ESP32 藍牙傳統 SPP（Serial Port Profile）完整教學：BT Classic 通訊、RFCOMM 框架、主從架構與 HC-05 相容

ESP32 藍牙傳統 SPP（Serial Port Profile）

ESP32 是一顆雙模藍牙晶片，同時支援 Bluetooth Classic（BR/EDR）與 Bluetooth Low Energy（BLE）。而在這兩者之間，最容易被低估、卻也最實用的其實是老派的藍牙傳統 SPP：它把無線藍牙連線模擬成一個虛擬序列埠，讓原本跑在有線 UART 上的設備，幾乎不用改程式就能變成無線的。

這件事的價值在於「不用重新發明協定」。你原本寫的序列埠讀寫邏輯、你儀器手冊上寫的 AT 指令、你的 Modbus 輪詢程式，通通可以照用 —— 只是那條線不見了。

藍牙傳統 SPP 最常見的應用場景：

• Arduino 無線燒錄與序列監控
• GPS 接收器資料串流
• 醫療設備（血壓計、體重計）資料傳輸
• 工業 PLC 無線除錯
• 取代 HC-05/HC-06 藍牙模組

Bluetooth Classic vs BLE

先解決一個很多人會卡住的問題：既然 ESP32 兩種都有，那我該用哪一種？答案不是「BLE 比較新所以選 BLE」，而是取決於你要傳什麼、以及對面那台裝置支不支援。

看這張表最快能抓到兩個關鍵：SPP 只有 Classic 有，BLE 沒有對應的序列埠 Profile；而 iOS 完全不支援 SPP。所以如果你的產品要接 iPhone，那不管 Classic 多適合透傳，你都只能走 BLE。反過來說，只要你有音頻串流或大流量資料的需求，Classic 的頻寬就是必要條件。

藍牙傳統協定棧

知道了要選 Classic，接著看它內部怎麼分層。SPP 站在最上層，往下每一層各司其職：

各層的職責是這樣切開的：

• Radio：79 個 1 MHz 頻道，以 1600 hops/s 跳頻
• Baseband：管理 ACL 非同步無連線邏輯傳輸
• Link Manager：配對、認證、加密、功率控制
• HCI：主機控制器介面（ESP32 內部使用，不開放給用戶）
• L2CAP：邏輯鏈結控制與適配協定，封裝/分段/重組
• RFCOMM：序列埠模擬協定，支援 RS-232 控制訊號
• SDP：服務發現協定，查詢遠端裝置支援的 Profile
• SPP：序列埠規範，定義 RFCOMM 如何模擬序列埠

寫程式時你只會碰到最上面的 SPP，但除錯時常常要往下想：連不上是 SDP 查不到服務？通道開不起來是 RFCOMM 的問題？還是根本卡在 Link Manager 的配對階段？知道分層，問題就有一半的輪廓了。

SPP 連線流程

從「我想連上對方」到「資料開始流動」，中間其實有五個階段：

1. Inquiry（查詢）：ESP32 發送查詢請求，掃描附近裝置（約 10~30 秒）
2. Page（分頁）：找到目標裝置後，發送 Page 訊息建立 ACL 連線
3. SDP Query：查詢遠端裝置是否支援 SPP Profile
4. RFCOMM Connect：建立 RFCOMM 通道（虛擬序列埠）
5. Data Stream：雙向序列資料傳輸開始

注意第一步的時間尺度：Inquiry 動輒十幾二十秒。如果你已經知道對方的 MAC 位址，就直接跳過掃描，連線時間會從「秒」變成「毫秒」等級 —— 這也是為什麼正式產品幾乎都會把 MAC 寫死在程式裡。

RFCOMM 資料框架

資料送上無線之前會被包成框架。把它拆開來看，其實就是幾個欄位加上你的資料：

其中 Information 就是序列埠實際要傳的內容，其他欄位都是為了讓無線這段可靠傳輸而加上去的開銷。開銷是固定的，所以你的封包切得越小，被標頭吃掉的比率就越高 —— 這就是下一節效能數字背後的原因。

Arduino 程式設計

藍牙 SPP 從裝置（SerialToSerialBT）

從裝置最簡單，基本上就是把序列埠換成藍牙版本：

// ESP32 藍牙 SPP 從裝置（最簡範例）
// 手機可透過 Serial Bluetooth Terminal App 連線
#include "BluetoothSerial.h"

BluetoothSerial SerialBT;

void setup() {
    Serial.begin(115200);
    SerialBT.begin("ESP32_SPP_Device");  // 藍牙名稱
    Serial.println("藍牙 SPP 已啟動，等待連線...");
}

void loop() {
    // 讀取藍牙接收的資料，轉發到硬體序列埠
    if (SerialBT.available()) {
        char c = SerialBT.read();
        Serial.write(c);
    }

    // 讀取硬體序列埠，轉發到藍牙
    if (Serial.available()) {
        char c = Serial.read();
        SerialBT.write(c);
    }

    delay(5);
}

藍牙 SPP 主裝置（掃描並連線）

反過來，當 ESP32 要主動找對方連線時，就得走完整的掃描流程：

// ESP32 藍牙 SPP 主裝置 — 掃描並自動連線
#include "BluetoothSerial.h"

BluetoothSerial SerialBT;
String remoteName = "HC-05";
bool connected = false;

void setup() {
    Serial.begin(115200);
    SerialBT.begin("ESP32_Master");
    Serial.println("開始掃描藍牙裝置...");
}

void loop() {
    if (!connected) {
        // 掃描並連線
        BTScanResults *results = SerialBT.discover(15);  // 掃描 15 秒

        if (results) {
            for (int i = 0; i < results->getCount(); i++) {
                BTAdvertisedResult *device = results->getDevice(i);
                if (device->getName().indexOf(remoteName) >= 0) {
                    Serial.printf("找到 %s (%s)，正在連線...
",
                        device->getName().c_str(),
                        device->getAddress().toString().c_str());

                    if (SerialBT.connect(device)) {
                        connected = true;
                        Serial.println("連線成功！");
                    }
                    break;
                }
            }
            delete results;
        }

        if (!connected) {
            Serial.println("未找到目標裝置，10 秒後重試...");
            delay(10000);
        }
    } else {
        // 已連線，資料透傳
        if (SerialBT.available()) {
            Serial.write(SerialBT.read());
        }
        if (Serial.available()) {
            SerialBT.write(Serial.read());
        }

        // 檢查連線狀態
        if (!SerialBT.connected()) {
            Serial.println("連線中斷！");
            connected = false;
            delay(1000);
        }
    }
}

指定 MAC 位址連線（跳過掃描）

如果裝置是固定的，直接填 MAC 位址最乾脆，也避開了那十幾秒的 Inquiry：

// ESP32 藍牙 SPP — 直接連線到指定 MAC 位址
#include "BluetoothSerial.h"

BluetoothSerial SerialBT;
const char* remoteAddress = "00:11:22:33:44:55";  // 目標裝置 MAC

void connectToKnownDevice() {
    // 從 MAC 字串建立位址物件
    uint8_t addr[6];
    sscanf(remoteAddress, "%hhx:%hhx:%hhx:%hhx:%hhx:%hhx",
        &addr[0], &addr[1], &addr[2],
        &addr[3], &addr[4], &addr[5]);

    if (SerialBT.connect(addr)) {
        Serial.println("連線成功！");
    } else {
        Serial.println("連線失敗！");
    }
}

自訂 UUID 與多重連線

當你要接的不是通用裝置，而是自己寫的服務，或是需要同時接多台，就得自己處理 UUID 與連線管理：

// ESP32 藍牙 SPP — 自訂 UUID 與多重連線
#include "BluetoothSerial.h"

BluetoothSerial SerialBT;

// 自訂 SPP UUID（預設為 0x1101）
// 可改用自訂 UUID 避免與其他 SPP 應用衝突
void customUUID() {
    // 使用 SerialBT API 設定自訂 UUID
    // SerialBT.registerSDPServiceRecord(uuid, name);
    // UUID 格式: "00001101-0000-1000-8000-00805F9B34FB"
}

// 監控連線事件
void setup() {
    Serial.begin(115200);

    // 註冊連線回呼
    SerialBT.register_callback([](esp_spp_cb_event_t event,
                                   esp_spp_cb_param_t *param) {
        switch (event) {
            case ESP_SPP_SRV_OPEN_EVT:  // 用戶端連入
                Serial.printf("用戶端連線: %s
",
                    param->srv_open.rem_bda->address[0]);  // 注意：此為簡化
                break;
            case ESP_SPP_CLOSE_EVT:     // 連線中斷
                Serial.println("連線中斷");
                break;
            default:
                break;
        }
    });

    SerialBT.begin("ESP32_SPP_Advanced");
}

ESP-IDF 原生 API

Arduino 框架底層其實就是包了這層 API。需要更細的控制，例如自己決定配對流程與 SDP 記錄時，就得直接用它：

// ESP-IDF 藍牙 SPP 範例
#include "esp_spp_api.h"

static void esp_spp_cb(esp_spp_cb_event_t event,
                       esp_spp_cb_param_t *param) {
    switch (event) {
    case ESP_SPP_SRV_OPEN_EVT:
        ESP_LOGI("SPP", "Client Connected");
        break;
    case ESP_SPP_DATA_IND_EVT:
        // 收到資料，回呼中處理
        ESP_LOGI("SPP", "Data received: %d bytes",
                 param->data_ind.len);
        // 回傳資料
        esp_spp_write(param->data_ind.handle,
                      param->data_ind.len,
                      param->data_ind.data);
        break;
    case ESP_SPP_CLOSE_EVT:
        ESP_LOGI("SPP", "Client Disconnected");
        break;
    default:
        break;
    }
}

void app_main(void) {
    esp_bt_controller_mem_release(ESP_BT_MODE_BLE);  // 僅使用 BT Classic

    esp_bt_controller_config_t bt_cfg = BT_CONTROLLER_INIT_CONFIG_DEFAULT();
    esp_bt_controller_init(&bt_cfg);
    esp_bt_controller_enable(ESP_BT_MODE_CLASSIC_BT);

    esp_bluedroid_init();
    esp_bluedroid_enable();

    esp_spp_register_callback(esp_spp_cb);
    esp_spp_init(ESP_SPP_MODE_CB);

    // 啟動 SPP 服務（自訂名稱）
    esp_spp_start_srv(ESP_SPP_SEC_NONE, ESP_SPP_ROLE_SLAVE,
                      0, "ESP32_SPP_IDF");

    ESP_LOGI("SPP", "SPP 服務已啟動，等待連線...");
}

藍牙配對與安全

序列埠一旦無線化，等於把 UART 暴露在空氣中，所以配對與加密不能省：

// ESP32 藍牙 SPP 配對模式設定
#include "esp_bt_device.h"

void setupSPPWithPairing() {
    // 設定配對 PIN 碼
    esp_bt_pin_type_t pin_type = ESP_BT_PIN_TYPE_FIXED;
    esp_bt_pin_code_t pin_code;
    memcpy(pin_code, "1234", 4);  // 固定 PIN 碼
    esp_bt_gap_set_pin(pin_type, 4, pin_code);

    // 或使用變數 PIN（使用者輸入）
    // esp_bt_pin_type_t pin_type = ESP_BT_PIN_TYPE_VARIABLE;
    // esp_bt_gap_set_pin(pin_type, 0, NULL);
}

// 連線安全模式
// ESP_SPP_SEC_NONE      = 0  (無安全)
// ESP_SPP_SEC_ENCRYPT   = 1  (加密)
// ESP_SPP_SEC_AUTH      = 2  (認證)
// ESP_SPP_SEC_AUTH_ENCRYPT = 3 (認證 + 加密)
// ESP_SPP_SEC_MODE4_LEVEL4  = 4  (最高安全)

實務上的取捨是：開發階段為了方便常常用「無需配對」，但產品出貨前一定要改成固定 PIN 或 SSP 配對，否則附近任何人都能連上你的裝置下指令。這不是理論風險，是真的會被掃到的。

效能測試

再來是大家最關心的：SPP 到底能跑多快？答案跟你的封包大小高度相關。

從測試數據可以總結：

• 最大吞吐量：約 85 KB/s（封包大小 672 bytes）
• 最佳封包大小：256~512 bytes（效能/延遲平衡）
• 最小封包 (16 bytes)：僅 18 KB/s（封包頭部開銷佔比過高）
• 延遲：0.9~7.9 ms，取決於封包大小
• 實際限制：L2CAP MTU = 672 bytes，RFCOMM 最大資料承載

換句話說，把資料累積到 256~512 bytes 再一次送，會比每筆資料都立刻送出去快上不少。這在寫資料記錄器或 GPS 轉發時特別有感。

HC-05 相容模式

如果你的專案原本是用 HC-05 模組，想換成 ESP32 又不想改上層程式，可以模擬它的 AT 指令介面：

// ESP32 完全相容 HC-05 AT 指令模式（遷移用）
// HC-05 使用 AT 指令設定，ESP32 原生不支援
// 但可自行實作 AT 指令解析器

void processATCommand(String cmd) {
    if (cmd == "AT") {
        SerialBT.println("OK");
    } else if (cmd.startsWith("AT+NAME")) {
        String name = cmd.substring(7);
        SerialBT.end();
        SerialBT.begin(name.c_str());
        SerialBT.println("OKsetname");
    } else if (cmd.startsWith("AT+PSWD")) {
        String pwd = cmd.substring(7);
        SerialBT.println("OKsetPSWD");
    } else if (cmd == "AT+ROLE") {
        SerialBT.println("+ROLE: 0");  // Slave mode
    } else {
        SerialBT.println("ERROR");
    }
}

多工應用：藍牙 + Wi-Fi 共存

接下來是 ESP32 最容易被誤解的一點：它雖然同時支援 Wi-Fi 與藍牙，但兩者共用同一顆 2.4 GHz 射頻。

// ESP32 藍牙 + Wi-Fi 同時運行
// ESP32 的 Bluetooth 和 Wi-Fi 共用同一個 2.4 GHz 天線
// 硬體協調器自動切換時槽

#include <WiFi.h>
#include "BluetoothSerial.h"

BluetoothSerial SerialBT;
WiFiServer server(80);

void setup() {
    Serial.begin(115200);

    // 同時啟用 Wi-Fi 和藍牙
    WiFi.begin("SSID", "PASSWORD");
    SerialBT.begin("ESP32_DualMode");

    server.begin();
    Serial.println("Wi-Fi + BT Classic 同時運行");
}

void loop() {
    // 藍牙資料處理
    if (SerialBT.available()) {
        String data = SerialBT.readString();
        Serial.printf("[BT] %s
", data.c_str());
    }

    // Wi-Fi HTTP 伺服器處理
    WiFiClient client = server.available();
    if (client) {
        // 處理 HTTP 請求
    }

    delay(5);
}

共存的代價就是「誰都不能全速跑」。實務上要記得：同時開啟時，藍牙與 Wi-Fi 的吞吐量都會下降，而且如果 Wi-Fi 通道選得不好，藍牙跳頻撞上 Wi-Fi 的機率會明顯上升。

雙模藍牙：BT Classic + BLE 共存

但如果你的需求是「Classic 做透傳、BLE 做手機連線」，那 ESP32 可以同時跑：

// ESP32 雙模藍牙範例（BT Classic SPP + BLE 同時）
// 注意：需要足夠的記憶體（建議使用 PSRAM）

// 使用 Arduino 框架時，BluetoothSerial 預設使用 BT Classic
// BLE 使用 BLEDevice / BLEServer 函式庫
// 兩者可同時初始化

// 同時啟用：
// BluetoothSerial SerialBT;  // BT Classic SPP
// BLEDevice::init("ESP32_BLE");  // BLE

// 記憶體注意事項：
// - BT Classic + BLE 同時啟用需要約 1.2 MB ROM + 200 KB RAM
// - 如果 OOM，請關閉不需要的功能（例如 BT Classic 的 A2DP）
// - 在 ESP-IDF menuconfig 中可以精細控制

// 天線共用：
// ESP32 內建 RF 交換器，BT 和 Wi-Fi 共用天線
// 不需要外部切換電路

實務注意事項

下面這張表幾乎涵蓋了 SPP 專案會遇到的九成問題，建議遇到狀況先來掃一遍：

常見應用

最後用一張表看看大家實際上拿 SPP 做什麼，以及對應的流量等級：

總結

ESP32 的藍牙傳統 SPP 是 IoT 開發中非常實用的功能，特別是當你要把一條有線 UART 變成無線的時候。跟市面上常見的 HC-05/HC-06 模組相比，ESP32 內建藍牙不僅成本更低、功耗更優，而且還能同時跑 Wi-Fi + BT Classic + BLE 三種模式。

把決策流程攤成文字，選型參考就是這幾句：

• 最簡序列透傳：BluetoothSerial + SerialBT.begin()（一行初始化）
• 主裝置主動連線：SerialBT.discover() + SerialBT.connect()
• 雙模共存：BT Classic SPP + BLE 同時運行
• 工業應用：ESP-IDF esp_spp_api + 加密配對 + 流量控制
• HC-05 遷移：AT 指令相容層 + 相同腳位配置

我自己的判斷順序很簡單：先看對面那台裝置支援什麼，再看資料量有多大，最後才挑 Profile。先把「能不能連上」確認清楚，再談「跑得多快」，會省下很多白做的工。