蓝牙开发那些事（4）——关于流控

上一章，留了个尾巴。

先来个数据包格式的图，上图中，packet header和payload header中间都出现了流控（FLOW）位。

我们之间讲HCI命令的时候，提到了HCI transport层的流控。

其实HCI上层的L2CAP层，也提供了流控服务的。

是不是概念很搞？

接下来我们具体讲一下流控。

其实只要有传输就会有流控，在我们蓝牙的体系里，数据的流动有两个关键位置，一是介于controller和host之间的HCI，这个通过hci transport层的流控实现，我们前面讲过hci 命令，本章将继续讲到hci data的流控。

二是空中包，这个流控有可以分为LC层的流控和l2cap层的流控，LC层的流控是主要方式，通过数据包中packet header的流控位实现，l2cap层的流控通过一种特殊的s-frame（rr、rej）来实现，不过一般l2cap层的流控是不打开的，下文将展开讲。

先说packet header中的流控，packet header都是controller中的LC层自动填充的，那么这里的流控位是从哪里来的呢？

既然是LC层的东西，答案自然是controller层。

Controller接收也有一个buffer的概念，自然不可能无限制接收空中包，当controller中的buffer塞满的时候，packet header中的flow位便会置位为stop。

看上去是controller内部的行为，host改变不了对不对？

实际上我们可以做一个简单的实验的，因为数据的流动方向是，空中—>controlleràhost，假如host一直不去controller取数据的时候，空中包自然会把controller塞满。

我们可以利用hci层的流控机制，之前我们在第一章中已经讲述了hci command的流控，这里就要涉及到hci data的流控。

我们知道hci acl data是双向的，由controller流向host的是remote端发过来的数据，由host流向controller的是本地发给peer端的数据。

当打开controller到host方向上的流控的时候，首先host向controller发送host buffer size command通知到controller，大概host可以存放多少包数据，之后，controller向host上传acl data的时候，controller内部会计数，把host的buffer数减去1，当host处理掉一包数据之后，会向controller下发host number of complete packets command，来通知到controller，host释放掉一包数据的空间了，由controller内部计数，把host的buffer数加上1。

假如我们故意不下发host number of complete packets command的时候，controller的内部计数变成0了以后，就无法向host上传acl data数据了。

再过一段时间，controller的接收buffer就会满，此时我们如果看空中包的话，controller回复给远端的数据包，就会看到packet header中的flow位变成stop了。

笔者以前工作中就遇到过这样的情况，host的buffer空间捉襟见肘，只能通过流控的方式来减缓对端发送的速度。

一般来讲，HOST的buffer相对controller来说要大一些，需要使用流控的场合较少。

我们抓包的数据中，就没有controller向host方向的流控，但是host向controller方向的流控是有的。

Host向controller方向的流控的方式有packet based和data block based两种，也大同小异，只是计量方式不同而已，前者是包的个数，后者是包的大小。

我们这次抓的数据包是选择的packet based的方式：

首先host在连接阶段会向controller发送read buffer size的命令

随后controller回复了最多支持的acl data packets的数量是8个。

然后我们看看当host向controller下发acl data的时候会发生什么：

图中标出的两条数据，第一条是向远端发送的一条acl data数据，（protocol栏下面是l2cap的都是这种数据），这个时候协议栈内部是有个计数的，controller的buffer数量从8会减为7。

然后跨越千山万水，在第二个标志处，controller向host返回了number of completed packets event，其中number of completed packets的数目是1，这表示controller处理掉了一包数据，可以释放buffer了，于是controller的buffer数量会从7变为8。

好了，packet header的flow我们讲完了，payload header中也有一个flow位，这是什么鬼？

Lc层的流控相当于一个总阀，l2cap层以上，通过cid区分，建立了多个逻辑链路，每个逻辑链路也可能带有flow功能的，这个flow功能就是l2cap层提供的服务了，我们下一章再讲吧。

接下来，我们看看流控在btstack的体现。

对于controller向host发送的方向来说, 在收到acl data的时候：

static void acl_handler(uint8_t *packet, int size){



    // log_info("acl_handler: size %u", size);



    // get info

    hci_con_handle_t con_handle = READ_ACL_CONNECTION_HANDLE(packet);

    hci_connection_t *conn      = hci_connection_for_handle(con_handle);

    uint8_t  acl_flags          = READ_ACL_FLAGS(packet);

    uint16_t acl_length         = READ_ACL_LENGTH(packet);



    // ignore non-registered handle

    if (!conn){

        log_error( "hci.c: acl_handler called with non-registered handle %u!" , con_handle);

        return;

    }



    // assert packet is complete   

    if ((acl_length + 4) != size){

        log_error("hci.c: acl_handler called with ACL packet of wrong size %d, expected %u => dropping packet", size, acl_length + 4);

        return;

    }



#ifdef ENABLE_CLASSIC

    // update idle timestamp

    hci_connection_timestamp(conn);

#endif



#ifdef ENABLE_HCI_CONTROLLER_TO_HOST_FLOW_CONTROL

    hci_stack->host_completed_packets = 1;

    conn->num_packets_completed++;

#endif

对于host_completed_packets置1，然后会回复hci_host_num_completed_packets给controller，再把host_completed_packet置0。

对于host向controller的方向来说，当发送acl data给对端的时候，调用hci_send_acl_packet_fragments函数，其中会执行

   connection->num_packets_sent++;

将hci_connection_t 结构体的num_packets_sent加1，这个值很重要，因为在判断是否可以向controller发送数据的时候，hci_can_send_prepared_acl_packet_now中是调用hci_number_free_acl_slots_for_handle函数去判断的 

   for (it = (btstack_linked_item_t *) hci_stack->connections; it != NULL; it = it->next){

        hci_connection_t * connection = (hci_connection_t *) it;

        if (hci_is_le_connection(connection)){

            num_packets_sent_le += connection->num_packets_sent;

        }

        if (connection->address_type == BD_ADDR_TYPE_ACL){

            num_packets_sent_classic += connection->num_packets_sent;

        }

    }

    log_debug("ACL classic buffers: %u used of %u", num_packets_sent_classic, hci_stack->acl_packets_total_num);

    int free_slots_classic = hci_stack->acl_packets_total_num - num_packets_sent_classic;

根据controller报告给host的buffer大小（通过hci read buffer size command取得），减去这个num_packets_sent就是还剩下的buffer，如果buffer 为0自然就不能再发了。

当收到number of completed packets event的时候，这个num_packets_sent就可以释放。

case HCI_EVENT_NUMBER_OF_COMPLETED_PACKETS:{

            if (size < 3) return;

            uint16_t num_handles = packet[2];

            if (size != (3 + num_handles * 4)) return;

            uint16_t offset = 3;

            for (i=0; i<num_handles;i++){

                handle = little_endian_read_16(packet, offset) & 0x0fff;

                offset += 2;

                uint16_t num_packets = little_endian_read_16(packet, offset);

                offset += 2;

               

                conn = hci_connection_for_handle(handle);

                if (!conn){

                    log_error("hci_number_completed_packet lists unused con handle %u", handle);

                    continue;

                }

               

                if (conn->num_packets_sent >= num_packets){

                    conn->num_packets_sent -= num_packets;

                } else {

                    log_error("hci_number_completed_packets, more packet slots freed then sent.");

                    conn->num_packets_sent = 0;

                }