Доброго! Вопрос более концептуальный чем практический (именно по системотехнике) - мне интересно не как это сделать, а как это сделать наиболее красиво, легко, понятно, правильно, удобно.
Смысл таков: есть железка с МК (кортекс М3), которая может соединятся с компом или андроидом по разным интерфейсам: usb/bluetooth/gsm-инет. Причем каждый из этих интерфейсов в конкретный момент времени используется только один. Пока еще софта ни какого особо нет. Хотелось бы придумать какой-нибудь наиболее универсальный способ или формат обмена данными чтобы его можно было с наименьшими трудо-затратами, и наименьшей кривизной реализовать поверх этих интерфейсов (то есть вообще любых байт-ориентированных интерфейсов). Раньше до этого я всегда все делал руками: придумывал единый логический формат (байты заголовка, размера, данных, црц), и его подгонял под разную физику. Такой подход работает, но меня не покидает чувство будто я что-то делаю не так и чувство брака знаний в технологиях, поэтому в начале нового проекта решил проконсультироваться с профессионалами. Может есть какие-нибудь готовые решения/стандарты/либы? Интересно узнать как это реализовывают опытные разработчики.

Все зависит от конкретной области применения.
Далее Вам чего-то насоветуют, во многих вариантах. Но обратите внимание на факты.
Телеграфный протокол USART существует уже более сотни лет. И что, есть там единый стандарт?
Пусть не физический, но хотя бы логический? Нет, там разная длина синхросигнала, количество бит в слове, стоповых бит, методы подсчета контрольной суммы.
И то же самое по упаковке кадров. Заголовки, методы защиты от искажений, методы уплотнения и куча всего другого.
Каждый сам себе Эдисон.

Ни один из названных вами интерфейсов не является байт ориентированным.
Они все пакетные на физическом уровне.
Если вам они кажутся байт ориентированными значит вы уже имеете с ними дела через слой других протоколов.
И тут надо уточнять, что на самом деле не USB, а скажем виртуальный COM порт через CDC профиль, поверх USB.
Или не Bluetooth, а виртуальный COM порт через SPP профиль поверх RFCOMM.
С GSM-ом то же самое, только еще большая глубина вложенности протоколов.


И все они эмулируют байт ориентированность с разной степенью кривизны.
Через это достаточно сносно работают только очень медленные человеко-машинные протоколы типа VT100.
А протоколы IoT не должны полагаться на виртуальные COM порты, а работать на более адаптированных для специфики среды уровнях, а потому ни о какой универсальности речи быть не может.

SCPI