嵌入式Wi-F的來(lái)源以及與普通Wi-Fi的區(qū)別

首先我們來(lái)看一下嵌入式Wi-F的來(lái)源以及與普通Wi-Fi的區(qū)別。

我們都知道筆記本、手機(jī)、平板電腦等這類產(chǎn)品具有強(qiáng)大的CPU和大容量的存儲(chǔ)器進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信數(shù)據(jù)的處理和存儲(chǔ)，因此在使用WIFI時(shí)不需要額外的MCU，完全借助其高速處理器和龐大的軟件系統(tǒng)。但是對(duì)于家電，儀表，LED燈等智能家居產(chǎn)品，因?yàn)樵擃惍a(chǎn)品的主控芯片可能是成本很低、功能簡(jiǎn)單的MCU，因此這類產(chǎn)品無(wú)法支持普通Wi-Fi的功能。同時(shí)，還有一個(gè)重要的原因就是普通Wi-F的功耗比較高，而嵌入式WIFI在功耗上做了很大的改善，比較適合對(duì)功耗要求高的無(wú)線家電設(shè)備。

基于上述原因，各個(gè)無(wú)線廠商相繼推出了嵌入式WIFI模塊。嵌入式WIFI模塊的特點(diǎn)是軟硬件集成度高，整個(gè)嵌入式WIFI模塊集成了射頻收發(fā)器、MAC、WIFI驅(qū)動(dòng)、所有WIFI協(xié)議、無(wú)線安全協(xié)議、一鍵連接等?？傊?，一句話：嵌入式WIFI應(yīng)物聯(lián)網(wǎng)而生！

下面我們針對(duì)嵌入式WIFI與普通WIFI來(lái)進(jìn)行對(duì)比，通過(guò)下表的對(duì)比，我們大致上可以理解到什么是嵌入式WIFI。

在分析WIFI驅(qū)動(dòng)前，分享一下本人對(duì)Linux驅(qū)動(dòng)的一些了解，其實(shí)縱觀Linux眾多的設(shè)備驅(qū)動(dòng)，幾乎都是以總線為載體，所有的數(shù)據(jù)傳輸都是基于總線形式的，即使設(shè)備沒(méi)有所謂的總線接口，但是Linux還是會(huì)給它添加一條虛擬總線，如platform總線等；介于WIFI的驅(qū)動(dòng)實(shí)在是太龐大了，同時(shí)又是基于比較復(fù)雜的USB總線，所以建議大家先了解一下USB設(shè)備驅(qū)動(dòng)和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備驅(qū)動(dòng)。

我們要看懂WIFI驅(qū)動(dòng)，首先要明白WIFI的工作原理。從對(duì)于支持802.11n、802.11ac這些比較無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)的WIFI芯片，其驅(qū)動(dòng)程序也會(huì)越來(lái)越復(fù)雜。那么我們?cè)趺慈胧秩チ私饧胺治鏊兀?/p>

網(wǎng)上很多人分析Linux設(shè)備驅(qū)動(dòng)都是從模塊加載入手去分析它的驅(qū)動(dòng)源碼。以本人從事Linux設(shè)備驅(qū)動(dòng)多年的經(jīng)驗(yàn)，這確實(shí)是一條很直觀又非常好的思路。但是這只局限于設(shè)備功能少、接口較簡(jiǎn)單、驅(qū)動(dòng)源碼較少的設(shè)備驅(qū)動(dòng)。對(duì)于功能復(fù)雜、驅(qū)動(dòng)源碼龐大的設(shè)備驅(qū)動(dòng)，根據(jù)這條思路，很多開發(fā)者可能會(huì)無(wú)耐心走下去，或者會(huì)走向死胡同。

現(xiàn)在我們可以這樣來(lái)看，從硬件層面上看，WIFI設(shè)備與CPU通信是通過(guò)USB接口的，與其他WIFI設(shè)備之間的通信是通過(guò)無(wú)線射頻（RF）。從軟件層面上看，Linux操作系統(tǒng)要管理WIFI設(shè)備，那么就要將WIFI設(shè)備掛載到USB總線上，通過(guò)USB子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)管理。而同時(shí)為了對(duì)接網(wǎng)絡(luò)，又將WIFI設(shè)備封裝成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。

我們以USB接口的WIFI模塊進(jìn)行分析：

（1）從USB總線的角度去看，它是USB設(shè)備；

（2）從Linux設(shè)備的分類上看，它又是網(wǎng)絡(luò)設(shè)備；

（3）從WIFI本身的角度去看，它又有自己獨(dú)特的功能及屬性，因此它又是一個(gè)私有的設(shè)備；

通過(guò)上述的分析，我們只要抓住這三條線索深入去分析它的驅(qū)動(dòng)源碼，整個(gè)WIFI驅(qū)動(dòng)框架就會(huì)浮現(xiàn)在你眼前。

1、現(xiàn)在我們先從USB設(shè)備開始，要寫一個(gè)USB設(shè)備驅(qū)動(dòng)，那么大致步驟如下：

（1）需要針對(duì)該設(shè)備定義一個(gè)USB驅(qū)動(dòng)，對(duì)應(yīng)到代碼中即定義一個(gè)usb_driver結(jié)構(gòu)體變量。代碼如下：

struct usb_driver xxx_usb_wifi_driver;

（2）填充該設(shè)備的usb_driver結(jié)構(gòu)體成員變量。代碼如下：

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）將該驅(qū)動(dòng)注冊(cè)到USB子系統(tǒng)。代碼如下：

usb_register(&xxx_usb_wifi_driver);

以上步驟只是一個(gè)大致的USB驅(qū)動(dòng)框架流程，而最大和最復(fù)雜的工作是填充usb_driver結(jié)構(gòu)體成員變量。以上步驟的主要工作是將USB接口的WIFI設(shè)備掛載到USB總線上，以便Linux系統(tǒng)在USB總線上就能夠找到該設(shè)備。

2、接下來(lái)是網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的線索，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備驅(qū)動(dòng)大致步驟如下：

（1）定義一個(gè)net_device結(jié)構(gòu)體變量ndev。代碼如下：

struct net_device *ndev;

（2）初始化ndev變量并分配內(nèi)存。代碼如下：

ndev=alloc_etherdev();

（3）填充ndev -> netdev_ops結(jié)構(gòu)體成員變量。代碼如下：

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結(jié)構(gòu)體成員變量，該變量是無(wú)線擴(kuò)展功能。代碼如下：

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

（5）將ndev設(shè)備注冊(cè)到網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)。代碼如下：

register_netdev(ndev);

3、WIFI設(shè)備本身私有的功能及屬性，如自身的配置及初始化、建立與用戶空間的交互接口、自身功能的實(shí)現(xiàn)等。

（1）自身的配置及初始化。代碼如下：

xxx_read_chip_info();

xxx_chip_configure();

xxx_hal_init();

（2）主要是在proc和sys文件系統(tǒng)上建立與用戶空間的交互接口。代碼如下：

xxx_drv_proc_init();

xxx_ndev_notifier_register();

（3）自身功能的實(shí)現(xiàn)，在前面章節(jié)上我們已經(jīng)講解過(guò)WIFI的網(wǎng)絡(luò)及接入原理，如掃描等。同時(shí)由于WIFI在移動(dòng)設(shè)備中，相對(duì)功耗比較大，因此，對(duì)于功耗、電源管理也會(huì)在驅(qū)動(dòng)中體現(xiàn)。