Android 蓝牙体系学习记录-UUID&PROFILE

平时总是忙, 上班事情多, 还总是加班, 搞得好像没时间做笔记了, 实际上还是因为没有养成习惯. 做笔记不仅能帮助自己记录学习的东西, 也能给需要的人提供帮助.

该文档记录学习蓝牙的笔记。之前一直模模糊糊的知道蓝牙的接口, 也写过蓝牙相关的app, 但总是很模糊, 每次做项目遇到蓝牙相关的开发心里都没底, 这次决心花些时间学习蓝牙的整个体系.

大体的学习思路大概是先描述一下蓝牙的整体框架, 然后对从APP层, framework层, 再到协议栈, 底层rfkill驱动, 再到蓝牙芯片模块, 硬件设计分别描述.
体系学习完了后,再具体到蓝牙到开发, 比如蓝牙音箱, 蓝牙耳机, 蓝牙AVRCP控制, 蓝牙接电话, 传文件.

由于学习是基于9.0的版本学习, 同时也是跟着解决公司项目问题. 我看Android的源码8.0以上有改动, 一方面蓝牙协议栈使用了Treble, 另外8.0以上的版本也支持了蓝牙5, 当然,要使用蓝牙5得蓝牙芯片模组本身支持.

Android 8.0以上蓝牙的框架

首先引用Android 官方的框架描述

上面这张图是8.0以上版本的框架.基于这个框架来看源码, 有安卓源码的朋友可以根据下面路径来看

1. 从谷歌的框架来看, app和framework的android.bluetooth都归置为同一层. 应用可以看看安卓原生的Settings,或者TvSettings, 这两个APK的源码在源码packages/apps/Settings, packages/apps/TvSettings目录下, 这两个APK使用的是framework的接口,以及蓝牙进程的服务. framework目录是在framework/base/core/java/android/bluetooth目录
2. 蓝牙进程和JNI在packages/apps/Bluetooth目录下. 所有的Profile的服务都在这里启动和控制.
3. 蓝牙协议栈在system/bt目录,主要实现逻辑链路控制和适配协议层. 这里具体分为BTA (Bluetooth App Layer) 和 BTE (Bluetooth Embedded System).承接它和蓝牙进程的JNI的是 /hardware/libhardware/include/hardware/bluetooth.h
4. HIDL 是8.0以上供应商必须使用的了, 以前供应商只需要实现libbt-vendor. vendor 库源码 /hardware/broadcom/libbt, 控制硬件power, uart.
5. RFKILL驱动, RFKILL驱动给HAL层提供了数据操作, 蓝牙模块供电控制接口.

UUID

以前总是遇到各种为什么有些Android设备连上后发送不了文件? 为什么两个手机连上后不能像连蓝牙音箱一样播放歌曲呢? 为什么别人的蓝牙可以连打印机打印? 为什么我的蓝牙耳机不能接电话? 所以, 我们怎么知道一个蓝牙设备有哪些功能呢, 连上它后, 它能不能接收我们发送的声音,能不能传文件给它, 简而言之, 我们怎么知道这个蓝牙设备的能力呢? 然后另一个设备需要什么样的能力的时候, 才能做我们想要做的事.

UUID 就是记录这个设备支持的功能的. 蓝牙广播中对服务 UUID 格式定义都有三种 16 bit UUID、32 bit UUID、128 bit UUID. 安卓的是16 位的.

0000xxxx-0000-1000-8000-00805F9B34FB

其中xxxx就是UUID, 我们可以在源码里面看到各种UUID frameworks/base/core/java/android/bluetooth/BluetoothUuid.java
比如常见的音箱相关的UUID

    public static final ParcelUuid AudioSink =ParcelUuid.fromString("0000110B-0000-1000-8000-00805F9B34FB");public static final ParcelUuid AudioSource =ParcelUuid.fromString("0000110A-0000-1000-8000-00805F9B34FB");

更具体UUID对应的每种服务可以参考: link.

UUID 简述了设备的功能, 当我们使用蓝牙设备的时候, 并不是A设备具备了一个UUID 就能使用这个功能了, 它需要B设备也有对应的UUID功能, 配合起来才能形成一个场景. 比如A设备支持AudioSource, B设备需要支持AudioSink , 这两个前提条件满足后,两个设备才具备蓝牙音频传输的可能.

UUID是两个蓝牙设备交互过程的重要角色, 厂商可以自定义自己的UUID, 但这也意味着市面上的蓝牙设备无法解析自己定义的UUID, 这种自定义UUID只能在特殊用途的情况下使用. 一般厂商都会指定这个蓝牙设备支持了什么UUID, 比如我手上的天猫精灵蓝牙音箱, 它只支持了Audio sink和 avrcp av控制这两个UUID.

Profile 与 UUID的关系

刚开始这个Profile的含义一直困惑着我, 理解为配置貌似没有错, 但这个不够准确, 获取对应为一种场景, 功能比较好理解些. 蓝牙有很多种应用场景. 先说说我们常见的蓝牙应用场景, 首先蓝牙A设备和B设备连接后, 从设备A的角度看, 每一种场景对应为1种Profile.

1. A设备往B设备发送音频数据, 这种Profile称为是A2DP Source.
2. B设备往A设备发送音频数据. 是A2DP Sink
3. A设备控制B设备到暂停、停止、启动重放、音量控制及其它类型的远程控制操作, 是AVRCP

还有很多其他的场景, 比如两个蓝牙设备传文件,(GOEP); 其中一个设备为HID, 控制另一个设备(HID); 蓝牙打印(BPP); 等等. 这里的每一种应用场景对应一种Profile. 一个设备可以有多种Profile属性.

现在的蓝牙技术特殊兴趣组织(SIG)有上千家公司, 最开始成立技术开发的时候只有爱立信、IBM等5家公司, 当初还没有Profile到概念, 但后来成员爆增, 很多公司都是各自在蓝牙技术的基础上实现自己的功能, SIG为了方便蓝牙纳入成员新开发的新的功能, 逐渐形成的框架是根据应用场景来增加新的功能, 后来慢慢就有了Profile的概念.

但一个设备支持哪些Profile呢? 当A设备连接B设备的时候, A设备会去获取到B设备的Profile列表, 这样也就知道B设备支持哪些应用场景了. 我们用Android设备连接一个蓝牙设备后, 协议栈会去获取连接设备的UUID列表, 比如下面我连接一个手机的时候抓到的uuid列表

07-04 09:57:50.444  3862  4027 I bt_btif_dm: btif_dm_search_services_evt index:0 uuid:0000110a-0000-1000-8000-00805f9b34fb
07-04 09:57:50.444  3862  4027 I bt_btif_dm: btif_dm_search_services_evt index:1 uuid:00001105-0000-1000-8000-00805f9b34fb
07-04 09:57:50.444  3862  4027 I bt_btif_dm: btif_dm_search_services_evt index:2 uuid:00001115-0000-1000-8000-00805f9b34fb
07-04 09:57:50.444  3862  4027 I bt_btif_dm: btif_dm_search_services_evt index:3 uuid:00001116-0000-1000-8000-00805f9b34fb
07-04 09:57:50.444  3862  4027 I bt_btif_dm: btif_dm_search_services_evt index:4 uuid:0000110e-0000-1000-8000-00805f9b34fb
07-04 09:57:50.444  3862  4027 I bt_btif_dm: btif_dm_search_services_evt index:5 uuid:0000112f-0000-1000-8000-00805f9b34fb
07-04 09:57:50.444  3862  4027 I bt_btif_dm: btif_dm_search_services_evt index:6 uuid:00001112-0000-1000-8000-00805f9b34fb
07-04 09:57:50.444  3862  4027 I bt_btif_dm: btif_dm_search_services_evt index:7 uuid:0000111f-0000-1000-8000-00805f9b34fb
07-04 09:57:50.444  3862  4027 I bt_btif_dm: btif_dm_search_services_evt index:8 uuid:00001132-0000-1000-8000-00805f9b34fb
07-04 09:57:50.444  3862  4027 I bt_btif_dm: btif_dm_search_services_evt index:9 uuid:00000000-0000-1000-8000-00805f9b34fb
07-04 09:57:50.444  3862  4027 I bt_btif_dm: btif_dm_search_services_evt index:10 uuid:00000000-0000-1000-8000-00805f9b34fb
07-04 09:57:50.444  3862  4027 D bt_btif_config: btif_get_device_type: Device [40:b0:fa:3a:20:be] type 1
07-04 09:57:50.444  3862  4027 I bt_btif_dm: get_cod remote_cod = 0x005a020c

这个UUID列表记录了这个设备支持哪些Profile, 蓝牙进程会将这个B设备的UUID获取到, 然后分解出来去启动对应的Profile.

07-04 12:37:20.713  3839  3839 I BluetoothPhonePolicy: Received ACTION_UUID for device 40:B0:FA:3A:20:BE
07-04 12:37:20.713  3839  3839 I BluetoothPhonePolicy: index=0uuid=0000110a-0000-1000-8000-00805f9b34fb
07-04 12:37:20.713  3839  3839 I BluetoothPhonePolicy: index=1uuid=00001105-0000-1000-8000-00805f9b34fb
07-04 12:37:20.713  3839  3839 I BluetoothPhonePolicy: index=2uuid=00001115-0000-1000-8000-00805f9b34fb
07-04 12:37:20.713  3839  3839 I BluetoothPhonePolicy: index=3uuid=00001116-0000-1000-8000-00805f9b34fb
07-04 12:37:20.713  3839  3839 I BluetoothPhonePolicy: index=4uuid=0000110e-0000-1000-8000-00805f9b34fb
07-04 12:37:20.713  3839  3839 I BluetoothPhonePolicy: index=5uuid=0000112f-0000-1000-8000-00805f9b34fb
07-04 12:37:20.713  3839  3839 I BluetoothPhonePolicy: index=6uuid=00001112-0000-1000-8000-00805f9b34fb
07-04 12:37:20.718  3839  3839 I BluetoothPhonePolicy: index=7uuid=0000111f-0000-1000-8000-00805f9b34fb
07-04 12:37:20.718  3839  3839 I BluetoothPhonePolicy: index=8uuid=00001132-0000-1000-8000-00805f9b34fb
07-04 12:37:20.718  3839  3839 I BluetoothPhonePolicy: index=9uuid=00000000-0000-1000-8000-00805f9b34fb
07-04 12:37:20.718  3839  3839 I BluetoothPhonePolicy: index=10uuid=00000000-0000-1000-8000-00805f9b34fb
07-04 12:37:20.718  3839  3839 I BluetoothPhonePolicy: processInitProfilePriorities() - device 40:B0:FA:3A:20:BE

BluetoothPhonePolicy会根据这个UUID去启动对应的Profile.所以每一个UUID其实是对应一个Profile.

Android APP可通过BluetoothAdapter 的 getUuids() 接口获取到本机支持的UUID列表. 结合BluetoothDevice的 getUuids() 获取连上的设备的UUID, 就可以确定能不能用某个功能了.