Nexmon CSI 实战：树莓派 80MHz / 256 子载波、Pi 5 兼容与安全回退

作者 Wu Jun · 更新于 2026-10-29 · 约 6 分钟

Nexmon CSI 由 SEEMOO Lab（TU Darmstadt）维护 ^[1]。它不是普通用户态抓包工具，而是通过 修改 Broadcom Wi-Fi 固件，让网卡在收到匹配帧时把逐帧 CSI 发送到 UDP 端口；这条路线也在同行评审论文中 有完整描述 ^[2]。

它能提供高带宽实验数据，但代价同样明确：要匹配芯片与固件、会改动系统网络，失败时还可能暂时失去 Wi-Fi。 因此它适合独立实验 SD 卡和专用测试机，不适合直接在承担家庭网络的唯一树莓派上反复试验。

0. 先看结论

1. 支持的芯片与树莓派型号

官方矩阵列出四种主要芯片 ^[1]：

“树莓派 5”不等于“任何 Raspberry Pi OS 都能直接编译”。维护者在专门讨论中说明：

• Pi 5 必须切换到非 16K 页内核，否则 Nexmon 编译失败；
• 新路线使用 Makefile.rpi，不再要求先安装修改版 brcmfmac；
• nexutil 必须用 USE_VENDOR_CMD=1 编译，否则 ioctl 会被驱动拒绝 ^[3]。

开始前至少记录：

cat /proc/device-tree/model
uname -a
getconf PAGESIZE
iw dev
sudo dmesg | grep -i -E 'brcmfmac|cyfmac|firmware'

Pi 5 的 getconf PAGESIZE 若是 16384，先按要求切换到 kernel=kernel8.img；不要在不了解后果时直接 修改唯一一张系统卡。

2. 实验前准备

1. 独立 SD 卡：先做整卡镜像，保留第二张可启动卡；
2. 有线网络或串口控制台：Makefile.rpi unmanage 会断开 NetworkManager 对 wlan0 的管理；
3. 稳定供电：编译和长时间采集都要求稳定电源；
4. 一个匹配信道的发送端：手机、ESP32 或第二块网卡均可；
5. 固定 5GHz 信道：关闭自动选台，避开 DFS 与拥挤主信道；
6. 本地记录：芯片、固件目录、OS、内核、PAGESIZE、信道、带宽、空间流和采集时间。

上游 Pi 5 路线为了构建旧工具，会安装一些历史兼容包，甚至临时使用归档 Debian 源 ^[3]。这不是面向生产服务器的加固方案。应当把该卡视为短期实验系统，不保存密码、SSH 私钥、 家庭照片或唯一副本；实验完成后恢复官方固件。

3. 两条安装路径

路径 A：旧 Raspberry Pi OS / 上游传统流程

官方 README 对内核 4.19、5.4、5.10 的 Pi 3B+/4B 给出修改版 brcmfmac 与补丁编译流程。 这条路线高度依赖内核版本，不能把旧命令机械复制到 Pi 5 或新系统。

路径 B：现代 Raspberry Pi OS / Pi 5

对当前 Raspbian / Raspberry Pi OS 和 Pi 5，优先看维护者 Makefile.rpi 指南 ^[3]。核心顺序如下，不要把代码块当成完整的一键安装脚本； Pi 5 的 armhf 兼容包和 Python 2.7 构建依赖必须按该指南逐项完成：

# 仅 Raspberry Pi 5：先切换到非 16K 页内核，然后重启
grep -qxF 'kernel=kernel8.img' /boot/firmware/config.txt || \
  echo 'kernel=kernel8.img' | sudo tee -a /boot/firmware/config.txt
sudo reboot

sudo apt update
sudo apt full-upgrade
sudo apt install git libgmp3-dev gawk qpdf bison flex make \
  autoconf libtool texinfo xxd libnl-3-dev libnl-genl-3-dev \
  bc libssl-dev tcpdump

git clone --depth=1 https://github.com/seemoo-lab/nexmon.git
cd nexmon
source setup_env.sh
make

# 新路线必须启用 vendor command
cd "$NEXMON_ROOT/utilities/nexutil"
sudo -E make install USE_VENDOR_CMD=1
sudo setcap cap_net_admin+ep /usr/bin/nexutil

cd "$NEXMON_ROOT/patches/bcm43455c0/7_45_189"
git clone --depth=1 https://github.com/seemoo-lab/nexmon_csi.git
cd nexmon_csi
make -f Makefile.rpi install-firmware
make -f Makefile.rpi unmanage
make -f Makefile.rpi reload-full

unmanage 后不要依赖 wlan0 维持 SSH。接着用上游 makecsiparams 生成参数，配置 CSI 并进入 monitor：

# 示例仅说明字段；MAC、帧类型、信道都应按你的实验替换
SENDER_MAC="${SENDER_MAC:?先设置测试发送端 MAC}"
CSI_PARAMS="$(makecsiparams -c 44/80 -C 1 -N 1 -m "$SENDER_MAC" -b 0x88)"
sudo nexutil -Iwlan0 -s500 -b -l34 -v"$CSI_PARAMS"
sudo nexutil -m1
sudo tcpdump -i wlan0 dst port 5500 -w csi-10s.pcap

命令不会内置任何示例 MAC；未设置 SENDER_MAC 时会直接报错。一定要从官方 README 复制当前参数格式。 该仓库曾发生向后不兼容变更，旧博客里的 magic、参数串或命令不能盲用。

4. UDP 包与 CSI 数据格式

当前 README 说明，每个匹配帧、每个已配置的 core/spatial stream 会产生一个 UDP 包，目标端口通常为 5500。载荷结构如下：

uint16  magic = 0x1111
uint8   source_mac[6]
uint16  wifi_sequence
uint16  core_and_spatial_stream
uint16  chanspec
uint16  chip_version
...     CSI samples

bcm43455c0 和 bcm4339 的 CSI 是交错 int16 I / int16 Q；bcm4358 与 bcm4366c0 使用不同的 压缩浮点格式。20 / 40 / 80MHz 分别有 64 / 128 / 256 个复数槽位，每个槽位 4 字节。槽位包含导频、 保护带和空子载波，不能把 256 个值都当成有效信息子载波。

80MHz 接收端也可能收到只占 20MHz 的帧，此时大量子载波接近零并不是“采集坏了”，而是发送帧本身没有占满 80MHz。应同时记录发送端带宽与帧类型，并在分析时移除保护带/空子载波、检查有效子载波比例。

5. 采集参数与数据量预算

• 固定信道和带宽，采集开始前用信道扫描确认主信道；
• 用 MAC 与 frame-type 过滤减少无关帧；
• 让发送端持续产生符合过滤条件的 UDP/TCP 流量；
• 先采 10 秒并验证解析，再扩展到 10 分钟；
• 记录 makecsiparams 参数、nexutil -k 返回的 chanspec 和发送端版本。

粗略预算：若匹配帧率约 100 帧/秒，每个 UDP 含一个 80MHz 流，CSI 本体约 100 × 256 × 4 = 102.4KB/s，再加 Ethernet/IP/UDP 与 pcapng 开销。实际大小取决于匹配帧率、core 数和 spatial stream 数，不能用“标称带宽”反推。本站 MT6000 的 10 分钟、8 链记录文件为 58MB，可作为量级参照。

6. 解析与质量检查

采集完成后至少检查：

7. 常见故障

8. 安全回退

实验完成后，必须恢复到可正常联网的固件：

make -f Makefile.rpi restore-wifi

如果命令失败，使用备用 SD 卡启动，或用读卡器恢复整卡镜像。不要在没有串口、显示器和备用卡的情况下， 把一张卡同时用于实验、远程管理和唯一数据存储。

9. 与 ESP32、MT6000 的取舍

站内继续阅读：树莓派两种角色 · ESP32 CSI 入门 · MT6000 复现教程 · 本站 10 分钟数据集