【Bluetooth】【Transport层篇】第四章 基于基础UART的蓝牙硬件发送协议 UART H4 Transport详解
一、UART H4 Transport 简介
蓝牙 Transport 是主机（Host，蓝牙协议栈）与控制器（Controller，蓝牙芯片）之间的硬件层通信协议，负责承载 HCI（Host Controller Interface）数据。
蓝牙 Transport 就是蓝牙的硬件发送协议，硬件的传输介质有：UART/USB/SDIO，如果有读者有一些嵌入式知识基础的话，这些通信方式就没有那么陌生了，那么Transport 就是在特定的硬件传输介质上增加了一些协议。
比如：H4就是在UART上增加了一个小协议，H4算是最简单的一个协议，只是在数据前面加一个Type（类型标识），了解过蓝牙HCI一般都会知道蓝牙协议栈（Host）跟芯片（Controller）一般是通过硬件传输介质传输HCI数据来沟通，那么H4就是在HCI数据前面加上一个TYPE。
简而言之，H4 是 UART 介质上的轻量实现：仅在 HCI 原始数据前附加 1 字节类型标识，用于区分 HCI 数据包的类别，是连接 “协议逻辑” 与 “硬件传输” 的桥梁。
二、H4 协议格式与数据包类型
H4 的传输格式为 “类型前缀 + HCI 原始数据”，结构如下：
plaintext
| 1 Byte (H4 Type) | N Bytes (HCI Raw Data) |
根据蓝牙 Core 规范，H4 定义了 5 种类型（对应不同 HCI 数据包）：
| HCI 数据包类型 | Type 值 | 方向与用途 |
|---|---|---|
| HCI Command | 0x01 | 主机→控制器，由蓝牙协议栈发送给芯片的命令，发送控制命令（如 HCI_RESET） |
| HCI ACL Data | 0x02 | 双向，蓝牙协议栈跟蓝牙芯片双向交互的普通数据，传输普通数据（如 BLE 连接数据） |
| HCI Synchronous Data (SCO) | 0x03 | 双向，蓝牙芯片跟蓝牙协议栈双向交互的通话/语音识别等音频数据，传输实时音频（如传统语音通话） |
| HCI Event | 0x04 | 控制器→主机，由蓝牙芯片上报给蓝牙协议栈的事件，上报事件（如命令完成、状态变化） |
| HCI ISO Data（Core 5.2+） | 0x05 | 双向，用于发送LE audio，传输 LE Audio 的 ISO 同步数据（这部分是在core5.2才添加） |
三、代码实现：H4 数据发送流程（以 HCI_RESET 为例）
以下通过HCI_RESET 命令发送，解析 H4 的核心逻辑：
3.1 缓冲区分配
H4 需要额外 1 字节存储 Type，因此缓冲区长度 = HCI 原始数据长度 + 1：
// BT_TRANSPORT_TYPE=0x02 表示H4模式
struct bt_pbuf_t *p = bt_pbuf_alloc(BT_TRANSPORT_TYPE, HCI_RESET_PLEN + 1, BT_PBUF_RAM);
3.2 组装 HCI 原始数据
通过hci_cmd_ass函数构建 HCI 命令的 opcode、参数（如 HCI_RESET 的原始数据为0x03 0x0c 0x00）。
3.3 插入 H4 Type
- 先通过
bt_pbuf_header将缓冲区头部后移 1 字节，预留 Type 空间； - 再填充类型（命令类型对应
0x01）：
bt_pbuf_header(p, 1); // 头部后移1字节，腾出Type位置
((uint8_t *)p->payload)[0] = PHYBUSIF_PACKET_TYPE_CMD; // 写入Type=0x01
3.4 UART 发送
将 “Type + HCI 数据” 拷贝到 UART 发送缓冲区，最终通过uart_bt_send发送：
uint8_t *tx_buffer = bt_get_tx_buffer();
bt_pbuf_copy_partial(p, tx_buffer, p->tot_len, 0); // 拷贝完整数据包
uart_bt_send(tx_buffer, p->tot_len); // UART发送
四、UART 硬件配置要求
为保证 H4 通信稳定，UART 需严格配置：
| 配置项 | 参数值 | 说明 |
|---|---|---|
| 数据位 | 8 bit | 标准 HCI 数据宽度 |
| 奇偶校验 | 无（No Parity） | 避免校验位干扰 |
| 停止位 | 1 bit | 最简同步方式 |
| 流控 | 硬件流控（RTS/CTS） | 防止数据溢出（必选） |
STM32 配置示例：
USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;
USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;
USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;
USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_RTS_CTS;
Linux 配置示例（termios）：
toptions.c_cflag &= ~CSTOPB; // 1停止位
toptions.c_cflag |= CS8; // 8数据位
toptions.c_cflag &= ~PARENB; // 无校验
toptions.c_cflag |= CRTSCTS; // 使能硬件流控
五、同步与纠错机制
UART 通信可能因噪声、波特率偏差等失步（如检测到无效 Type，或数据包长度异常），处理规则：
控制器→主机 失步：
控制器会上报 HCI Hardware Error 事件，主机需发送 HCI_RESET 命令 复位控制器，通过 “HCI Reset 命令完成事件” 重新同步。主机→控制器 失步：
主机检测到失步后，发送 HCI_RESET 命令，控制器执行复位并恢复同步。
H4 通过 “1 字节 Type” 的极简设计，在 UART 上高效承载 HCI 数据；结合硬件流控和复位机制，保障了通信的可靠性。这种设计让 H4 成为资源受限场景（如嵌入式设备）的首选传输方案。