Android博通BCM libbt-vendor.so 分析蓝牙初始化流程

Posted 2022-11-26 Wireless_Link

一. 声明

本专栏文章我们会以连载的方式持续更新，本专栏计划更新内容如下：

第一篇:蓝牙综合介绍 ，主要介绍蓝牙的一些概念，产生背景，发展轨迹，市面蓝牙介绍，以及蓝牙开发板介绍。

第二篇:Transport层介绍,主要介绍蓝牙协议栈跟蓝牙芯片之前的硬件传输协议,比如基于UART的H4,H5,BCSP，基于USB的H2等

第三篇:传统蓝牙controller介绍，主要介绍传统蓝牙芯片的介绍，包括射频层（RF），基带层（baseband），链路管理层（LMP）等

第四篇:传统蓝牙host介绍，主要介绍传统蓝牙的协议栈，比如HCI,L2CAP,SDP,RFCOMM,HFP,SPP,HID,AVDTP,AVCTP,A2DP,AVRCP,OBEX,PBAP,MAP等等一系列的协议吧。

第五篇：低功耗蓝牙controller介绍，主要介绍低功耗蓝牙芯片，包括物理层（PHY），链路层（LL）

第六篇：低功耗蓝牙host介绍，低功耗蓝牙协议栈的介绍，包括HCI,L2CAP,ATT,GATT,SM等

第七篇：蓝牙芯片介绍，主要介绍一些蓝牙芯片的初始化流程，基于HCI vendor command的扩展

第八篇：附录，主要介绍以上常用名词的介绍以及一些特殊流程的介绍等。

另外，开发板如下所示，对于想学习蓝牙协议栈的最好人手一套。以便更好的学习蓝牙协议栈，相信我，学完这一套视频你将拥有修改任何协议栈的能力（比如Linux下的bluez，android下的bluedroid）。

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蓝牙交流扣扣群(已满)：970324688

蓝牙交流扣扣群：765961169

Github代码：https://github.com/sj15712795029/bluetooth_stack

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二.BCM(博通)的初始化流程介绍

步骤1：发送HCI Reset command，等待芯片回复

步骤2: 提升uart波特率，准备下载固件

步骤3: 读取芯片名称，匹配固件名称

步骤4：告知芯片准备下载固件

步骤5：Write RAM

步骤6：Launch RAM

步骤7：降低串口波特率，重新发送HCI reset

步骤8: 提升uart波特率，准备后续交互command

步骤9：修改蓝牙地址

步骤10：告知协议栈下载固件完毕，协议栈进入正常初始化流程

下面我们就来一一介绍下具体的步骤：

步骤1：发送HCI Reset command，等待芯片回复

在收到协议栈给vendor发送的BT_VND_OP_FW_CFG opcode后，执行hw_config_start后发送hci reset

void hw_config_start(void)

    HC_BT_HDR  *p_buf = NULL;
    uint8_t     *p;

    hw_cfg_cb.state = 0;
    hw_cfg_cb.fw_fd = -1;
    hw_cfg_cb.f_set_baud_2 = FALSE;

    /* Start from sending HCI_RESET */

    if (bt_vendor_cbacks)
    
        p_buf = (HC_BT_HDR *) bt_vendor_cbacks->alloc(BT_HC_HDR_SIZE + \\
                                                       HCI_CMD_PREAMBLE_SIZE);
    

    if (p_buf)
    
        p_buf->event = MSG_STACK_TO_HC_HCI_CMD;
        p_buf->offset = 0;
        p_buf->layer_specific = 0;
        p_buf->len = HCI_CMD_PREAMBLE_SIZE;

        p = (uint8_t *) (p_buf + 1);
        UINT16_TO_STREAM(p, HCI_RESET);
        *p = 0; /* parameter length */

        hw_cfg_cb.state = HW_CFG_START;

        bt_vendor_cbacks->xmit_cb(HCI_RESET, p_buf, hw_config_cback);  // 通过HCI接口发送HCI reset
    
    else
    
        if (bt_vendor_cbacks)
        
            ALOGE("vendor lib fw conf aborted [no buffer]");
            bt_vendor_cbacks->fwcfg_cb(BT_VND_OP_RESULT_FAIL);
        
    

也就是btsnoop中的packet 1~2

NOTED:此命令是标准的HCI command，一般芯片都要在初始化的时候下一个HCI reset的command

步骤2: 提升uart波特率，准备下载固件

① 代码分析

在发送完毕步骤1的HCI Reset后，我们会进入hw_config_cback callback函数中，通过hw_cfg_cb.state我们进入以下case

case HW_CFG_START:
    if (UART_TARGET_BAUD_RATE > 3000000)
    
        /* set UART clock to 48MHz */
        UINT16_TO_STREAM(p, HCI_VSC_WRITE_UART_CLOCK_SETTING);
        *p++ = 1; /* parameter length */
        *p = 1; /* (1,"UART CLOCK 48 MHz")(2,"UART CLOCK 24 MHz") */

        p_buf->len = HCI_CMD_PREAMBLE_SIZE + 1;
        hw_cfg_cb.state = HW_CFG_SET_UART_CLOCK;

        is_proceeding = bt_vendor_cbacks->xmit_cb( \\
                                                  HCI_VSC_WRITE_UART_CLOCK_SETTING, \\
                                                  p_buf, hw_config_cback);
        break;
    
/* fall through intentionally */
case HW_CFG_SET_UART_CLOCK:
    /* set controller's UART baud rate to 3M */
    UINT16_TO_STREAM(p, HCI_VSC_UPDATE_BAUDRATE);
    *p++ = UPDATE_BAUDRATE_CMD_PARAM_SIZE; /* parameter length */
    *p++ = 0; /* encoded baud rate */
    *p++ = 0; /* use encoded form */
    UINT32_TO_STREAM(p, UART_TARGET_BAUD_RATE);

    p_buf->len = HCI_CMD_PREAMBLE_SIZE + \\
                                 UPDATE_BAUDRATE_CMD_PARAM_SIZE;
    hw_cfg_cb.state = (hw_cfg_cb.f_set_baud_2) ? \\
                                HW_CFG_SET_UART_BAUD_2 : HW_CFG_SET_UART_BAUD_1;

    is_proceeding = bt_vendor_cbacks->xmit_cb(HCI_VSC_UPDATE_BAUDRATE, \\
                                                        p_buf, hw_config_cback);
break;

由于我们设定的UART_TARGET_BAUD_RATE是3M，所以我们跑到case HW_CFG_SET_UART_CLOCK中，所以我们可以看到改变波特率的HCI VS command的组包过程

UINT16_TO_STREAM(p, HCI_VSC_UPDATE_BAUDRATE);
*p++ = UPDATE_BAUDRATE_CMD_PARAM_SIZE; /* parameter length */
*p++ = 0; /* encoded baud rate */
*p++ = 0; /* use encoded form */
UINT32_TO_STREAM(p, UART_TARGET_BAUD_RATE);

其中几个宏定义为：

#define HCI_VSC_UPDATE_BAUDRATE                 0xFC18
#define UPDATE_BAUDRATE_CMD_PARAM_SIZE          6
#define UART_TARGET_BAUD_RATE           3000000

以上是发送串口波特率的HCI vs command，但是别忘了，我们收到command complete后要改变本地的驱动的波特率，代码如下：

userial_vendor_set_baud( \\
                    line_speed_to_userial_baud(UART_TARGET_BAUD_RATE) \\

至此，芯片以及驱动层面的波特率都改变完毕了！

② 命令格式分析

NOTED:这里询问过CYW，暂时无法拿到4349的VS command & event文档，所以无法截图，但是看code来说一共有6个byte：

1个byte的encoded baud rate + 1个byte的use encoded form + 4个byte的波特率

也就是btsnoop中的packet 3~4

步骤3: 读取芯片名称，匹配固件名称

读取芯片名称,NOTED:这个是标准的HCI commmand

① 代码分析

/* read local name */
UINT16_TO_STREAM(p, HCI_READ_LOCAL_NAME);
*p = 0; /* parameter length */

p_buf->len = HCI_CMD_PREAMBLE_SIZE;
hw_cfg_cb.state = HW_CFG_READ_LOCAL_NAME;

is_proceeding = bt_vendor_cbacks->xmit_cb(HCI_READ_LOCAL_NAME, \\
                                                    p_buf, hw_config_cback);

然后匹配到config patch的文件名称

也就是btsnoop中的packet 5~6

步骤4：告知芯片准备下载固件

找到芯片名称，匹配到fireware后，host会给controller下一个HCI VS command，这个command的作用是告知controller，我们准备要下载fw了

① 代码分析

 /* vsc_download_minidriver */
UINT16_TO_STREAM(p, HCI_VSC_DOWNLOAD_MINIDRV);
*p = 0; /* parameter length */

p_buf->len = HCI_CMD_PREAMBLE_SIZE;
hw_cfg_cb.state = HW_CFG_DL_MINIDRIVER;

is_proceeding = bt_vendor_cbacks->xmit_cb( \\
                                            HCI_VSC_DOWNLOAD_MINIDRV, p_buf, \\
                                            hw_config_cback);

其中HCI_VSC_DOWNLOAD_MINIDRV的定义为：

#define HCI_VSC_DOWNLOAD_MINIDRV                0xFC2E

② 命令格式分析

也就是btsnoop中的packet 7~8

步骤5：Write RAM

收到Download Minnidriver的command complete后，会读取fireware文件来把数据从host下到controller中，代码如下：

p_buf->len += read(hw_cfg_cb.fw_fd, \\
              p+HCI_CMD_PREAMBLE_SIZE,\\
              *(p+HCD_REC_PAYLOAD_LEN_BYTE));
STREAM_TO_UINT16(opcode,p);
is_proceeding = bt_vendor_cbacks->xmit_cb(opcode, \\
               p_buf, hw_config_cback);

② 命令格式分析

也就是btsnoop中的packet 9~782

步骤6：Launch RAM

通过Write RAM下载完固件后，通过Launch RAM来启动固件

NOTED:Write RAM跟Launch RAM这些都在firewware固件本身中

也就是btsnoop中的packet 783~784

步骤7：降低串口波特率，重新发送HCI reset

① 代码分析

在收到lanuch ram后，降低波特率为115200，重新发送hci reset，流程如下：

/* Normally the firmware patch configuration file
* sets the new starting baud rate at 115200.
* So, we need update host's baud rate accordingly.
*/
ALOGI("bt vendor lib: set UART baud 115200");
userial_vendor_set_baud(USERIAL_BAUD_115200);

/* Next, we would like to boost baud rate up again
                 * to desired working speed.
                 */
hw_cfg_cb.f_set_baud_2 = TRUE;

/* Check if we need to pause a few hundred milliseconds
                 * before sending down any HCI command.
                 */
delay = look_up_fw_settlement_delay();
ALOGI("Setting fw settlement delay to %d ", delay);
ms_delay(delay);

p_buf->len = HCI_CMD_PREAMBLE_SIZE;
UINT16_TO_STREAM(p, HCI_RESET);
*p = 0; /* parameter length */
hw_cfg_cb.state = HW_CFG_START;
is_proceeding = bt_vendor_cbacks->xmit_cb(HCI_RESET, p_buf, hw_config_cback);

也就是btsnoop中的packet 785~786

步骤8: 提升uart波特率，准备后续交互command

这里又通过HCI vs commad把波特率从115200提升到3M，然后收到command complete后把串口驱动的波特率提升

UINT16_TO_STREAM(p, HCI_VSC_UPDATE_BAUDRATE);
*p++ = UPDATE_BAUDRATE_CMD_PARAM_SIZE; /* parameter length */
*p++ = 0; /* encoded baud rate */
*p++ = 0; /* use encoded form */
UINT32_TO_STREAM(p, UART_TARGET_BAUD_RATE);

p_buf->len = HCI_CMD_PREAMBLE_SIZE + \\
                             UPDATE_BAUDRATE_CMD_PARAM_SIZE;
hw_cfg_cb.state = (hw_cfg_cb.f_set_baud_2) ? \\
                            HW_CFG_SET_UART_BAUD_2 : HW_CFG_SET_UART_BAUD_1;

is_proceeding = bt_vendor_cbacks->xmit_cb(HCI_VSC_UPDATE_BAUDRATE, \\
                                                    p_buf, hw_config_cback);
userial_vendor_set_baud(line_speed_to_userial_baud(UART_TARGET_BAUD_RATE));

也就是btsnoop中的packet 787~788

步骤9：修改蓝牙地址

收到波特率改变成功的command complete的event后，我们通过HCI VS command来改变蓝牙地址

static uint8_t hw_config_set_bdaddr(HC_BT_HDR *p_buf)

    uint8_t retval = FALSE;
    uint8_t *p = (uint8_t *) (p_buf + 1);

    ALOGI("Setting local bd addr to %02X:%02X:%02X:%02X:%02X:%02X",
        vnd_local_bd_addr[0], vnd_local_bd_addr[1], vnd_local_bd_addr[2],
        vnd_local_bd_addr[3], vnd_local_bd_addr[4], vnd_local_bd_addr[5]);

    UINT16_TO_STREAM(p, HCI_VSC_WRITE_BD_ADDR);
    *p++ = BD_ADDR_LEN; /* parameter length */
    *p++ = vnd_local_bd_addr[5];
    *p++ = vnd_local_bd_addr[4];
    *p++ = vnd_local_bd_addr[3];
    *p++ = vnd_local_bd_addr[2];
    *p++ = vnd_local_bd_addr[1];
    *p = vnd_local_bd_addr[0];

    p_buf->len = HCI_CMD_PREAMBLE_SIZE + BD_ADDR_LEN;
    hw_cfg_cb.state = HW_CFG_SET_BD_ADDR;

    retval = bt_vendor_cbacks->xmit_cb(HCI_VSC_WRITE_BD_ADDR, p_buf, \\
                                 hw_config_cback);

    return (retval);

② 命令格式分析

也就是btsnoop中的packet 787~788

步骤10：告知协议栈下载固件完毕，协议栈进入正常初始化流程