用ESP32作为你树莓派的Linux无线协处理器

# 用 ESP32 做你的 Raspberry Pi Linux 无线协处理器 Source: https://hackaday.com/2026/10/07/esp32-as-your-raspberry-pis-linux-wireless-co-processor/ 如今没有无线连接的笔记本电脑已经很少见了——但当你选购性能强劲的 Linux 单板计算机（SBC）时，却发现不少产品在 WiFi 上偷工减料。与此同时，当前的无线网卡也常常令人失望：一堆专有固件、短暂甚至二进制的驱动程序、从未修复的奇怪故障，有时干脆就是带有过期时间的无源码 blob。也许你的 SBC 没有空闲的 USB 口来插即插即用的 WiFi 芯片，或者你不想为一个难以采购的小众邮票孔模块做设计。 如果我告诉你有一个独特的解决方案呢——只要你的 SBC 有一个空闲的 SDIO 或 SPI 接口就行？有一款无线网卡我们都可以试试看，它当然不完美，但给了我们更多的成长空间——它的固件相当开放，出自一家有信誉的公司，而且几乎保证货源充足。我说的当然是 `esp-hosted`——用 ESP32 模块通过 SDIO 或 SPI 作为你的 WiFi/BT 网卡。 我最近在项目中加入了 ESP32-C6，配置 `esp-hosted` 的过程并不轻松——所以这里有一份指南，顺便聊聊是什么让 `esp-hosted` 如此酷、如此充满前景。先剧透一下：它支持切断供电的隐私开关，它可以被改造成运行 mesh 协议的协处理器，它甚至可能帮助我们打造一块完全开源的 SDIO WiFi 网卡。 ## 两个分支，支持大多数芯片 先做一个快速说明：`esp-hosted` 屋檐下其实有两个项目（https://github.com/espressif/esp-hosted/）。 有 `esp-hosted-mcu`（之前叫 `esp-hosted-fg`，"第一代"），它将 ESP32 作为一个更偏 MCU 角色的芯片运行来连接 WiFi，并在 Linux 侧提供一个相对有限但自给自足的接口；连接层面的管理主要由 ESP32 模块完成，所以无论宿主机重启还是完全关机，它都会连接到你定义的 WiFi 网络。因此，`esp-hosted-mcu` 最适合微控制器，或者你希望 ESP32 成为一个完全独立运行的实体的情况。想让你的 ESP32 成为你的板子的 EC（嵌入式控制器），并附带 WiFi 连接功能？那就选 `-mcu` 版本。 `esp-hosted-linux`（之前叫 `esp-hosted-ng`，"新一代"）将无线协议栈留在 Linux 侧，ESP32 作为 Linux 无线协议栈的一个相对轻薄的代理。我这里主要讨论 `esp-hosted-linux`，因为它在 Linux 下的行为方式最接近普通 WiFi 网卡的"原生"表现，不过本文的大部分内容同样适用于 `esp-hosted-mcu`。 `esp-hosted` 需要两个搭档：一台有空闲 SDIO 或 SPI 接口的 Linux 计算机，以及一个受支持的 ESP32 芯片/模块，我选了 ESP32-C6。普通的 ESP32-WROOM 模块就绰绰有余了，不过大多数更新的芯片也被支持。具体来说，ESP32-S2、-S3、-C2、-C3、-C5 和 -C6/C61 都可以与 `esp-hosted-linux` 配合使用。如果你用的是像 -S31 这样的芯片，可以查看父项目的 issue 跟踪器（https://github.com/espressif/esp-hosted/issues）。我选了 C6，因为当时我觉得它是支持功能最多的芯片，而且只比其他型号贵一点点，为什么不选呢？然而！这是一个错误，如果我重新设计一块板子，我会选 ESP32-C5。事实证明，尽管 C 编号更低，ESP32-C5 实际上比 ESP32-C6 更好，特别是它支持 5GHz。 接下来，你需要通过 SDIO 或 SPI 连接它——如果可以的话我推荐 SDIO，因为速度快得多。有一点要注意——确保你的 SBC 的 SDIO 接口被操作系统支持，而不是处于"硬件就绪，就差有人把驱动写出来"的尴尬状态，除非那个人就是你。如果你已经有一块开发板，可以在你认为是 SDIO 引脚上临时接一张 SD 卡来验证 SDIO 接口是否真的能工作！ SDIO 本质上是一条全双工并行总线，包含一个控制信号（CMD）、一个时钟（CLK）和四条数据线（D0-D3）——如果你喜欢清修苦行，也可以只用一条数据线 D0。这些信号线翻转速度很快，而且不是差分对，所以你需要按单端信号的规则认真布局。我会写一篇更大的 SDIO 文章，但在此之前，请参考网上众多的 SDIO 布局教程。下面是一份参考原理图： 简短的 SDIO 布局建议：确保下方有连续的接地回流路径，尽量做好信号间的等长匹配（1mm 以内？），并尽可能缩短 SDIO 链路的走线长度。从 Pi Zero 或全尺寸 Pi 的 40 针排针引出 SDIO 时，有些信号需要大量等长匹配，有些则完全不需要——这是正常的，Raspberry Pi 的 GPIO 引脚排列就是这样，只需记住做好匹配即可。按照 ESP-Hosted 文档的要求，需要同时加入串联电阻和上拉电阻。 除了 SDIO 信号之外，你还需要控制 EN 引脚，这样驱动程序可以在开始通信之前将 ESP32 复位到已知良好的状态。如果 GPIO 不够用，也可以像 OLED 显示屏那样用经典的 RC 电路来处理 EN——驱动程序希望 EN 有供电，但并不是必须的，如果你自己处理 EN 的切换，可以在驱动初始化脚本中传入 `resetpin=-1`。 单面布局中同时放置上拉和串联电阻的示例 BOOT 引脚不需要担心。但你需要确保有足够的 3.3V 电源：300mA 到 400mA。Raspberry Pi 板上的 3.3V 电源轨一般足够为 ESP32 供电，但在其他 SBC 上，你可能需要额外添加一个 3.3V 稳压器来满足 ESP32 的 3.3V 需求。最后但同样重要的是，以某种方式引出 ESP32 的 USB 口，因为你需要用它来烧录固件。值得庆幸的是，固件只需要烧录一次。我个人把它引到了一个 4 针 JST-SH 接口上，引脚排列类似 QWIIC，可以在上面的原理图中看到。 ## 编译固件，或者不编译 你需要做三件事（https://github.com/espressif/esp-hosted-linux/blob/master/docs/porting_guide.md）：确保你的 SBC 的 SDIO（或 SPI）接口已释放，编译并烧录 ESP32 固件，然后编译并加载驱动程序。不一定非要按这个顺序，但三件事你都得做。 在 Raspberry Pi 上释放 SDIO 接口相对容易：只需修改 `config.txt` 即可（https://github.com/espressif/esp-hosted-linux/blob/master/docs/setup.md#22-sdio-configuration）。你只需要重新映射 SDIO 引脚，如果板上已有 WiFi 网卡，还需要禁用其蓝牙功能。"禁用蓝牙"这一步很可能是必须的，因为板载 WiFi 网卡的固件是通过 SDIO 上传的，所以网卡的蓝牙部分反正也无法工作。这样做还能释放 Pi 上的 UART 控制台端口，如果你需要调试 WiFi 接口的初始化，这会非常有帮助！顺便说一句，我对 `poll_once=off` 这个 SD overlay 参数是否必需持怀疑态度，而且它确实会刷屏 `dmesg`。如果你需要清除那些刷屏信息，去掉这个轮询选项可能是个好办法。 在其他 SBC 上，你可能会在 SDIO 上遇到一些麻烦，但只要不是太小众的东西，应该问题不大。如果你在做自己的 SBC，而且有开发板，可以放心地将一个 microSD 卡座接到 SDIO 引脚上，按需加上拉电阻，用一张空闲的 microSD 卡来调试 SDIO 接口的初始化。如果 microSD 卡能正常工作，那 ESP32 大概率也能工作。 ESP32 固件的编译也相对简单。也许你不想在 SBC 上编译 ESP32 固件，因为 RAM 可能不够，执行 `cmake` 时会卡死。在 Pi Zero 上，卡死几乎是必然的。直接用你的台式电脑编译固件，省去这些麻烦。或者，你也可以跳过所有步骤，直接从 GitHub 的 Releases 页面下载固件（https://github.com/espressif/esp-hosted/releases）。目前这些发布版本还放在旧仓库中，但我预计最终新版本会放到 `esp-hosted-linux` 仓库中，敬请关注。 确保你的驱动程序是用与 ESP32 固件相同的 `esp-hosted` git 仓库版本编译的，可以使用 `git log` 之类的命令检查最后一次提交。否则，驱动会发出警告并拒绝加载。如果你认为版本差异太小，可以将该警告补丁掉，但风险自负。 ## 用老派方式完成的驱动 现在来说说驱动程序，你可能需要在 SBC 上直接编译驱动，除非你做交叉编译。`rpi_init.sh` 脚本会编译并加载驱动，其中还包含一些你可能觉得有用的注意事项。如果你的 SBC 内存只有 512MB 或更少——用编辑器打开 `rpi_init.sh`，找到 `make -j8` 命令（https://github.com/espressif/esp-hosted-linux/blob/master/host/rpi_init.sh#L65），将其替换为 `make -j2`（甚至 `-j1`）。否则，编译过程会耗尽内存并使你的 SBC 卡死。 现在所有东西都连接好了吗？如果 SDIO 配置正确且固件已烧录，驱动会成功加载，然后会出现一个 `wlan` 接口。出问题了？查看 `dmesg` 里的驱动模块调试输出。我喜欢在一个空闲的终端窗口中运行 `dmesg -Hw`，或者干脆让它在后台运行。 `rpi_init.sh` 脚本是调试的好工具，但当你想长期运行模块时，你就想甩掉它了，主要是因为它每次运行都会重新编译模块。在同一个目录下，你会发现 `esp_sdio.ko`——那就是你刚刚编译的 Linux 模块。这样做： ``` sudo cp esp_sdio.ko /lib/modules/$(uname -r)/kernel/drivers/ sudo depmod -a ``` 这可能有点 hack，但至少现在你可以用 `modprobe esp_sdio` 代替从脚本目录运行 `insmod` 了。然后你还可以把模块名（`esp_sdio`）写入 `/etc/modules`，让它每次启动时自动加载，这比重新运行脚本和随之而来的重新编译好太多了。 ## 能用，非常有前景 忘记加上拉电阻了，只能临时凑合 当然，还有一些需要改进的地方。首先，模块应该被正确集成到设备树接口中，这样就不需要手动添加到 `/etc/modules`，而是可以通过 overlay 自动加载。它也应该获得 `dkms` 集成，就像 esp8089 驱动的分发方式一样。目前，每次内核升级后你都需要重新编译并将模块重新放入内核模块目录，而 `dkms` 可以彻底解决这个问题。吞吐量还可以（https://github.com/espressif/esp-hosted-linux#5-throughput-performance），在默认 SDIO 频率下可以达到 40 Mbps 到 50 Mbps。如果你觉得你的硬件条件足够好，可以进一步压榨 SDIO 的极限，这里有一些可以调整的旋钮和参数（https://github.com/espressif/esp-hosted-linux/blob/master/docs/porting_guide.md#242-sdio）！ ## 很酷的技巧，但是为什么呢？ 那为什么要聊这个呢？有四个我认为重要的原因。首先，这是我知道的唯一一款能通过 SDIO 传递蓝牙而不是占用 UART 端口的 WiFi 网卡，这对 Pi Zero 尺寸的板子尤其有用。仅凭这一点就已经很酷了。 其次，虽然代码并不完美，而且有一大堆待处理的 pull request，但 `esp-hosted` 在我的项目中确实能正常处理硬件电源开关！ESP32 断电时不会导致内核模块崩溃或故障，它能无缝地断开和重新连接，硬件开关就是能正常工作，我觉得这一点非常可爱。 接下来的两个原因都与它本质上是一块开源固件 WiFi 网卡有关。ESP32 的固件并非完全开源，RF 部分按照惯例是闭源的，并以 blob 形式编译进去，但已经有一些（https://hackaday.com/2024/01/15/reverse-engineering-the-esp32s-wifi-binary-blob-with-a-faraday-cage/）相当了不起的（https://hackaday.com/2024/05/27/the-long-road-towards-reverse-engineering-the-esp32-wi-fi-driver/）项目（https://hackaday.com/2024/12/28/38c3-towards-an-open-wifi-mac-stack-on-esp32/）在尝试解放 ESP32 WiFi 协议栈中的专有部分。随着越来越多的人参与尝试，我们完全有可能将无处不在的 ESP32 模块变成完全开源固件的 Linux WiFi 网卡，价格极其低廉且随处可见。真正对黑客友好的持久型 WiFi 网卡，有什么理由不爱呢？ 最后一个原因是最有趣的，甚至不需要去专有化。在完成 SDIO 接线之后，ESP32 还剩下很多空闲引脚，其中包括高速 SPI 引脚。谁说我们不能在上面接一个 LoRa 调制解调器来运行 Meshtastic/Meshcore 之类的呢？由于固件大部分是开源的，理论上可以在 WiFi/BT 的间隙中添加任何代码，然后将有意义的数据转发给 Linux 宿主机。而且我也没忽略新 ESP32 芯片原生支持 Zigbee 和 Thread，将这些功能暴露给 Linux 也只不过是写代码的事。对我来说，这才是最棒的部分——想象有一天我们可以把 ESP32 变成运行 Linux 的 CPU 的真正瑞士军刀式通信协处理器。