蓝牙系列五：最简单的开源蓝牙协议BTStack代码分析（1）_蓝牙c代码

对于蓝牙协议栈的理解，最好的办法是找一个最简单的开源协议栈进行学习，BTStack整个协议栈都是C语言编写，非常适合刚入门的同学来学习借鉴。借鉴卫东上老师的蓝牙视频教程。

BTStack协议栈学习。首先来看一下，对于硬件操作，它是如何来进行处理的。在上篇文章中曾说过，在main函数里面它会调用硬件相关的代码，调用操作系统相关的代码。在BTStack中，可以搜索一下main.c，将会发现有很多main.c，都是为于port目录下面。

Main.c (port\esp32\components\btstack)
Main.c (port\ez430-rf2560\src)
Main.c (port\libusb)
Main.c (port\libusb-intel)
Main.c (port\max32630-fthr\src)
Main.c (port\msp-exp430f5438-cc2564b\src)
Main.c (port\msp430f5229lp-cc2564b\src)
Main.c (port\nrf5-zephyr)
Main.c (port\nrf5x)
Main.c (port\pic32-harmony\src)
Main.c (port\posix-h4)
Main.c (port\posix-h4-atwilc3000)
Main.c (port\posix-h4-da14581)
Main.c (port\posix-h4-da14585)
Main.c (port\posix-h4-zephyr)
Main.c (port\posix-h5)
Main.c (port\posix-h5-bcm)
Main.c (port\raspi)
Main.c (port\samv71-xplained-atwilc3000)
Main.c (port\stm32-f103rb-nucleo)
Main.c (port\stm32-f4discovery-cc256x\eclipse-template\src)
Main.c (port\stm32-l053r8-em9304\cubemx-l053r8-em9304\src)
Main.c (port\wiced-h4)
Main.c (port\wiced-h5)
Main.c (port\windows-h4)
Main.c (port\windows-h4-zephyr)
Main.c (port\windows-winusb)
Main.c (port\windows-winusb-intel)

看一下windows，有Main.c (port\windows-h4)、Main.c (port\windows-winusb)，使用的是usb口的蓝牙模块。注意后h4表示5线串口的蓝牙模块。

分析Main.c 中的main函数，按照上一篇文章中总结出来的框架，首先找到硬件操作的相关代码，然后再看操作系统先关的代码

1. 硬件相关的代码：

a.使用usb口

分析Main.c (port\windows-winusb)

// setup USB Transport
transport = hci_transport_usb_instance();

const hci_transport_t * hci_transport_usb_instance(void) {
　　return &hci_transport_usb;  //返回hci_transport_usb的结构体
}

hci_transport_usb的结构体定义如下：

// get usb singleton
static const hci_transport_t hci_transport_usb = {
　　/* const char * name; */ "H2_WINUSB",
　　/* void (*init) (const void *transport_config); */ &usb_init,
　　/* int (*open)(void); */ &usb_open,
　　/* int (*close)(void); */ &usb_close,
　　/* void (*register_packet_handler)(void (*handler)(...); */ &usb_register_packet_handler,
　　/* int (*can_send_packet_now)(uint8_t packet_type); */ &usb_can_send_packet_now,
　　/* int (*send_packet)(...); */ &usb_send_packet,
　　/* int (*set_baudrate)(uint32_t baudrate); */ NULL,
　　/* void (*reset_link)(void); */ NULL,
#ifdef ENABLE_SCO_OVER_HCI
　　/* void (*set_sco_config)(uint16_t voice_setting, int num_connections); */ usb_set_sco_config,
#else
　　/* void (*set_sco_config)(uint16_t voice_setting, int num_connections); */ NULL,
#endif
};

在hci_transport_usb结构体中，有初始化函数、有open函数、有注册函数、有发送包的函数等等，这些函数应该就是用来操作硬件的。

在main函数中，返回了一个结构体，以后将使用transport 这个结构体去操作硬件——从硬件里面得到数据或把数据发给硬件。

以上使用的是USB口，如果我使用的是串口呢？硬件操作的相关代码又是怎样的？

b. 使用串口

分析Main.c (port\windows-h4)

main

　　const btstack_uart_block_t * uart_driver = btstack_uart_block_windows_instance();

　　const hci_transport_t * transport = hci_transport_h4_instance(uart_driver);  //同样是返回一个transport结构体　

　　// configure and return h4 singleton

　　const hci_transport_t * hci_transport_h4_instance(const btstack_uart_block_t * uart_driver) {
　　　　btstack_uart = uart_driver;
　　　　return &hci_transport_h4;//返回hci_transport_h4的结构体
　　}

hci_transport_h4结构体是什么样的呢？定义如下：

static const hci_transport_t hci_transport_h4 = {
    /* const char * name; */                                        "H4",
    /* void   (*init) (const void *transport_config); */            &hci_transport_h4_init,
    /* int    (*open)(void); */                                     &hci_transport_h4_open,
    /* int    (*close)(void); */                                    &hci_transport_h4_close,
    /* void   (*register_packet_handler)(void (*handler)(...); */   &hci_transport_h4_register_packet_handler,
    /* int    (*can_send_packet_now)(uint8_t packet_type); */       &hci_transport_h4_can_send_now,
    /* int    (*send_packet)(...); */                               &hci_transport_h4_send_packet,
    /* int    (*set_baudrate)(uint32_t baudrate); */                &hci_transport_h4_set_baudrate,
    /* void   (*reset_link)(void); */                               NULL,
    /* void   (*set_sco_config)(uint16_t voice_setting, int num_connections); */ NULL,
};

注意：btstack_uart这个参数是用来干嘛的呢？

BTStack支持多种接口的蓝牙模块，比如USB口、3线串口、5线串口。对于3线串口和5线串口，它们之间有什么差别呢？

对于3线串口，它只有三条线：TxD、RxD、GND。5线串口比三线串口多了两条线：CTS、RTS，用来控制流量。
使用三线串口和无线串口传输同一个数据时，它们使用的协议不一样。

假设图中红色的部分就是要发送的数据，当使用三线串口时可能给它加上头部、尾部后再发送给硬件，当使用五线串口时可能将数据直接发给硬件。

从这个地方可以产出，无论是三线串口还是五线串口，它们的底层硬件操作都是一样的。因此在硬件的这一层，又抽象出了一个结构体：uart_driver。使用该结构体来操作硬件。

H5协议只是将数据加上各种头部和各种尾部，H4协议也只是对数据进行了某种处理。

因此在main函数中，首先得到了uart_driver,然后再将该结构体作为hci_transport_h4_instance的参数传进去。

看一下hci_transport_h4_open()函数：

hci_transport_h4_open

 　　btstack_uart->open();//直接调用了btstack_uart的open函数。

从中可以看出，H4、H5协议通过 btstack_uart_block_t结构体来操作硬件。

2. 操作系统相关的代码

a.windows操作系统

分析Main.c (port\windows-winusb)

main

　　btstack_run_loop_init(btstack_run_loop_windows_get_instance());

通过btstack_run_loop_windows_get_instance()来获取一个结构体，

/**
* Provide btstack_run_loop_windows instance
*/
const btstack_run_loop_t * btstack_run_loop_windows_get_instance(void){
　　return &btstack_run_loop_windows;
}

btstack_run_loop_windows结构体定义如下：定义了操作系统先关的循环函数。

static const btstack_run_loop_t btstack_run_loop_windows = {
    &btstack_run_loop_windows_init,
    &btstack_run_loop_windows_add_data_source,
    &btstack_run_loop_windows_remove_data_source,
    &btstack_run_loop_windows_enable_data_source_callbacks,
    &btstack_run_loop_windows_disable_data_source_callbacks,
    &btstack_run_loop_windows_set_timer,
    &btstack_run_loop_windows_add_timer,
    &btstack_run_loop_windows_remove_timer,
    &btstack_run_loop_windows_execute,
    &btstack_run_loop_windows_dump_timer,
    &btstack_run_loop_windows_get_time_ms,
};

b. linux操作系统

Main.c (port\posix-h4)

main

　　btstack_run_loop_init(btstack_run_loop_posix_get_instance());

通过btstack_run_loop_posix_get_instance()来获取一个结构体

/**
* Provide btstack_run_loop_posix instance
*/
const btstack_run_loop_t * btstack_run_loop_posix_get_instance(void){
　　return &btstack_run_loop_posix;
}

btstack_run_loop_posix结构体定义如下：定义了操作系统先关的循环函数。

static const btstack_run_loop_t btstack_run_loop_posix = {
    &btstack_run_loop_posix_init,
    &btstack_run_loop_posix_add_data_source,
    &btstack_run_loop_posix_remove_data_source,
    &btstack_run_loop_posix_enable_data_source_callbacks,
    &btstack_run_loop_posix_disable_data_source_callbacks,
    &btstack_run_loop_posix_set_timer,
    &btstack_run_loop_posix_add_timer,
    &btstack_run_loop_posix_remove_timer,
    &btstack_run_loop_posix_execute,
    &btstack_run_loop_posix_dump_timer,
    &btstack_run_loop_posix_get_time_ms,
};

3. 在主循环中读取数据、处理数据，它是如何用代码来实现的呢？

例如：如果我使用H5协议的话，从硬件中得到数据，需要将这个数据的头部去掉，才能得到真正的数据。如果我使用H4协议的话，从硬件中得到的数据就是真正的数据。

如果我使用usb协议的话，得到的数据又需要作另一种处理。从这个地方就可以看出某种端倪来，什么端倪呢？得到数据和处理数据应该绑定在一起。

即使用A协议得到数据，就使用process_A来处理；使用B协议来得到数据，就使用process_B来处理。在BTStack中，又抽象处理另外一个结构体，该结构体就是btstack_data_source。

上面已经提到操作系统相关的代码时，在结构体btstack_run_loop中它有一个函数指针void (*add_data_source)(btstack_data_source_t * data_source)，就是给这个循环添加一个数据来源。这个数据来源里面有文件句柄或handle、process函数。以后在循环里面，它可以通过文件句柄或handle中获取数据，得到数据后马上调用它里面的process函数。问题来了，btstack_data_source结构体是在什么时候创建的？显然应该在打开硬件设备时，就会创建这个结构体，并且把这格结构体添加到btstack_run_loop中。

4.数据如何进行处理的呢？

process函数就是数据处理的起点，前面已经说过，对数据的处理分为两部分：一部分是蓝牙协议栈中各个层次的处理，另一个部分是APP的处理。
data_source结构体中有process函数，process函数就是数据处理的起点，在这里会干什么事情呢？它会调用各个层的处理函数，也会调用APP的处理函数。

看一下函数usb_process_event_in，在里面会做什么事情呢？
usb_process_event_in
　　// notify uppper 通知更上面的层次
　　packet_handler(HCI_EVENT_PACKET, hci_event_in_buffer, bytes_read);
　　packet_handler是一个函数指针，static void (*packet_handler)(uint8_t packet_type, uint8_t *packet, uint16_t size) = &usb_dummy_handler;
　　该函数指针在哪里被设置呢？
　　static void usb_register_packet_handler(void (*handler)(uint8_t packet_type, uint8_t *packet, uint16_t size))

{
　　　　log_info("registering packet handler");
　　　　packet_handler = handler;
　　}
在硬件相关的结构体hci_transport_usb里面，有一个注册函数usb_register_packet_handler。

对于usb蓝牙模块，它使用hci_transport_h2_winusb.c文件中抽象出来的hci_transport_usb结构体，在这个结构体里面有usb_register_packet_handler函数，
static void usb_register_packet_handler(void (*handler)(uint8_t packet_type, uint8_t *packet, uint16_t size)){
　　log_info("registering packet handler");
　　packet_handler = handler; 对函数指针packet_handler进行赋值。
}
此处的handler是什么？就需要看看谁调用了register_packet_handler函数指针，调用了register_packet_handler函数指针，就相当于调用了usb_register_packet_handler函数
在hci.c文件中的hci_init函数中调用了register_packet_handler函数指针。
hci_init
　　// register packet handlers with transport
　　transport->register_packet_handler(&packet_handler); 从这个地方可以看出，上面的handler就是hci.c文件中的packet_handler
　　再看一下参数packet_handler
　　static void packet_handler(uint8_t packet_type, uint8_t *packet, uint16_t size){
　　　　hci_dump_packet(packet_type, 1, packet, size);
　　　　switch (packet_type) {
　　　　　　case HCI_EVENT_PACKET:
　　　　　　　　event_handler(packet, size);
　　　　　　　　break;
　　　　　　case HCI_ACL_DATA_PACKET:
　　　　　　　　acl_handler(packet, size);
　　　　　　　　break;
　　#ifdef ENABLE_CLASSIC
　　　　　　case HCI_SCO_DATA_PACKET:
　　　　　　　　sco_handler(packet, size);
　　　　　　　　break;
　　#endif
　　　　　　default:
　　　　　　　　break;
　　　　　　}
　　　}

在主循环中，得到数据之后，会调用btstack_data_source中的process函数，在process函数中最终会进行packet_handler = handler这样的赋值操作。最终会调用到hci.c中的packet_handler函数。在该函数中将数据分为了三类：HCI_EVENT_PACKET、HCI_ACL_DATA_PACKET、HCI_SCO_DATA_PACKET。根据类别的不同调用不同的处理函数。

event_handler(packet, size);
hci_emit_event
　　// dispatch to all event handlers 分发给所有的事件处理器，那么这些event handler保存在event_handlers链表中。
　　btstack_linked_list_iterator_t it;
　　btstack_linked_list_iterator_init(&it, &hci_stack->event_handlers);从链表中将handler一个个取出来，调用那些结构体中的callback函数来处理那些数据。
　　while (btstack_linked_list_iterator_has_next(&it)){
　　　　btstack_packet_callback_registration_t * entry = (btstack_packet_callback_registration_t*) btstack_linked_list_iterator_next(&it);
　　　　entry->callback(HCI_EVENT_PACKET, 0, event, size);
　　}

问题：谁向hci_stack->event_handlers链表中放入handler的呢？

从图中可以看出，上面的各个层都调用了hci_add_event_handler，上面的各层如果对数据感兴趣的话就调用hci_add_event_handler函数在链表中添加自己的处理函数。

void hci_add_event_handler(btstack_packet_callback_registration_t * callback_handler){
　　btstack_linked_list_add_tail(&hci_stack->event_handlers, (btstack_linked_item_t*) callback_handler); 向event_handler链表中添加了btstack_packet_callback_registration_t结构体，这个结构体是什么样的呢？
}

typedef struct {
　　btstack_linked_item_t item;
　　btstack_packet_handler_t callback;  有callback函数，刚好与上面对应起来。
} btstack_packet_callback_registration_t;

5. 谁来启动数据传输？

hci_power_control会启动蓝牙模块，向蓝牙模块发送第一个数据，以后所有的数据都会在主循环中进行的，收到数据后将调用process函数。