET架构？
    • 4）BlueDroid和BlueZ区别
  • 2、蓝牙技术方案
  • 3、蓝牙架构
  • • [2）Android Blueroid架构](#2）Android Blueroid架构)
    • • [1.Android 4.2中BlueDroid](#1.Android 4.2中BlueDroid)
      • [1.Android 7.x](#1.Android 7.x)
      • 2.Android8-Android13
      • [3.Android 14](#3.Android 14)
      • 4.Android总体架构
      • 5.Android总体架构-协议栈分层视图
    • 3）蓝牙协议栈架构(协议视图)
    • • 1.协议全景图
      • 2.协议体系分层视图
      • 3.HOST层的分层
      • 4.通信模型
      • 5.BLE官方协议栈架构
  • 4、源码目录
  • • 1）基本目录
    • 2）目录介绍
    • 3）BTIF
    • 3）BTA
    • 3）BTU
    • 3）BTE
    • 3）HCI

1、preface

1）资料快车

1、Android Bluetooth架构简析： https://blog.csdn.net/gang542725/article/details/124802302

2、Android 8~12蓝牙架构组件介绍 ：https://wlink.blog.csdn.net/article/details/128433978

2）概述

1、注意蓝牙协议栈不在内核，而是运行在用户空间（native层） - 相当于蓝牙SDK；

2、不同平台下的蓝牙协议栈的实现是不同的，比如Linux下的bluez，Android下的bluedroid（Android原本也使用bluez，在Android 4.2之后，Bluedroid取代了之前的BlueZ，Bluedroid是Broadcom提供的一个协议栈实现），值得注意bluez架构不同，部分实现在kernel下，因此会AOSP代码会看到bluedroid和bluez;

3、车载蓝牙协议栈是全新的，因此使用场景不同导致不能复用旧的协议栈；

4、不同系统版本(host) 搭配 不同蓝牙芯片(controller)，行为是否一致？

1）由于host端软件和controller端软件 存在多个版本，并且功能在持续迭代，因此总体流程一致，但通信细节有可能是不同的，这部分是需要适配；

3）对比WIFI/ETHENET架构？

WIFI/BT基本类似，是一个较为独立且体量大的模块，有专门的组织去开发维护，并且技术升级速度快，因此相对其它模块，音频/显示/视频/输入子系统，架构上会有点独树一帜！

1）协议栈部分：ETHENET/WIFI 网络协议栈都在kernel下实现；BT则上移到用户空间实现；

2）Framework部分：WIFI native层有supplicant(控制认证连接)、bt则有单独的Bluetooth process(apk)提供基础API给应用；

4）BlueDroid和BlueZ区别

1、资料快车

1）BlueDroid 和 BlueZ区别： https://blog.csdn.net/jly_20220520/article/details/149941783

2）深入理解Bluez协议栈： https://blog.csdn.net/wanguofeng8023/article/details/129933584

2、概述

1）bluez与Wi-Fi类似，都使用socket和sk buff；

3、BlueZ架构图

4、源码目录

kernel/net/bluetooth
kernel/drivers/bluetooth
include/net/bluetooth

5、BlueDroid和BlueZ的核心差异对比

2、蓝牙技术方案

1）WIFI/BT都是一样的，市面上有三种方案

1、SOC(运行BT Host) + 蓝牙HCI架构芯片(运行BT Controller) -> 复杂度高，完全开放接口，功能取决于上层；比如安卓TV，手机等，

2、蓝牙芯片(运行BT Controller + BT Host + 主控功能) -> 一个蓝牙芯片当做主控，可以做到极致成本，小产品场景；

2、MCU + 蓝牙模组(运行BT Controller+BT Host) -> 使用AT指令，使用简单，灵活性差，实现简单功能可以选择；比如智能门锁，开发难度最低；

3、蓝牙架构

2）Android Blueroid架构

1、Android中的蓝牙协议栈的实现就是Blueroid，Bluedroid是运行在用户空间的庞大 C/C++ 协议栈（android8开始使用cpp写），其内部模块划分清晰，共同协作处理蓝牙通信，注意Bluedroid是指代蓝牙协议部分，Android的蓝牙架构还有其它部分组成！

1.Android 4.2中BlueDroid

1.Android 7.x

2.Android8-Android13

3.Android 14

1）通讯路径

应用层 (Java/Kotlin) -> Bluetooth Manager Service (Binder) -> Bluedroid (C++) -> HCI 层 -> Vendor HAL (libbt-vendor) -> 内核驱动 -> 蓝牙硬件

4.Android总体架构

1）Android架构、Android组件、蓝牙协议栈的关系如下

5.Android总体架构-协议栈分层视图

3）蓝牙协议栈架构(协议视图)

1.协议全景图

1）HOST定义 ：运行在主控芯片上的软件(包括驱动)

2）Controller定义 ：运行在蓝牙芯片上的软件(Firmware)

2.协议体系分层视图

1）蓝牙协议栈大体可以分为应用层(profile)、中间协议层(protocol)、底层(相当于网络架构中的数据链路层)

3.HOST层的分层

4.通信模型

5.BLE官方协议栈架构

4、源码目录

1）基本目录

1.system_ui / setting

2.framework层
/android/packages/modules/Bluetooth/framework/java/android/bluetooth/BluetoothAdapter.java

3.BluetoothManagerService
/android/packages/modules/Bluetooth/service/src/com/android/server/bluetooth/BluetoothManagerService.java

4.从BMS到AdapterService的桥梁 - 服务绑定
1）绑定机制doBind
/android/packages/modules/Bluetooth/android/app/src/com/android/bluetooth/btservice/AdapterService.java

5.AdapterService
/android/packages/modules/Bluetooth/android/app/src/com/android/bluetooth/btservice/AdapterService.java

6.JNI
/android/packages/modules/Bluetooth/android/app/jni/com_android_bluetooth_btservice_AdapterService.cpp
enableNative()

7.native (Android11及以前Bluetooth/system/bt/* 、之后Bluetooth/system/* Bluetooth/system/gd/*)
Bluetooth的native层就是对应协议栈

8.hal
/android/hardware/interfaces/bluetooth/1.0/default/vendor_interface.cc
VendorInterface::Open()
--load_bluetooth_driver(device_id)

9.libbt-vendor
/android/vendor/cvte/wifi_bt/bluetooth/aic/aic8800d80n/20251222/libbt/libbt

10.kernel&driver
1) 字符设备驱动+usb驱动
/android/vendor/cvte/wifi_bt/bluetooth/aic/aic8800d80n/20251222/bt_driver - 内核驱动的工作也不是很多，主要工作在蓝牙芯片端(controller)

2）注意BLUEDROID协议栈实现都在用户态，内核态只有驱动，BLUEZ有所不同，kernel有hci/transport的实现；
1.Android的驱动代码，对于CONFIG_BLUEDROID，不包含kernel bluetooth头文件
#if CONFIG_BLUEDROID
#else
#include <net/bluetooth/bluetooth.h>
#include <net/bluetooth/hci_core.h>
#include <net/bluetooth/hci.h>
#endif

3) 对于BLUEZ，内核只负责提供最基础的HCI传输通道（比如UART或USB），此目录有不同厂商实现的vendor、bt driver参考
/android/common/common14-5.15/common/drivers/bluetooth/*

2）目录介绍

1.Fluoride与Gabeldorsche
1)Fluoride协议栈 - Android11 及之前的版本 - 源码路径 /system/bt/

2)gd协议栈 - Android11之后的版本 - 源码路径 /system/* , 重点是/system/gd/*
Gabeldorsche，是 Android 中一套现代化的蓝牙协议栈实现，你可以把它看作经典 Fluoride 协议栈的下一代版本
(1)GD 使用 Rust 语言重写了部分底层核心
(2)为了实现平稳过渡，GD 引入了一个 Shim 层，它像一个"翻译官"，允许新旧两种协议栈在系统中共存并协同工作
(3)GD 提供了完善的测试框架，支持单元测试、集成测试


2.蓝牙协议栈
/android/packages/modules/Bluetooth/system
main/ :协议栈的主入口，负责整个蓝牙协议栈的初始化
btif/ : bluetooth interface 连接上层 JNI 与下层协议栈的**适配层**
btu/ : Bluetooth upper layer  核心协议栈的**任务调度与管理中心**
btm/ : bluetooth manager 负责蓝牙配对与链路管理（设备发现、连接、加密)
stack/ : 存放核心协议，如l2cap, sdp, gatt等
hci/ :主机控制器接口层，封装所有HCI命令、事件和数据发送接收
device/ : 存放特定蓝牙芯片交互的vendor库，


1.蓝牙协议栈
HCI,L2CAP,SDP,RFCOMM,HFP,SPP,HID,AVDTP,AVCTP,A2DP,AVRCP,OBEX,PBAP,MAP等一系列协议实现（用于不同的场景，蓝牙遥控、蓝牙音响采用不同的协议）
1) hci
/android/packages/modules/Bluetooth/system/gd/hci/controller.cc

协议栈配置文件
/android/packages/modules/Bluetooth/system/conf/bt_stack.conf

3）BTIF

负责处理HAL和BTA/BTE之间的消息。
重要文件有：
	Btif_core.c:包含了HAL和BTE之间的全部核心功能性接口。
	Btif_dm.c：包含与设备管理(Device Management,DM)相关的功能。
	Btif_storage.c:负责存储与读取NVRAM中与本地蓝牙适配器(BT adapter)和远端设备属性相关的信息。在单板上，这些信息存储于Bt_config.conf中(data/misc/bluedroid/)。


BTIF task:
下行：
Framework层的java service调用bluedroid接口时，切换到这个线程执行调用程序。
jni_thread.StartUp() 通过bta_sys_sendmsg()来向Bta、btu发送消息。
上行：
Bta、btu向上发送的event，切换到bt_jni_msg_ready()处理event。

BTIF_task会调用上层初始化时注册的callback（bt_hal_cbacks)，向上层发送event。
/android/packages/modules/Bluetooth/system/btif/src/bluetooth.cc
void set_hal_cbacks(bt_callbacks_t* callbacks) { bt_hal_cbacks = callbacks; }

3）BTA

Bluetooth Application，指蓝牙Profile的Bluedroid实现，实现了蓝牙设备管理、状态管理及一些应用规范。
均由BTIF层进行管理和调用。
Bta_dm_act.c:包含与设备管理状态机相关的所有动作函数。
Bta_dm_api.c：与BTA设备管理相关的API函数实现。

3）BTU

Bluetooth Upper Layer
作用：
	1.承接BTA与HCI层
	2.负责获取HCI层返回的事件并将该事件分发给处理者
	3.负责命令的发送
	4.Btu_task(蓝牙协议栈核心控制块）

BTU_task：
下行：
	在收到BTIF_task发下来的消息后，bta_btu_thread处理完后，会调用	btu_hci_msg_process函数将消息分类发送给HCI层处理。
上行：
	HCI层通过btu_hci_msg_queue发上来数据包后，bta_btu_thread处理	完后，会调用bta_sys_event函数交由BTA处理。

3）BTE

Bluetooth Embedded System
	1.Bluedroid的内部处理，细分为BTA，BTU，BTM和HCI。
	2.协议栈启动时调用bte_main_enable。
	3.协议栈初始化时调用bte_main_boot_entry。
	4.解析bt_did.conf文件，注册设备信息。
	5.提供bte_main_hci_send函数给上层发送HCI消息给下层。

3）HCI

主要工作是收发命令（包括命令的超时管理），接收组包和发送拆包等。
向下发送HCI命令时，调用transmit_command。
向下发送数据包时，调用transmit_downward
向上发送数据或Event时，会通过upwards_data_queue来发送，该upwards_data_queue实际上就是btu_hci_msg_queue。