Android Bluetooth HCI log 詳解

飯小粒發表於2020-10-22
Android

0. 引子

對於藍芽開發者來說，通過HCI log可以幫助我們更好地分析問題，理解藍芽協議，就好像網路開發一定要會使用Wireshark分析網路協議一樣。

本篇主要介紹HCI log的作用、如何抓取一份HCI log，並結合一個實際的例子來說明如何分析HCI log。

1. HCI log 介紹

1.1 HCI log 作用

HCI log是用來分析藍芽裝置之間的互動行為是否符合預期，是否符合藍芽規範。在日常的開發中，通常使用HCI log來做這樣幾件事：

  • 分析Bug：藍芽開啟後搜尋不到裝置，或者搜尋到的裝置沒有名稱只有藍芽地址；Android手機不能向蘋果手機傳輸檔案 ... ...

  • 需求分析：手機需要適配一款藍芽自拍杆來控制拍照，通過HCI log可以觀察競品在實現這個功能時，使用的是什麼Bluetooth Profile？只要知道了使用的Bluetooth Profile，我們就有了實現這個功能的思路。

  • 藍芽協議學習：通過HCI log輔助學習藍芽協議，就好像學習TCP/IP時，通過wireshark抓包來學習TCP協議

1.2 藍芽核心系統架構

說了這麼多HCI log的用處，要想更好地理解HCI log，我們需要先來看下HCI在整個藍芽核心系統架構中所處的位置。為了理解起來更簡單，我這邊將藍芽核心系統架構抽象為3層：

  • User Application(Host)：User Application即應用層，也被稱為Host，我們呼叫Bluetooth API就屬於應用層，例如，BluetoothAdapter中提供的介面。

  • HCI (Host controller Interface)：上層在呼叫藍芽API時，不會直接操作藍芽底層(Controller)相關介面，而是通過HCI下發對應操作的Command給Controller，然後底層執行命令後返回執行結果，即Controller傳送Event給HCI，HCI再通知給應用層，HCI起到了一個中間層的作用。

  • Controller：Controller是在最底層，可以理解為我們手機上的藍芽晶片。

抽象後的藍芽架構

完整的藍芽核心系統架構比較複雜，這裡我們就不再深入，感興趣的同學可以參考藍芽規範Core_v4.2.pdf，裡面有詳細的定義和介紹。我們後面在分析HCI log時，也會參考這個規範中定義的內容。

完整的藍芽架構

2. 如何抓取HCI log

在開發者選項中開啟啟用藍芽HCI資訊收集日誌開關，Android系統就開始自動地收集HCI log並儲存到手機上。

啟用藍芽HCI資訊收集日誌

不同的平臺存放HCI log的路徑會不一樣，MTK存放HCI log的路徑為/sdcard/mtklog/btlog/btsnoop_hci.log，高通的存放路徑為/sdcard/btsnoop_hci.log

 

MTK:/ $ ls -l /sdcard/mtklog/btlog/
total 816
-rw-rw---- 1 root sdcard_rw 412258 2016-02-28 00:39 btsnoop_hci.log

shell@Qualcomm:/ $ ls -l /sdcard/btsnoop_hci.log
-rw-rw---- root     sdcard_rw    12744 2017-06-16 15:43 btsnoop_hci.log

如果上面提到的路徑下都沒有HCI log，我們還可以通過手機上的藍芽配置檔案bt_stack.conf來檢視路徑，bt_stack.conf位於/etc/bluetooth/路徑下。HCI log路徑通過BtSnoopFileName=/sdcard/btsnoop_hci.log來進行設定的。

HCI log在手機上的路徑

而bt_stack.conf是通過Android原始碼中的/system/bt/conf/bt_stack.conf來配置的。

 

// /system/bt/conf/bt_stack.conf
# BtSnoop log output file
BtSnoopFileName=/sdcard/btsnoop_hci.log

將抓取到的HCI log pull出來，直接用記事本開啟，看到的都是亂碼。我們還需要一個HCI log分析工具：Frontline ComProbe Protocol Analysis System

 

C:\Windows\System32>adb pull /sdcard/mtklog/btlog/btsnoop_hci.log C:\Users\admin\Desktop\hci
501 KB/s (4880 bytes in 0.009s)

3. HCI log分析工具

Frontline ComProbe Protocol Analysis System是Frontline提供的一款藍芽協議log分析工具，Frontine這家公司主要是做抓取藍芽Air sniff log裝置的，我們後面再來說下什麼是Air sniff log。購買他們的抓包工具就會附帶log分析工具，也可以在Frontine官網上下載，下載的時候需要填一些資訊，覺得麻煩的同學可以去其他非官網途徑進行下載。

安裝完成後，在開始選單中找到Frontline ComProbe Protocol Analysis System，使用Capture File Viewer可以開啟HCI log

 

ComProbe Protocol Analysis System

Step 1. 首先，選擇要開啟的HCI log，並選擇log型別為BtSnoop Files，即以*.log結尾的檔案。
還有一種方式是將btsnoop_hci.log的字尾修改為btsnoop_hci.cfa，就可以直接用Capture File Viewer開啟。

Step 1. 開啟的HCI log

 

選擇log型別

Step 2. 開啟log檔案後，選擇Frame Display就可以看到我們抓取的HCI log了

Step 2 . 選擇Frame Display

Frame Display主介面

Step 3. Frame Display視窗中有很多Tab，將協議棧中各類協議分類顯示，例如：HCI相關的log放在HCI的Tab中，Hands-Free（HFP）屬於應用層的Bluetooth Profile，和HFP相關操作的log都放在Hands-Free這個Tab中。

Frame Display

  • Air sniff log
    Android裝置上抓取的HCI log只能分析Host和Control之間的問題，當Host和Control之間互動是正常的，那就可能就是傳輸的過程中（Air Interface）出了問題，此時就需要分析Air sniff log。Air sniff log能夠抓取的兩個藍芽裝置在資料傳輸過程中的空中包，抓取Air sniff log需要專門的裝置。

Air sniff log

4. HCI log 案例 - 藍芽掃描裝置過程分析

應用層在呼叫startDiscovery()進行裝置掃描時，Host會通過HCI傳送一個Inquiry HCI Command給Controller。接下來我們會通過分析HCI log，來學習Inquiry 的流程。在分析HCI log前，我們先來學習下HCI Command資料包的結構。

4.1 HCI Command 資料包結構

HCI Command資料包結構定義在藍芽核心協議規範Core_v4.2.pdf中。

HCI Command資料包格式如下，開頭的Opcode是區分不同型別的命令的唯一標識，Opcode由OpCode Group Field (OGF) 和 OpCode Command Field (OCF)組成。根據OGF的值，可以將HCI commands進行分類。OpCode 的計算公式為：** OpCode = OGF << 6 + OCF 。有了OpCode計算的方式，我們就可以通過OpCode過濾**HCI log裡面的指定型別的HCI Command。

HCI Command Packet

OpCode計算方法

4.2 過濾Inquiry Command

Inquiry Command是Link Control command型別的command，通過查詢Bluetooth Core Specification的中Vol 2->Part E->7.1 LINK CONTROL COMMANDS小節，可知Link Control command的OCF值為0x0001。

Bluetooth Core Specification目錄

For the Link Control commands, the OGF is defined as 0x01

因此，Inquiry Command的Opcode為 0x0001 << 6 + 0x01 = 0x0401 ，通過0x0401就確定某條command為Inquiry Command，該命令的名稱為HCI_Inquiry

Inquiry Command

ComProbe Protocol Analysis System支援過濾功能，通過設定filter可以過濾出Opcode為0x0401的log，設定方法如下圖：

 

過濾HCI_Inquiry

4.3 掃描過程分析

1. 傳送Inquiry請求

  • Host傳送HCI_Inquiry Command
    應用層要進行藍芽裝置掃描啦，Host先發一條HCI_Inquiry的Command通知Controller

Host： HCI_Inquiry

  • Controller回覆HCI Event
    Controller在收到HCI_Inquiry這條Command後，會回覆一條Command Status的HCI Event，來表示Controller執行HCI_Inquiry後的狀態，即Status：Success。仔細觀察可以發現這兩條HCI log的Frame標號是挨著的，HCI_Inquiry的幀號是196，Command Status的幀號是197。

Controller：Command_status、

2. 掃描結果

掃描完成後，Controller會傳送Event：HCI Extended Inquiry Result。以列表中搜尋到的Jabra Classic v0.5.3為例，它的HCI Extended Inquiry Result資料包中會包含它的裝置名稱、它所支援的Service的UUID，和裝置型別：Wearable Headset device，因此，Jabra Classic v0.5.3的Icon是一個耳機的圖示。

掃描結果

Jabra Classic v0.5.3的HCI Extended Inquiry Result



作者：傷口不該結疤
連結：https://www.jianshu.com/p/73f7366161d1
來源：簡書
著作權歸作者所有。商業轉載請聯絡作者獲得授權，非商業轉載請註明出處。

相關文章