BLE vs 经典蓝牙
蓝牙技术联盟（Bluetooth SIG）维护两套截然不同的蓝牙标准：经典蓝牙（Classic Bluetooth / BR/EDR） 和 低功耗蓝牙（Bluetooth Low Energy / BLE）。ESP32 同时支持两者，但 IoT 设备绝大多数场景使用 BLE。
| 特性 | 经典蓝牙 | BLE（低功耗蓝牙） |
|---|---|---|
| 频段 | 2.4GHz，79 个 1MHz 信道 | 2.4GHz，40 个 2MHz 信道 |
| 数据速率 | 1~3 Mbps | 125Kbps~2Mbps（BLE 5） |
| 功耗 | 高（持续传输） | 极低（突发传输，平均 μA 级） |
| 连接建立 | 约 100ms | 约 3ms |
| 典型应用 | 音频（耳机/音箱）、文件传输 | 传感器、健康设备、Beacon |
| Profile 标准 | A2DP（音频）、HFP（通话） | GATT（自定义服务）、HRS/HID 等 |
BLE 5.0 新特性
BLE 5.0（2016年）引入了两个重要新特性：LE Audio（低延迟音频，适合助听器等）和 扩展广播（Extended Advertising）（广播包最大 255 字节，旧版仅 31 字节）。ESP32 原生支持 BLE 4.2，乐鑫新款芯片（ESP32-S3等）支持 BLE 5.0。
BLE 协议栈分层架构
BLE 协议栈层次结构：
应用层（App）
│
┌───▼───────────────────────────┐
│ GATT（通用属性协议） │ ← 定义数据格式和读写操作
└───────────────────────────────┘
│
┌───▼───────────────────────────┐
│ ATT（属性协议） │ ← Client/Server 数据交换
└───────────────────────────────┘
│
┌───▼───────────────────────────┐
│ SMP（安全管理协议） │ ← 配对、绑定、加密
└───────────────────────────────┘
│
┌───▼───────────────────────────┐
│ GAP（通用访问规范） │ ← 广播、扫描、连接管理
└───────────────────────────────┘
│
┌───▼───────────────────────────┐
│ L2CAP（逻辑链路控制） │ ← 数据分段重组
└───────────────────────────────┘
│
┌───▼───────────────────────────┐
│ LL（链路层） │ ← 物理信道访问、CRC
└───────────────────────────────┘
│
┌───▼───────────────────────────┐
│ PHY（物理层） │ ← 1M/2M/Coded 调制
└───────────────────────────────┘
GATT 核心概念
Profile（规范）
由蓝牙联盟或自定义的一套 Service 集合，定义特定功能（如心率监测 HRS Profile、电池服务 BAS Profile）。
Service（服务）
功能单元，用 128-bit UUID 标识（标准服务有 16-bit 简短 UUID）。一个 Profile 可包含多个 Service，如 HRS Profile 包含心率服务 (0x180D) 和设备信息服务 (0x180A)。
Characteristic（特征值）
实际数据载体，每个 Service 包含一个或多个 Characteristic。每个 Characteristic 有属性（Properties）：READ、WRITE、NOTIFY、INDICATE 等。
Descriptor（描述符）
Characteristic 的元数据。最重要的是 CCCD（Client Characteristic Configuration Descriptor，UUID 0x2902），客户端写入 0x0001 启用 Notify，写入 0x0002 启用 Indicate。
Notify vs Indicate
Notify：服务器主动推送数据，不等待客户端确认（可能丢失）。Indicate：服务器推送后等待客户端 ATT_HANDLE_VALUE_CONFIRM 确认，更可靠但开销更大。
NimBLE vs Bluedroid
ESP-IDF 提供两套蓝牙协议栈可供选择：
NimBLE（推荐）
Apache 开源项目，代码更小（约 65KB vs Bluedroid 的 200KB+），配置更简单，ESP-IDF v4.4+ 起稳定，API 更现代。新项目推荐使用 NimBLE。
Bluedroid
来自 Android 的完整蓝牙协议栈，同时支持 BLE 和经典蓝牙（A2DP/HFP 等）。需要音频功能时必须使用 Bluedroid，内存占用更大。
在 menuconfig 中选择协议栈
# 打开配置菜单
idf.py menuconfig
# 路径：Component config → Bluetooth → Bluetooth controller → ...
# 选择 NimBLE - BLE only（仅需 BLE）
# 或 Bluedroid - Dual-mode（需要经典蓝牙/音频）BLE 广播与扫描
BLE 设备在未连接时可以持续广播（Advertising）数据包，最大 31 字节（BLE 5 扩展广播可达 255 字节）。其他设备扫描（Scanning）时可以接收这些广播，无需建立连接。这是 iBeacon、EddyStone 等定位技术和 Mesh 网络的基础。
/* NimBLE 广播示例（BLE Beacon，无需连接） */
#include "nimble/nimble_port.h"
#include "nimble/nimble_port_freertos.h"
#include "host/ble_hs.h"
#include "host/util/util.h"
#include "services/gap/ble_svc_gap.h"
static void ble_advertise(void)
{
struct ble_gap_adv_params adv_params = {
.conn_mode = BLE_GAP_CONN_MODE_NON, // 不可连接的广播
.disc_mode = BLE_GAP_DISC_MODE_GEN, // 通用可发现
.itvl_min = 160, // 100ms（单位 0.625ms）
.itvl_max = 160,
};
struct ble_hs_adv_fields fields = {
.flags = BLE_HS_ADV_F_DISC_GEN | BLE_HS_ADV_F_BREDR_UNSUP,
.name = (uint8_t *)"ESP32-Sensor",
.name_len = strlen("ESP32-Sensor"),
.name_is_complete = 1,
};
ble_gap_adv_set_fields(&fields);
ble_gap_adv_start(BLE_OWN_ADDR_PUBLIC, NULL, BLE_HS_FOREVER,
&adv_params, NULL, NULL);
}心率计 HRS Profile 实现
心率服务（Heart Rate Service，UUID 0x180D）是蓝牙联盟标准化的 GATT Profile，包含心率测量特征值（0x2A37），手机健康 App 可直接识别。
#include "services/hrs/ble_svc_hrs.h"
#include "nimble/nimble_port.h"
/* Heart Rate Measurement 数据格式（第一字节为 Flags）：
Bit 0: 0=uint8, 1=uint16 心率值
Bit 1: 传感器接触状态
Bit 4: RR 间隔是否存在 */
static void heart_rate_task(void *arg)
{
uint8_t hr = 60;
while (1) {
/* 模拟心率变化 */
hr = 60 + (esp_random() % 40);
ble_svc_hrs_heart_rate_set(hr); // 更新心率值
ESP_LOGI("HRS", "心率: %d bpm", hr);
vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(1000));
}
}
static void ble_host_task(void *param)
{
nimble_port_run(); // 阻塞运行 BLE 主机任务
nimble_port_freertos_deinit();
}
void app_main(void)
{
nvs_flash_init();
nimble_port_init();
ble_svc_gap_init(); // 初始化 GAP 服务
ble_svc_gatt_init(); // 初始化 GATT 服务
ble_svc_hrs_init(); // 初始化心率服务
ble_svc_gap_device_name_set("ESP32-HeartRate");
nimble_port_freertos_init(ble_host_task);
xTaskCreate(heart_rate_task, "hr_task", 2048, NULL, 5, NULL);
}手机端测试工具推荐
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