어떤 문제를 풀려고 했나?

RTL-SDR은 일반적으로 PC나 Raspberry Pi 같은 Linux 기반 시스템에서 사용됩니다. 이 프로젝트는 그 구성을 MCU 수준까지 축소해 ESP32-S2 하나로 RTL-SDR을 제어하고, 네트워크를 통해 원격 SDR 서버처럼 동작할 수 있는지 검증합니다.

설계 관점에서 해결해야 할 과제는 세 가지입니다.

1. ESP32-S2가 USB Host로 RTL2832U + R820T2 기반 RTL-SDR 동글을 제어해야 합니다.
2. 연속적으로 들어오는 IQ 샘플을 MCU 내부에서 버퍼링해야 합니다.
3. 기존 SDR 프로그램과의 호환성을 위해 rtl_tcp 프로토콜을 유지해야 합니다.

그래서 프로젝트는 새로운 프로토콜을 정의하지 않고 rtl_tcp 서버 구조를 그대로 구현했습니다. 덕분에 GQRX, SDRSharp, SDR++와 같은 기존 SDR 클라이언트를 수정 없이 사용할 수 있습니다.

왜 Ethernet 경로가 필요했나?

SDR IQ 데이터는 센서처럼 간헐적으로 전송되는 데이터가 아니라 지속적으로 발생하는 스트림입니다. Wi-Fi도 사용할 수 있지만, SDR 수신기 주변에서 무선 송신이 동시에 이루어질 경우 지연 변화나 RF 간섭 가능성을 함께 고려해야 합니다.

저장소에는 Wi-Fi 기반 구현과 W5500 Ethernet 기반 구현이 함께 존재합니다. README에서도 Wi-Fi 기반 스트리밍 안정성을 확보하는 과정이 쉽지 않았다는 취지의 설명이 포함되어 있습니다.

이러한 배경에서 Ethernet 구현은 단순히 "Wi-Fi 대신 Ethernet"이 아니라, SDR 스트림을 보다 안정적으로 전달하기 위한 별도의 네트워크 경로를 구성하려는 설계 선택으로 볼 수 있습니다.

RTL-SDR USB Dongle
        │
        │ USB Host
        ▼
ESP32-S2
        │
        │ SPI
        ▼
WIZnet W5500 Ethernet Module
        │
        │ TCP / Ethernet
        ▼
GQRX / SDRSharp / SDR++ (rtl_tcp Clients)

왜 W5500인가?

이 프로젝트에서 W5500은 단순히 인터넷 연결을 제공하는 Ethernet 칩이 아닙니다.

ESP32-S2가 USB를 통해 수집한 IQ 데이터를 SDR 분석 프로그램으로 전달하는 유선 네트워크 인터페이스 역할을 수행합니다.

프로젝트에서 W5500을 선택한 이유는 다음과 같습니다.

• Wi-Fi 송신 없이 SDR IQ 데이터를 TCP로 전달할 수 있습니다.
• ESP-IDF Ethernet 드라이버를 통해 SPI Ethernet 인터페이스를 쉽게 구성할 수 있습니다.
• 애플리케이션은 일반 BSD Socket API를 그대로 사용할 수 있습니다.
• SDR 클라이언트에서는 일반적인 rtl_tcp 서버와 동일하게 인식됩니다.

즉, W5500은 MCU 기반 SDR 서버를 외부 분석 환경과 연결하는 네트워크 링크 역할을 담당합니다.

소스코드에서 확인되는 W5500 사용

대표 구현은 esp32s2/rtl_tcp_eth/w5500_macraw입니다.

반면 w5500_hwsockets는 WIZnet ioLibrary 기반 하드웨어 소켓을 직접 사용하는 실험 코드이며, 현재 저장소 상태에서는 대표 구현으로 보기 어렵습니다.

eth_config.h에서는 W5500 사용 여부와 실제 SPI 핀 구성이 정의되어 있습니다.

#define CONFIG_EXAMPLE_USE_W5500 1

#define CONFIG_EXAMPLE_ETH_SPI_MISO_GPIO 13
#define CONFIG_EXAMPLE_ETH_SPI_MOSI_GPIO 11
#define CONFIG_EXAMPLE_ETH_SPI_SCLK_GPIO 12
#define CONFIG_EXAMPLE_ETH_SPI_CS0_GPIO 10
#define CONFIG_EXAMPLE_ETH_SPI_INT0_GPIO 4

#define CONFIG_EXAMPLE_ETH_SPI_CLOCK_MHZ 40

sdkconfig.esp32s2에서도 W5500 Ethernet 드라이버가 활성화되어 있습니다.

CONFIG_ETH_SPI_ETHERNET_W5500=y

초기화 과정에서는 ESP-IDF Ethernet Framework가 W5500용 MAC과 PHY를 생성합니다.

eth_w5500_config_t w5500_config =
    ETH_W5500_DEFAULT_CONFIG(CONFIG_EXAMPLE_ETH_SPI_HOST, &spi_devcfg);

esp_eth_mac_t *mac =
    esp_eth_mac_new_w5500(&w5500_config, &mac_config);

esp_eth_phy_t *phy =
    esp_eth_phy_new_w5500(&phy_config);

이 코드로 W5500이 실제 Ethernet 인터페이스 생성 과정에 사용된다는 것을 확인할 수 있습니다.

rtl_tcp 호환성은 어떻게 유지했나?

애플리케이션은 새로운 프로토콜을 정의하지 않고 기존 rtl_tcp 서버와 동일한 동작을 구현합니다.

#define DEFAULT_PORT_STR "1234"
#define DEFAULT_SAMPLE_RATE_HZ 240000

실행 과정에서는 기본 수신 설정도 다시 지정됩니다.

frequency = 102400000;
gain = 100;
samp_rate = 240000;

TCP 서버 역시 일반적인 BSD Socket API 형태입니다.

listensocket = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);

bind(listensocket,
     (struct sockaddr *)&destAddr,
     sizeof(destAddr));

listen(listensocket, 1);

s = accept(listensocket,
           (struct sockaddr *)&remote,
           &rlen);

클라이언트가 접속하면 RTL0 매직 문자열과 튜너 정보를 먼저 전송하고, 이후 RTL-SDR 비동기 콜백에서 수집한 IQ 버퍼를 동일한 TCP 연결을 통해 지속적으로 전송합니다.

memcpy(&dongle_info.magic, "RTL0", 4);

send(s,
     (const char *)&dongle_info,
     sizeof(dongle_info),
     0);

bytessent =
    send(s,
         &curelem->data[index],
         bytesleft,
         0);

이 설계 덕분에 SDR++나 GQRX는 별도 수정 없이 ESP32-S2를 일반적인 rtl_tcp 서버처럼 사용할 수 있습니다.

W5500 하드웨어 소켓을 직접 사용하는 구조일까?

흥미로운 점은 대표 구현이 WIZnet ioLibrary의 하드웨어 소켓 API를 직접 사용하는 구조가 아니라는 점입니다.

w5500_macraw는 ESP-IDF Ethernet 드라이버를 통해 W5500을 하나의 Ethernet 인터페이스로 등록하고, 애플리케이션은 lwIP가 제공하는 BSD Socket API를 그대로 사용합니다.

즉, 애플리케이션은 일반적인 TCP 서버를 구현하는 것과 거의 동일한 방식으로 작성되어 있으며, W5500은 ESP-IDF 네트워크 계층 아래에서 SPI Ethernet 인터페이스 역할을 수행합니다.

반대로 저장소에 함께 포함된 w5500_hwsockets는 WIZnet ioLibrary 기반 하드웨어 소켓을 직접 사용하는 별도 실험으로 보이지만, 현재 저장소 상태에서는 대표 구현보다는 실험 코드에 가까운 것으로 판단됩니다.

이 프로젝트와의 공통점

세 프로젝트 모두 ESP32 계열 MCU와 W5500을 SPI Ethernet 인터페이스로 사용하는 구조라는 공통점이 있습니다. 반면 이번 RTL-SDR 프로젝트는 그 위에 USB Host 기반 RTL-SDR 제어와 rtl_tcp 호환 IQ 스트리밍을 결합했다는 점에서 응용 범위가 한 단계 확장된 사례라고 볼 수 있습니다.

어떤 점이 흥미로운가?

첫째, USB Host와 RTL-SDR 포팅을 ESP32-S2 하나로 통합했다는 점입니다. 일반적으로 PC나 Linux SBC가 수행하던 역할 일부를 MCU 환경으로 옮기려는 시도입니다.

둘째, 기존 rtl_tcp 생태계를 그대로 활용했습니다. 새로운 클라이언트를 만드는 대신 기존 SDR 프로그램과의 호환성을 유지함으로써 실험 결과를 쉽게 검증할 수 있도록 했습니다.

셋째, W5500을 연속적인 SDR IQ 스트리밍에 적용했습니다. 일반적인 센서 데이터 전송과 달리 지속적인 데이터 흐름을 Ethernet으로 전달하는 응용 사례라는 점에서 의미가 있습니다.

넷째, 동일한 프로젝트 안에서 Wi-Fi와 Ethernet 구현을 함께 제공해 두 방식의 특성을 비교할 수 있도록 구성했습니다.

현재 상태는 어떨까?

이 프로젝트는 완성된 제품보다는 실험적인 포팅 프로젝트로 보는 것이 적절합니다.

확인되는 한계는 다음과 같습니다.

• README 일부는 문자 인코딩 문제로 읽기 어려운 부분이 있습니다.
• 빌드 및 배선 절차가 충분히 문서화되어 있지 않습니다.
• w5500_hwsockets는 미완성 코드가 남아 있습니다.
• 장시간 동작이나 처리량에 대한 성능 검증 자료는 추가 확인이 필요합니다.

그럼에도 ESP32-S2 USB Host와 W5500 Ethernet을 결합해 MCU 기반 SDR 서버를 구현하려는 접근 자체는 충분히 기술적인 의미가 있습니다.

결론

이 프로젝트의 핵심은 W5500 자체보다 ESP32-S2 USB Host와 RTL-SDR 포팅을 기존 rtl_tcp 생태계에 연결했다는 점에 있습니다.

W5500은 그 사이에서 실시간 IQ 스트림을 전달하는 유선 네트워크 인터페이스 역할을 수행하며, MCU 기반 SDR 서버 구현 가능성을 탐색하는 중요한 구성 요소입니다.

문서화와 안정성은 아직 실험 단계이지만, 기존 PC 중심의 RTL-SDR 활용 범위를 소형 MCU 플랫폼으로 확장하려는 시도라는 점에서 기술적으로 의미 있는 프로젝트입니다.

Verified Technical Facts

Note: 이 문서는 저장소의 README뿐 아니라 eth_config.h, ethernet_init.c, main.cpp, sdkconfig.esp32s2의 구현 내용을 함께 확인하여 작성했습니다.