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【智能家居篇】wifi驱动的理解(1)——驱动架构

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         在分析WIFI驱动前,分享一下个人对Linux驱动的一些了解,其实纵观Linux众多的设备驱动,几乎都是以总线为载体,所有的数据传输都是基于总线形式的,即使设备没有所谓的总线接口,但是Linux还是会给它添加一条虚拟总线,如platform总线等;介于WIFI的驱动实在是太庞大了,同时又是基于比较复杂的USB总线,所以建议读者在看此文章之前,先了解一下USB设备驱动和网络设备驱动。

         我们要看懂WIFI驱动,首先要明白WIFI的工作原理。所以前期有几篇文章都是讲解WIFI的工作原理。从这篇文章开始,我们将进入WIFI的代码世界。对于支持802.11n、802.11ac这些比较新的无线标准的WIFI芯片,其驱动程序也会越来越复杂。那么我们怎么入手去了解及分析它呢?

         特别声明:以下文章是以Station的角色去分析WIFI的驱动。

         网上很多文章分析Linux设备驱动都是从模块加载入手去分析它的驱动源码。以博主从事Linux设备驱动多年的经验,这确实是一条很直观又非常好的思路。但是这只局限于设备功能少、接口较简单、驱动源码较少的设备驱动。对于功能复杂、驱动源码庞大的设备驱动,根据这条思路,很多开发者可能会无耐心走下去,或者会走向死胡同。

         现在我们可以这样来看,从硬件层面上看,WIFI设备与CPU通信是通过USB接口的,与其他WIFI设备之间的通信是通过无线射频(RF)。从软件层面上看,Linux操作系统要管理WIFI设备,那么就要将WIFI设备挂载到USB总线上,通过USB子系统实现管理。而同时为了对接网络,又将WIFI设备封装成一个网络设备。

         我们以USB接口的WIFI模块进行分析:

         (1)从USB总线的角度去看,它是USB设备;

         (2)从Linux设备的分类上看,它又是网络设备;

         (3)从WIFI本身的角度去看,它又有自己独特的功能及属性,因此它又是一个私有的设备;

         通过上述的分析,我们只要抓住这三条线索深入去分析它的驱动源码,整个WIFI驱动框架就会浮现在你眼前。

         1、现在我们先从USB设备开始,要写一个USB设备驱动,那么大致步骤如下:

         (1)需要针对该设备定义一个USB驱动,对应到代码中即定义一个usb_driver结构体变量。代码如下:

                           struct usb_driver xxx_usb_wifi_driver;

         (2)填充该设备的usb_driver结构体成员变量。代码如下:

                           static struct usb_driver xxx_usb_wifi_driver = {

                                .name =             "XXX_USB_WIFI",

                                .probe=   xxx_probe,

                                .disconnect=   xxx_disconnect,

                                .suspend=        xxx_suspend,

                                .resume=         xxx_resume,

                                .id_table=        xxx_table,

                           };

          (3)将该驱动注册到USB子系统。代码如下:

                            usb_register(&xxx_usb_wifi_driver);

         以上步骤只是一个大致的USB驱动框架流程,而最大和最复杂的工作是填充usb_driver结构体成员变量。以上步骤的主要工作是将USB接口的WIFI设备挂载到USB总线上,以便Linux系统在USB总线上就能够找到该设备。

         2、接下来是网络设备的线索,网络设备驱动大致步骤如下:

         (1)定义一个net_device结构体变量ndev。代码如下:

                           struct net_device *ndev;

         (2)初始化ndev变量并分配内存。代码如下:

                           ndev=alloc_etherdev();

         (3)填充ndev -> netdev_ops结构体成员变量。代码如下:

                           static const struct net_device_ops xxx_netdev_ops= {

                                    .ndo_init= xxx_ndev_init,

                                    .ndo_uninit= xxx _ndev_uninit,

                                    .ndo_open= netdev_open,

                                    .ndo_stop= netdev_close,

                                    .ndo_start_xmit= xxx_xmit_entry,

                                    .ndo_set_mac_address= xxx_net_set_mac_address,

                                    .ndo_get_stats= xxx_net_get_stats,

                                    .ndo_do_ioctl= xxx_ioctl,

                           };

         (4)填充ndev->wireless_handlers结构体成员变量,该变量是无线扩展功能。代码如下:

                           ndev->wireless_handlers = (struct iw_handler_def *)&xxx_handlers_def;

         (5)将ndev设备注册到网络子系统。代码如下:

                            register_netdev(ndev);

         3、WIFI设备本身私有的功能及属性,如自身的配置及初始化、建立与用户空间的交互接口、自身功能的实现等。

         (1)自身的配置及初始化。代码如下:

                           xxx_read_chip_info();

                           xxx_chip_configure();

                           xxx_hal_init();

         (2)主要是在proc和sys文件系统上建立与用户空间的交互接口。代码如下:

                           xxx_drv_proc_init();

                           xxx_ndev_notifier_register();

         (3)自身功能的实现,在前面章节上我们已经讲解过WIFI的网络及接入原理,如扫描等。同时由于WIFI在移动设备中,相对功耗比较大,因此,对于功耗、电源管理也会在驱动中体现。

         本文章只是博主结合自身工作经验分享一个大致的对wifi驱动框架的理解,后期文章将会细化这些内容。敬请读者期待,谢谢!

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