简单学：Bluetooth

煤球王子
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蓝牙技术是一种利用低功率无线电在各种3C设备间彼此传输数据的技术。蓝牙工作在全球通用的2.4GHz ISM（即工业、科学、医学）频段，使用IEEE802协议。作为一种新兴的短距离无线通信技术，正有力地推动着低速率无线个人区域网络的发展。

特性维度蓝牙 (Bluetooth)Wi-Fi
技术标准IEEE 802.15.1（Bluetooth 5.x）IEEE 802.11（主流为802.11ax/Wi-Fi 6/6E，逐步普及802.11be/Wi-Fi 7）
设计目标无线个人区域网（WPAN），强调低功耗、低成本、短距离通信无线局域网（WLAN），强调高速率、大容量、广覆盖
应用场景耳机、鼠标、键盘、可穿戴设备、车载免提、医疗外设、手机与电脑点对点文件互传等无线上网、高清/4K/8K视频、AR/VR、云游戏、智能家居网关、局域网高速数据传输等
覆盖范围短距离：经典模式10米以内；BLE远程模式理论可达100-300米（速率下降）室内常见30-50米（2.4GHz频段），室外无遮挡可达百米以上（Wi-Fi 6/6E/7）
功耗极低功耗：BLE峰值电流约5-15mA，纽扣电池可续航数月到数年相对较高：持续待机电流约50-200mA，电池设备需更大容量或间歇唤醒策略
典型速率BLE 1-2 Mbps；蓝牙5.x 理论峰值2 Mbps（LE 2M PHY）Wi-Fi 6/6E：理论峰值9.6 Gbps；Wi-Fi 7：理论峰值46 Gbps
频段2.4 GHz ISM频段（经典蓝牙）；BLE支持2.4 GHz2.4 GHz、5 GHz、6 GHz（Wi-Fi 6E/7）
拓扑结构经典蓝牙：1主7从；BLE Mesh：支持上千节点星型拓扑，依赖接入点（AP），单AP理论可接入数百终端
安全性蓝牙4.2及以上支持LE Secure Connections，加密强度较高WPA3安全协议，支持更强的加密与身份认证机制
成本与复杂度芯片成本低，协议栈简单，易于集成芯片成本相对较高，协议栈复杂，对硬件资源要求更高

以上表格更加全面、准确地反映了蓝牙与Wi-Fi在2025年主流技术条件下的差异与各自优势。

HCI蓝牙架构 HCI架构.png

BLEBluetooth Low Energy低功耗蓝牙
BRBasic Rate基本速率，一般说的经典蓝牙就是指BR/EDR
EDREnhanced Data Rate增强速率，BR的增强版，一般说的经典蓝牙就是指BR/EDR
Bluetooth SIGBluetooth Special Interest Group蓝牙技术联盟
HCIHost Controller Interface主机控制器接口

HCI架构下蓝牙协议简述

四层模型蓝牙协议栈对应部分说明
应用层蓝牙应用协议（如 HID、A2DP、SPP、GATT）不是 TCP/IP 的应用层，但功能上对应
传输层L2CAP（逻辑链路控制与适配协议）类似传输层，提供信道、分段、复用
网络层无原生网络层蓝牙没有 IP 路由功能
数据链路层基带（Baseband）+ LMP（链路管理协议）控制信道、加密、配对等
物理层射频（Radio，2.4 GHz）调制、跳频、发射功率等

蓝牙的架构.png

实现HOST(协议栈)跟CONTROLLER(芯片)的交互，基于硬件接口（UART/USB/SDIO）,它们是传输层。H2、H4、H5、BCSP 都是蓝牙 Host 与 Controller 之间的传输层协议。

  1. HCI（Host-Controller Interface）:

    • 这是蓝牙架构中的一个逻辑接口，它定义了 Host（主机）和 Controller（控制器）之间进行通信的指令、事件和数据的规范。
    • 简单来说，HCI 规定了 Host 要发送什么命令给 Controller，Controller 要上报什么事件给 Host，以及数据如何流动。但它不关心这些“规定”具体通过什么物理线路传输。

  2. HCI Transport（传输层）:

    • H2, H4, H5, BCSP 就是这些具体的传输层协议。
    • 它们负责在实际的物理链路（如 UART, USB）上，可靠地传输 HCI 所定义的这些数据包。

现在我们来逐一解释您列出的这几个协议：

1. H4 (UART Transport)
  • 这是最简单、最常用的 UART 传输协议。
  • 工作原理：它在每个 HCI 数据包的前面加上一个单一的包类型字节。
    • 例如：0x01 表示这是一个命令包，0x02 表示这是一个 ACL 数据包，0x03 表示这是一个 SCO/eSCO 语音数据包，0x04 表示这是一个事件包。
  • 特点：
    • 简单高效：开销小，只有1个字节。
    • 无错误校验/重传：它依赖于 UART 硬件和底层线路的质量。如果线路噪声大，可能导致数据出错而无法恢复。
    • 广泛应用于各种蓝牙芯片和模块，尤其是经典蓝牙（BR/EDR）。
2. H5 (3-Wire UART Transport)
  • 可以看作是 H4 的“增强版”，旨在不可靠的 UART 线路上提供可靠通信。
  • 工作原理：
    • 协议栈：它在 HCI 数据包外面套上了一层自己的协议，包含了序列号、应答机制和CRC校验。
    • 可靠性：通过序列号和应答机制，可以实现丢包重传。通过CRC校验，可以确保数据的正确性。
    • “3-Wire”：指的是只需要 RX、TX、GND 三根线，因为它通过软件协议实现了流控，而不需要硬件流控引脚（如RTS/CTS）。
  • 特点：
    • 可靠：适合在电气环境复杂或线缆较长的场景下使用。
    • 复杂：协议开销比 H4 大。
    • 在 Nordic 的 nRF系列芯片等产品中比较常见。
3. BCSP (BlueCore Serial Protocol)
  • 这是CSR公司（现属Qualcomm） 为其 BlueCore 系列蓝牙芯片开发的私有协议。
  • 工作原理：它与 H5 类似，也是一个在串口上实现的完整协议栈，提供了可靠性和多路复用功能。
    • 它包含了CRC校验、重传机制。
    • 它不仅能传输 HCI 数据，还能在一个物理UART链路上同时传输调试信息、固件下载等其他信道的数据。
  • 特点：
    • 功能强大：在H4标准普及之前，它是解决UART传输可靠性问题的主流方案。
    • 私有协议：主要用于CSR/Qualcomm的芯片。随着标准化协议的推广，其使用在减少。
    • H5的竞争对手：H5 可以看作是后来为了标准化而出现的、功能与BCSP类似的协议。
4. H2 (USB Transport)
  • 这是用于 USB 物理接口的蓝牙传输协议。
  • 工作原理：它不定义新的封包格式，而是直接利用 USB 的 Bulk Transfer（批量传输）端点。
    • 蓝牙规范定义了标准的USB设备类，主机通过标准的USB枚举过程来识别蓝牙设备。
    • 不同的HCI包类型（命令、事件、ACL数据、SCO数据）被分配到不同的USB端点 上进行传输。
  • 特点：
    • 即插即用：利用USB标准，方便快捷。
    • 高速：USB接口本身速度远高于UART。
    • 常见于：蓝牙USB适配器（Dongle）、笔记本电脑内置的蓝牙模块。

总结与对比

协议物理接口核心特点应用场景
H4UART简单、高效、无纠错，最通用的UART协议大多数蓝牙模块，要求硬件环境稳定
H5UART可靠、有重传和校验，软件流控对可靠性要求高的场景，Nordic等芯片常用
BCSPUART可靠、多功能（多路复用），CSR私有协议旧款或CSR的蓝牙模块
H2USB即插即用、高速，使用USB标准端点蓝牙USB狗、笔记本内置蓝牙

简单来说，在选择这些协议时：

  • 如果你的硬件是 USB，那就用 H2。
  • 如果你的硬件是 UART：
    • 追求简单稳定，线路质量好，用 H4。
    • 需要应对复杂环境，保证可靠性，用 H5。
    • 如果你用的是CSR的芯片，可能需要用到 BCSP。

协议栈层各类协议查询表

英文缩写英文全称一句话简介
HCIHost Controller Interface标准主机-控制器命令/事件/数据通道，硬件无关。
L2CAPLogical Link Control and Adaptation Protocol"逻辑链路控制与适配协议"；分段/重组、信道复用，为上层提供统一数据通道。
SDPService Discovery Protocol“服务发现协议”；让设备无需预配对即可查询对方支持哪些蓝牙服务。
RFCOMMRadio Frequency Communication“串口仿真协议”；在 L2CAP 上仿真 RS-232 串口，支持多路复用。
HIDHuman Interface Device Profile“人机接口设备协议”； 键盘、鼠标、游戏手柄等低延迟外设标准。
SPPSerial Port Profile“蓝牙串口协议”；基于 RFCOMM 的“无线串口”，最通用透明传输。
HFPHands-Free Profile“蓝牙免提协议”；车载/耳机免提通话：双向语音+AT命令控制。
DIDDevice ID Profile“设备ID协议”；广播厂商、型号、版本，便于系统识别并加载驱动。
AVDTPAudio/Video Distribution Transport Protocol“音视频分布传输协议”； A2DP 的传输层，负责码率协商、数据分段与同步。
A2DPAdvanced Audio Distribution Profile“蓝牙音乐协议”；立体声音频流（SBC/AAC/aptX）听音乐必备协议。
AVCTPAudio/Video Control Transport Protocol“音视频控制传输协议”； 为 AVRCP 提供可靠控制命令通道。
AVRCPAudio/Video Remote Control Profile“蓝牙音乐控制协议”；远程播放/暂停/音量/元数据/封面控制。
OBEXObject Exchange Protocol“蓝牙对象交换协议”；类似轻量 HTTP，PUT/GET 对象（名片、图片、文件）。
PBAPPhone Book Access Profile“蓝牙电话本访问协议”；车载同步手机通讯录与通话记录，基于 OBEX。
MAPMessage Access Protocol“蓝牙短信访问协议”；车载读取/发送短信，基于 OBEX。
OPPObject Push Profile“文件推送协议”；单文件/名片快速推送，基于 OBEX。
BNEPBluetooth Network Encapsulation Protocol“蓝牙网络封装协议”； 在 L2CAP 上封装以太网帧，实现 IP 网络。
PANPersonal Area Network Profile“蓝牙个人局域网协议”；用 BNEP 组建小型 IP 网（如手机共享网络给电脑）。
iAPApple Accessory Interface Protocol苹果附件协议(IAP2)；用于认证与数据通道。
BPPBasic Printing Profile蓝牙打印：文本/图像直接打印，基于 OBEX。

参考学习： blog.csdn.net/XiaoXiaoPen…

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