はじめに

2021年秋にMicrosoftが紹介していた WSL2でUSBデバイスと接続する方法を用いて、WSL2上の ESP-IDF で ESP32 に flash, monitor できることを確認しました。

注意点としては、
ESP32の開発ボードである ESP32-DevKitC では、記事の方法だけでは flash や monitor ができないことです。

原因は、WSL2標準のLinuxカーネルが CP210x 用のドライバーを無効化されていることです。
自分でカーネルをビルドし直して、それを WSL に読ませることで解決します。

この記事は特に上記の問題点の所に焦点を当てた内容となっています。
ほぼ forum の受け売りですが、日本語情報が見つからなかったのでここにメモしておきます。

検証環境

Ubuntu 20.04 (Microsoft Store で入手)
ESP32-DevKit-C (他にも、CP210x を搭載しているボードなら同じ方法で対応できると思います)

手順

usbipd 機能の設定
Linux Kernel をビルドする
WSLから自作カーネルを読み込ませる
(Docker向け) Docker に device を指定する

1. usbipd 機能の設定

具体的な手順は下記にまとまっているので、ここでは省略します。

しかし、上記の対応を済ませても、ESP32-DevKitC との接続はできませんでした。
どうやら、ESP32(CP2102) はWSLで検知しているものの、シリアル通信デバイスとして認識されていないようです。

WSL2側

$ dmesg
[34209.280578] usb 1-1: New USB device found, idVendor=10c4, idProduct=ea60, bcdDevice= 1.00
[34209.280580] usb 1-1: New USB device strings: Mfr=1, Product=2, SerialNumber=3
[34209.280581] usb 1-1: Product: CP2102 USB to UART Bridge Controller
[34209.280582] usb 1-1: Manufacturer: Silicon Labs
[34209.280583] usb 1-1: SerialNumber: 0001
# "/dev/tty** に attach しました！" みたいな文言が出てこない

$ lsusb # "CP2102 USB to UART Bridge Controller" が見つからない
Bus 002 Device 001: ID 1d6b:0003 Linux Foundation 3.0 root hub
Bus 001 Device 001: ID 1d6b:0002 Linux Foundation 2.0 root hub

2. Linux Kernel をビルドする

はじめにも書きましたが、CP210x 系のドライバーが Kernel で無効化されていることが問題の原因です。
必要な作業自体は単純で、Kernel Configuration でチェックボックス１か所に * をつけるだけで有効化したカーネルを作成できます。

まず、WSL2に必要なパッケージをインストールします。

WSL2

$ sudo apt update && sudo apt install -y build-essential flex bison libssl-dev libelf-dev dwarves libncurses-dev

次に WSL2 用 Linux Kernel のソースをダウンロードして、Kernel Configuration を開きます。

WSL2

$ git clone https://github.com/microsoft/WSL2-Linux-Kernel.git
$ cd WSL2-Linux-Kernel
$ make menuconfig KCONFIG_CONFIG=Microsoft/config-wsl

Device Drivers -> USB support -> USB Serial Converter support -> USB CP210x familyof UART Bridge Controllers に * のチェックを入れます。

※ キー操作は下記の通りにできます

上下キー: 選択項目の変更 (上下移動)
Enter キー: 下の階層に移動
Space キー: チェックボックスの切り替え
左右キー: 下部メニューの選択

↓

↓

↓

Save -> Exit したあとに、 make コマンドを実行すれば、カーネルが作成されます。
これを、Windows から閲覧できるディレクトリに配置してください。

$ make
...(略)...

Kernel: arch/x86/boot/bzImage is ready  (#1)
$ cp arch/x86/boot/bzImage /mnt/c/Users/{あなたのユーザー名}/wsl_kernel

Windows 側のホームディレクトリの.wslconfigに下記を追記します。.wslconfigがなければ作成してください。

.wslconfig

[wsl2]
kernel = C:\\Users\\{あなたのユーザー名}\\wsl_kernel

WSLを再起動すれば、これ以降は読み込めるようになるはずです。
再起動した状態なので、usbipd から attach することもお忘れなく！

Windows

> wsl --shutdown
> wsl
$

管理者権限でコマンドプロンプトまたはPowerShell

> usbipd wsl attach --busid ${busid}

WSL2

$ dmesg | tail -10
[   21.778229] usb 1-1: new full-speed USB device number 2 using vhci_hcd
[   21.858058] vhci_hcd: vhci_device speed not set
[   21.928043] usb 1-1: SetAddress Request (2) to port 0
[   21.965415] usb 1-1: New USB device found, idVendor=10c4, idProduct=ea60, bcdDevice= 1.00
[   21.965419] usb 1-1: New USB device strings: Mfr=1, Product=2, SerialNumber=3
[   21.965420] usb 1-1: Product: CP2102 USB to UART Bridge Controller
[   21.965422] usb 1-1: Manufacturer: Silicon Labs
[   21.965423] usb 1-1: SerialNumber: 0001
[   21.969170] cp210x 1-1:1.0: cp210x converter detected
[   21.978875] usb 1-1: cp210x converter now attached to ttyUSB0 #<- /dev/ttyUSB0 からアクセスできるようになった！

$ lsusb
Bus 002 Device 001: ID 1d6b:0003 Linux Foundation 3.0 root hub
Bus 001 Device 002: ID 10c4:ea60 Silicon Labs CP210x UART Bridge # <- 出てきた！
Bus 001 Device 001: ID 1d6b:0002 Linux Foundation 2.0 root hub

4. (Docker) device を指定する

純粋な WSL2 からアクセスする場合には、すでに接続されていますが、
Docker からアクセスする場合には、さらに Docker コンテナ起動時にデバイスを伝える必要があります。

$ docker run -it --device=/dev/ttyUSB0:/dev/ttyUSB0 ${Docker名}


# python $IDF_PATH/components/esptool_py/esptool/esptool.py -p /dev/ttyUSB0 write_flash @flash_project_args
esptool.py /dev/ttyUSB0 write_flash --flash_mode dio --flash_freq 40m --flash_size 2MB 0x8000 partition_table/partition-table.bin 0x1000 bootloader/bootloader.bin 0x10000 my_custom_app.bin    
esptool.py v3.3-dev
Serial port /dev/ttyUSB0
Connecting.................
Detecting chip type... Unsupported detection protocol, switching and trying again...
Connecting....
Detecting chip type... ESP32
Chip is ESP32-D0WDQ6 (revision 1)
Features: WiFi, BT, Dual Core, Coding Scheme None
Crystal is 40MHz

# python $IDF_PATH/tools/idf_monitor.py --port /dev/ttyUSB0 my_custom_app.elf 
/root/esp/esp-idf/tools/idf_monitor.py:518: DeprecationWarning: distutils Version classes are deprecated. Use packaging.version instead.
  if StrictVersion(serial.VERSION) < StrictVersion('3.3.0'):
--- idf_monitor on /dev/ttyUSB0 115200 ---
--- Quit: Ctrl+] | Menu: Ctrl+T | Help: Ctrl+T followed by Ctrl+H ---
ets Jun  8 2016 00:22:57

rst:0x1 (POWERON_RESET),boot:0x13 (SPI_FAST_FLASH_BOOT)
configsip: 0, SPIWP:0xee
clk_drv:0x00,q_drv:0x00,d_drv:0x00,cs0_drv:0x00,hd_drv:0x00,wp_drv:0x00
mode:DIO, clock div:2
load:0x3fff0030,len:7208
load:0x40078000,len:14880

参考