2018年03月25日 | 嵌入式Wi-F的来源以及与普通Wi-Fi的区别

首先我们来看一下嵌入式Wi-F的来源以及与普通Wi-Fi的区别。

我们都知道笔记本、手机、平板电脑等这类产品具有强大的CPU和大容量的存储器进行网络通信数据的处理和存储，因此在使用WIFI时不需要额外的MCU，完全借助其高速处理器和庞大的软件系统。但是对于家电，仪表，LED灯等智能家居产品，因为该类产品的主控芯片可能是成本很低、功能简单的MCU，因此这类产品无法支持普通Wi-Fi的功能。同时，还有一个重要的原因就是普通Wi-F的功耗比较高，而嵌入式WIFI在功耗上做了很大的改善，比较适合对功耗要求高的无线家电设备。

基于上述原因，各个无线厂商相继推出了嵌入式WIFI模块。嵌入式WIFI模块的特点是软硬件集成度高，整个嵌入式WIFI模块集成了射频收发器、MAC、WIFI驱动、所有WIFI协议、无线安全协议、一键连接等。总之，一句话：嵌入式WIFI应物联网而生！

下面我们针对嵌入式WIFI与普通WIFI来进行对比，通过下表的对比，我们大致上可以理解到什么是嵌入式WIFI。

在分析WIFI驱动前，分享一下本人对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，所以建议大家先了解一下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。从对于支持802.11n、802.11ac这些比较无线标准的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？

网上很多人分析Linux设备驱动都是从模块加载入手去分析它的驱动源码。以本人从事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。