3. 内核蓝牙驱动模型

Linux 内核蓝牙子系统采用分层架构设计，将蓝牙协议栈与底层硬件解耦。理解驱动模型是调试 HCI 日志和定位硬件问题的前提。本章聚焦于 HCI 设备驱动、传输层驱动（UART/USB/PCI）以及驱动注册与回调机制。

3.1 蓝牙驱动分层架构

蓝牙驱动在 Linux 内核中主要分为三层：

• HCI 核心层：位于 net/bluetooth/，提供通用 HCI 命令/事件处理、连接管理、SMP 等协议实现。
• HCI 设备驱动层：位于 drivers/bluetooth/，负责与具体蓝牙芯片交互，实现 HCI 传输接口。
• 传输层驱动：位于 drivers/bluetooth/ 或 drivers/tty/、drivers/usb/，提供 UART、USB、PCI 等物理总线适配。

3.2 HCI 设备驱动核心结构

每个蓝牙控制器在内核中对应一个 struct hci_dev 实例。驱动开发的核心工作是填充该结构体并注册到 HCI 核心。

3.3 传输层驱动：UART / USB / PCI

传输层驱动负责在物理总线上收发 HCI 数据帧。不同总线有各自的适配方式。

3.3.1 UART 传输层

UART 传输层通过 tty 驱动与蓝牙芯片通信。核心数据结构为 struct hci_uart_proto，每个协议（如 H4、BCSP、3-Wire）需实现该接口。

struct hci_uart_proto {
    unsigned int id;          // 协议 ID
    const char *name;         // 协议名称
    int (*open)(struct hci_uart *hu);
    int (*close)(struct hci_uart *hu);
    int (*recv)(struct hci_uart *hu, const void *data, int len);
    int (*enqueue)(struct hci_uart *hu, struct sk_buff *skb);
    struct sk_buff *(*dequeue)(struct hci_uart *hu);
};

UART 驱动通过 hci_uart_register_proto() 注册协议，并在 tty 线路规程（line discipline）中调用。

3.3.2 USB 传输层

USB 蓝牙适配器使用 struct usb_device_id 匹配，通过 usb_fill_bulk_urb() 创建 URB 进行批量传输。典型实现位于 drivers/bluetooth/btusb.c。

3.3.3 PCI 传输层

PCI 蓝牙控制器（如 Intel AX200 中的蓝牙模块）通过 struct pci_driver 注册，使用 MMIO 或 DMA 进行数据交换。驱动需实现 probe、remove 以及中断处理函数。

3.4 驱动注册与回调函数机制

驱动注册是蓝牙设备被内核识别的入口。以 USB 蓝牙驱动为例，注册流程如下：

1. 模块初始化：调用 usb_register() 注册 struct usb_driver。
2. probe 回调：当 USB 设备插入且 VID/PID 匹配时，内核调用 probe 函数。
3. HCI 设备分配：调用 hci_alloc_dev() 分配 struct hci_dev。
4. 设置回调：填充 open、close、send 等操作函数。
5. 注册 HCI 设备：调用 hci_register_dev() 将设备加入 HCI 核心。

static int btusb_probe(struct usb_interface *intf,
                       const struct usb_device_id *id)
{
    struct hci_dev *hdev;
    // 1. 分配 HCI 设备
    hdev = hci_alloc_dev();
    if (!hdev)
        return -ENOMEM;

    // 2. 设置总线类型
    hdev->bus = HCI_USB;

    // 3. 绑定回调函数
    hdev->open  = btusb_open;
    hdev->close = btusb_close;
    hdev->send  = btusb_send_frame;

    // 4. 注册到 HCI 核心
    return hci_register_dev(hdev);
}

3.5 回调函数执行流程

回调函数是 HCI 核心与驱动之间的契约。以数据发送为例，典型调用链如下：

接收路径则相反：硬件中断 → 传输层接收 → 调用 hci_recv_frame() → HCI 核心处理。

3.6 驱动模型调试技巧

• 查看已注册 HCI 设备：ls /sys/class/bluetooth/ 或 hciconfig -a。
• 检查驱动 probe 是否成功：dmesg | grep -i bluetooth 查看内核日志。
• 验证回调是否被调用：在回调函数中添加 bt_dev_info(hdev, "send callback invoked")。
• 使用 ftrace 跟踪：echo function > /sys/kernel/debug/tracing/current_tracer 并过滤 btusb_* 函数。