USB-BT 网络桥接器（lwIP NAT 方案）

源码路径：example/cherryusb/host/usb_bt_bridge_nat

概述

本示例实现了一个 USB-BT 网络桥接器：Dongle（SiFli SoC）通过 USB 以 RNDIS Host 身份接入手机（鸿蒙/Android）的”USB 网络共享”，同时以经典蓝牙 PAN NAP 角色接入蓝牙耳机（PANU）。耳机侧的数据报文经 Dongle 做 lwIP NAT（IPv4 转发 + 网络地址转换） 后，从 USB RNDIS 上行口转发到手机，从而让耳机获得访问 Internet 的能力。

本方案是”有 IP 的桥接”：Dongle 自身拥有两个 IP 接口（b0 蓝牙侧、u2 USB 侧），通过 NAT 把耳机的私有网段 192.168.43.0/24 转换到手机 USB 网络（如 10.196.255.x）。

支持的开发板

已在以下开发板验证：

  • sf32lb52 lcd 系列

硬件需求

  • 支持 USB Host 功能的 SiFli 开发板

  • USB Type-C 数据线

  • 鸿蒙/Android 手机（需支持”USB 网络共享”）

  • 支持蓝牙 PAN 的耳机（PANU）

技术原理

系统拓扑

Internet (WiFi/4G/5G)
        │
   ┌────┴───────┐
   │ 手机 (RNDIS Device) │  USB 网络共享（DHCP Server）
   └─────┬──────┘
         │ USB Type-C
   ┌─────┴──────┐
   │ Dongle（本示例）      │
   │  USB RNDIS Host      │  u2: 10.196.255.x（DHCP Client）
   │  BT PAN NAP          │  b0: 192.168.43.1（DHCP Server）
   │  lwIP NAT            │  NAT: 192.168.43.0/24 → u2
   └─────┬──────┘
         │ BT PAN / BNEP
   ┌─────┴──────┐
   │ 耳机 (PANU)           │  192.168.43.x（DHCP Client）
   └────────────┘

数据流

上行（耳机 → Internet）：

耳机 192.168.43.x
  → b0 接口（PAN BNEP 收包）
  → lwIP ip4_forward
  → ip_nat_out：源 192.168.43.0/24 命中 NAT 表 → 源地址改写为 u2 的 IP
  → u2 接口（USB RNDIS 发包）
  → 手机 USB 网络 → Internet

下行（Internet → 耳机）由 ip_nat_input 在收到回包时做反向 NAT（目的地址改写回 192.168.43.x），再从 b0 送回耳机。

关键实现点

  • USB 侧（u2）：CherryUSB RNDIS Host 枚举手机后，usbh_lwip.c 注册 lwIP 网卡 u2，eth_device_init() 自动启动 DHCP 客户端，从手机获取 IP/网关（如 10.196.255.3 / gw 10.196.255.57）。

  • 蓝牙侧（b0）：bt_pan 栈在 PAN 连接建立后注册 lwIP 网卡 b0（NAP 模式），并启动 DHCP 服务器（LWIP_USING_DHCPD），向耳机分配 192.168.43.2 ~ .254，网关为 b0 的 192.168.43.1。

  • NAT：main.c 的 rndis_monitor_thread 等待 u2 DHCP 绑定成功后调用 update_nat()，建立 NAT 规则 source=192.168.43.0/24 → out_if=u2（LWIP_USING_NAT）。NAT 只作用于转发路径（ip4_forward），不影响 Dongle 自身流量。

  • Dongle 自身上网：RNDIS 上行口拿到地址后，应用将其设为默认网卡（netdev_set_default(u2)），Dongle 自身的 ping/DNS/socket 走手机上行口。

例程的使用

编译和烧录

切换到例程project目录，运行scons命令执行编译：

scons --board=sf32lb52-lcd_a128r16 -j8

执行烧写命令：

build_sf32lb52-lcd_a128r16_hcpu\uart_download.bat

按提示选择端口即可进行下载：

please input the serial port num:6

耳机侧

可另取一块开发板作为耳机侧，耳机侧的固件选择 example\bt\pan 这个例程，按如上的编译烧录方式将 pan 例程烧录进第二块开发板中作为耳机侧进行测试

运行步骤

阶段一：USB 网络共享验证

  1. 烧录固件，串口打开终端

  2. USB 连接手机，手机开启”USB 网络共享”

  3. 观察 [USB] DHCP bound ... 日志

  4. Dongle 自身联网验证：ping 8.8.8.8

阶段二：蓝牙 PAN 连接

  1. 耳机侧烧录固件开机

  2. dongle侧发送扫描命令：pan_net inquiry start

  3. dongle侧发送连接命令：pan_net conn <耳机MAC>（如 pan_net conn 12345678abcd）

  4. dongle侧观察 [BT] PAN connected ... 与 [NAT] Enabled 192.168.43.0/24 b0 -> u2

阶段三：耳机上网验证

  • 耳机侧应通过 b0 的 DHCP 获得 192.168.43.x 地址，并能访问 Internet，可通过 ping 8.8.8.8 验证。

示例输出

TX:ping 8.8.8.8
   D/BT.lwip bts: rt_bt_lwip_protocol_recv netif 0x20037094
   D/NO_TAG bts: Active mode st: 0, inv: 0.00
   D/btapp_pan bts:  BTS2MU_PAN_STS_IND
   D/BT.lwip bts: rt_bt_lwip_protocol_recv netif 0x20037094
   60 bytes from 8.8.8.8 icmp_seq=0 ttl=106 time=901 ms
   D/BT.lwip bts: rt_bt_lwip_protocol_recv netif 0x20037094
   60 bytes from 8.8.8.8 icmp_seq=1 ttl=106 time=283 ms
   D/BT.lwip bts: rt_bt_lwip_protocol_recv netif 0x20037094
   60 bytes from 8.8.8.8 icmp_seq=2 ttl=106 time=286 ms
   D/BT.lwip bts: rt_bt_lwip_protocol_recv netif 0x20037094
   60 bytes from 8.8.8.8 icmp_seq=3 ttl=106 time=284 ms
   msh />msh />

异常诊断