Bluez HID分析--Linux kernel部分

本文介绍蓝牙协议栈Bluez在linux中实现HID功能的kernel部分。

在linux kernel中，Bluez对HID的实现代码在/net/bluetooth/hidp文件夹中，主要包括sock.c，core.c和hidp.h三个文件。Bluez提供了一个socket接口，用户空间程序通过使用该socket控制HID。该socket使用的协议编号为BTPROTO_HIDP。

1.  初始化

HIDP的初始化在sock.c的hidp_init_sockets函数。

int __init hidp_init_sockets(void)

err = proto_register(&hidp_proto, 0); // 注册proto，可忽略

// 注册一个BTPROTO_HIDP协议号

err = bt_sock_register(BTPROTO_HIDP, &hidp_sock_family_ops);

bt_sock_register是bluez内部的函数，其作用是将传入到net_proto_family结构体登记到全局数组bt_proto中。

int bt_sock_register(int proto, const struct net_proto_family *ops)

      。。。

      bt_proto[proto] = ops;

      。。。

这里用到的思想与字符设备驱动中的misc驱动类似，不再赘述。注册完成之后，用户空间就能够通过标准socket操作得到HIDP的socket：

Int sk = socket(AF_BLUETOOTH, SOCK_RAW, BTPROTO_HIDP);

下面再看一下结构体hidp_sock_family_ops的内容：

static const struct net_proto_family hidp_sock_family_ops = {

            .family  = PF_BLUETOOTH,

            .owner  = THIS_MODULE,

            .create  = hidp_sock_create

};

这里最重要的是hidp_socke_create函数，该函数中会指定socket的proto_ops。

static int hidp_sock_create(struct net *net, struct socket *sock, int protocol,

                     int kern)

      struct sock *sk;

      if (sock->type != SOCK_RAW)

           return -ESOCKTNOSUPPORT;

      sk = sk_alloc(net, PF_BLUETOOTH, GFP_ATOMIC, &hidp_proto);

      sock_init_data(sock, sk);

      sock->ops = &hidp_sock_ops;

      sock->state = SS_UNCONNECTED;

      sock_reset_flag(sk, SOCK_ZAPPED);

      sk->sk_protocol = protocol;

      sk->sk_state     = BT_OPEN;

      。。。

hidp_sock_ops的定义：

static const struct proto_ops hidp_sock_ops = {

      .family        = PF_BLUETOOTH,

      .owner        = THIS_MODULE,

      .release = hidp_sock_release,

      .ioctl          = hidp_sock_ioctl,

      .bind          = sock_no_bind,

      .getname    = sock_no_getname,

      .sendmsg    = sock_no_sendmsg,

      .recvmsg     = sock_no_recvmsg,

      .poll           = sock_no_poll,

      .listen         = sock_no_listen,

      .shutdown   = sock_no_shutdown,

      .setsockopt = sock_no_setsockopt,

      .getsockopt = sock_no_getsockopt,

      .connect     = sock_no_connect,

      .socketpair  = sock_no_socketpair,

      .accept       = sock_no_accept,

      .mmap       = sock_no_mmap

};

从Hidp_sock_ops中可以看出，BTPROTO_HIDP的socket不支持通常的socket操作，比如bind、connnect、sendmsg、recvmsg等等。该socket真正支持的仅ioctl这一个操作。IOCTL中支持的命令列表如下：

HIDPCONNADD         // 增加一个HID设备

HIDPCONNDEL          // 删除指定的HID设备

HIDPGETCONNLIST         // 得到当前所有HID设备的列表

HIDPGETCONNINFO        // 得到指定HID设备的信息

2.  HIDPCONNADD

HIDPCONNADD命令用于添加一个HID设备，用户空间传下来的参数为结构体struct hidp_connadd_req：

struct hidp_connadd_req {

      int   ctrl_sock;        // control socket，类似USB中control pipe

      int   intr_sock;        // interrupt socket，类似USB中int pipe

      __u16 parser;

      __u16 rd_size;         // report descriptor的大小

      __u8 __user *rd_data; // report descriptor

      __u8  country;    // 国家码，比如键盘就需要区分是美式键盘还是法式键盘

      __u8  subclass;

      __u16 vendor;

      __u16 product;

      __u16 version;

      __u32 flags;

      __u32 idle_to;

      char  name[128];

};

从结构体中可以看出，该socket发送/接收外部数据都通过ctrl_sock和intr_sock完成，这两个socket由用户空间创建后传入。

HIDPCONNADD的过程如下：

      struct socket *csock;

      struct socket *isock;

      struct hidp_connadd_req ca;

      。。。

      csock = sockfd_lookup(ca.ctrl_sock, &err);

      isock = sockfd_lookup(ca.intr_sock, &err);

      hidp_add_connection(&ca, csock, isock);

 

int hidp_add_connection(struct hidp_connadd_req *req, struct socket *ctrl_sock, struct socket *intr_sock)

      。。。

      // 确保ctrl socket和intr socket的源地址、目的地址相同

      if (bacmp(&bt_sk(ctrl_sock->sk)->src, &bt_sk(intr_sock->sk)->src) ||

           bacmp(&bt_sk(ctrl_sock->sk)->dst, &bt_sk(intr_sock->sk)->dst))

            return -ENOTUNIQ;

      // 初始化hidp_session结构

      session->ctrl_sock = ctrl_sock;

      session->intr_sock = intr_sock;

      session->state     = BT_CONNECTED;

      setup_timer(&session->timer, hidp_idle_timeout, (unsigned long)session);

      skb_queue_head_init(&session->ctrl_transmit);

      skb_queue_head_init(&session->intr_transmit);

      。。。

      // 如果有report描述符，那么创建HID设备，通过HID框架解析该描述符

      if (req->rd_size > 0)

           err = hidp_setup_hid(session, req);

           。。。

      // 如果req中没有report描述符，那么就没有创建hid设备，这时创建一个input设备。这种情况只对HID Boot Protocol Device有效，对于这种设备不需要report描述符。具体可参考HID设备的文档。由于input设备的情况比较简单，这里不再讨论

if (!session->hid)

           err = hidp_setup_input(session, req);

           。。。

      // 将session挂入hidp_session_list链表

      。。。

      // 建立一个内核任务

      kernel_thread(hidp_session, session, CLONE_KERNEL);

到这里，还剩下两个函数需要进一步分析，一个是hidp_setup_hid，另一个是hidp_session。Hidp_session比较简单：

static int hidp_session(void *arg)

      LOOP

           // 如果ctrl socket接收到数据，则接收并处理。Ctrl通道中的数据内容建立连接、对方断开连接的通知、以及通过ctrl通道接收到的用户面数据等。

           // 如果int通道接收到数据，则接收并处理。Int通道中传送用户面数据。比如鼠标移动，或者键盘按下等。如果此session使用hid设备，那么调用hid_input_report将数据发送到HID框架，由hid框架发送到用户空间程序；如果使用的是input设备，那么最终调用input_report_key等发送数据到用户空间。

            // 如果控制通道有数据要发送，则发送到ctrl socket，比如主动发起的连接断开、连接建立等。

           // 如果int通道有数据要发送，则发送。这里发送用户面数据，比如控制键盘上的LED灯等。

 

下面再分析一下hidp_setup_hid函数，此函数初始化一个HID设备并登记到HID系统。

static int hidp_setup_hid(struct hidp_session *session, struct hidp_connadd_req *req)

      struct hid_device *hid;

      。。。

      hid = hid_allocate_device();

      session->hid = hid;

      hid->driver_data = session;

      。。。

      // 设置该hid的父设备为所属的HCI设备

      hid->dev.parent = hidp_get_device(session);

      // 设置HID设备对应的物理层驱动

      hid->ll_driver = &hidp_hid_driver;

        // 当HID框架需要发送数据到设备时，会调用这里的hid_output_raw_report，

      // 这里发送的数据会走ctrl socket

hid->hid_output_raw_report = hidp_output_raw_report;

      hid_add_device(hid);

      。。。

hidp_hid_driver是一个结构体，用来描述HID设备对应的物理层驱动。

static struct hid_ll_driver hidp_hid_driver = {

      // 最终会调用HID框架的hid_parse_report完成report描述符的解析

.parse = hidp_parse,

      // start函数比较奇怪，可能是按照HID的协议规范实现的，没有细看

.start = hidp_start,

// 清除缓存的待发送数据

      .stop = hidp_stop,

      .open  = hidp_open,     // 空函数

      .close = hidp_close, // 空函数

      // 这里的input_event是从本地到设备，即发送数据时调用的函数，走int socket通道

      .hidinput_input_event = hidp_hidinput_event,

};

 

综上，当从设备到本机有数据要接收时，会在hidp_session这个内核任务中处理；当从本机到设备有数据要发送时，HID框架会调用hidp_hidinput_event或者hidp_output_raw_report，视该数据是ctrl数据还是int通道数据而定。所有数据的发送、接收都通过ctrl socket和int socket完成，而这两个socket由用户空间创建后通过调用BTPROTO_HIDP socket的ioctl HIDPCONNADD传入。