1. 内核函数说明
1subsys_initcall() 系统调用子系统初始化入口函数，你将入口函数加入到initd总，系统启动do_initcal时调用
2. WIFI 驱动学习
1. userspace nl80211 cfg80211 mac 80211结构图
2.1 基本概念
nl80211 cfg80211 mac80211由内核提供支持wifi配置的处理。
文件目录：linux-3.10.14-p112871/net/wireless/
1. nl80211: 用于对无线设备进行配置管理，它是一个基本Netlink的用户态协议(User态)
2. cfg80211: 与FullMAC, mac80211和nl80211一起工作。cfg80211是Linux 802.11配置API。 cfg80211用于取代Wireless-Extensions。 nl80211用来配置一个cfg80211设备，用于内核< - >用户空间之间的通信
3. mac80211: 是一个driver开发者可用于为SoftMAC无线设备写驱动的框架 (Kernel态)。mac80211为SoftMAC设备实现了cfg80211回调函数，且mac80211通过cfg80211实现了向网络子系统注册和配置。配置由cfg80211通过nl80211和wext实现。
2.2 nl80211驱动
开始文件：linux-3.10.14-p112871/net/wireless/nl80211.c
2.2.1 关键数据结构
1. nl消息头
struct genlmsghdr {
__u8 cmd;
__u8 version;
__u16 reserved;
};
2. 协议注册
static struct genl_family nl80211_fam = {
.id = GENL_ID_GENERATE, /* don't bother with a hardcoded ID */
.name = "nl80211", /* have users key off the name instead */
.hdrsize = 0, /* no private header */
.version = 1, /* no particular meaning now */
.maxattr = NL80211_ATTR_MAX,
.netnsok = true,
.pre_doit = nl80211_pre_doit,
.post_doit = nl80211_post_doit,
};
id：genl family的ID号，一般由内核进行分配，取值范围GENL_MIN_ID~GENL_MAX_ID（16~1023），其中GENL_ID_CTRL为控制器的family ID，不可另行分配，该familyID全局唯一并且在family_ht中的位置也由该值确定；
hdrsize：用户私有报头的长度，即可选的user msg header长度，若没有则为0；
name：genl family的名称，必须是独一无二且用户层已知的（用户通过它来向控制查找family id）；
version：版本号；
maxattr：消息属性attr最大的类型数（即该genl family所支持的最大attr属性类型的种类个数）；
netnsok：指示当前簇是否能够处理网络命名空间；
pre_doit：调用genl_ops结构中处理消息函数doit()前调用的钩子函数，一般用于执行一些前置的当前簇通用化处理，例如对临界区加锁等；
注释：主要通过用户态发送的消息中，通过cfg80211查找相应的dev信息，并填充到info当中。
post_doit：调用genl_ops结构中处理消息函数doit()后调用的钩子函数，一般执行pre_doit函数相反的操作；
mcast_bind/mcast_unbind：在绑定/解绑定socket到一个特定的genl netlink组播组中调用（目前内核中没有相关使用）；
attrbuf：保存拷贝的attr属性缓存；
ops/n_ops：保存genl family命令处理结构即命令的个数，后面详细描述；
family_list：链表结构，用于将当前当前簇链入全局family_ht散列表中；
mcgrps/n_mcgrps：保存当前簇使用的组播组及组播地址的个数；
4. 命令 钩子函数
static struct genl_ops nl80211_ops[] = {
{
.cmd = NL80211_CMD_GET_WIPHY, //cmd
.doit = nl80211_get_wiphy, //对应的钩子函数
.dumpit = nl80211_dump_wiphy,
.policy = nl80211_policy, //策略
/* can be retrieved by unprivileged users */
.internal_flags = NL80211_FLAG_NEED_WIPHY,
},
}
policy：属性attr有效性策略，若该字段不为空，在genl执行消息处理函数前会对消息中的attr属性进行校验，否则则不做校验；
doit：标准命令回调函数，在当前族中收到数据时触发调用，函数的第一个入参skb中保存了用户下发的消息内容；
dumpit：转储回调函数，当genl_ops的flag标志被添加了NLM_F_DUMP以后会调用该回调函数，这里的第一个入参skb中不再有用户下发消息内容，而是要求函数能够在传入的skb中填入消息载荷并返回填入数据长度；
done：转储结束后执行的回调函数
支持的命令：
5. 接收信息结构
struct genl_info {
u32 snd_seq;
u32 snd_portid;
struct nlmsghdr * nlhdr;
struct genlmsghdr * genlhdr;
void * userhdr;
struct nlattr ** attrs;
#ifdef CONFIG_NET_NS
struct net * _net;
#endif
void * user_ptr[2];
};
内核在接收到用户的genetlink消息后，会对消息解析并封装成genl_info结构，便于命令回校函数进行处理，其中各字段含义如下：
snd_seq：消息的发送序号（不强制使用）；
snd_portid：消息发送端socket所绑定的ID；
nlhdr：netlink消息头；
genlhdr：generic netlink消息头；
userhdr：用户私有报头；
attrs：netlink属性，包含了消息的实际载荷；
dst_sk：目的socket；
2.2.2 代码分析
2.2.2.1 nl80211_init()
主要完成两个任务：
1. 注册协议和命令回调函数
genl_register_family_with_ops();
2. 注册组播组(可以进行组播)
genl_register_mc_group();
2.2.2.2 支持的命令
nl80211接收来自用户态的netlink信息，通过回调函数nl80211_pre_doit, 查找cfg80211注册时的设备信息dev。 通过调用函数cfg80211函数接口或者dev钩子函数实现信息的获取或参数的设置。
enum nl80211_commands {
/* don't change the order or add anything between, this is ABI! */
NL80211_CMD_UNSPEC,
NL80211_CMD_GET_WIPHY, /* can dump */
NL80211_CMD_SET_WIPHY,
NL80211_CMD_NEW_WIPHY,
NL80211_CMD_DEL_WIPHY,
NL80211_CMD_GET_INTERFACE, /* can dump */
NL80211_CMD_SET_INTERFACE,
NL80211_CMD_NEW_INTERFACE,
NL80211_CMD_DEL_INTERFACE,
NL80211_CMD_GET_KEY,
NL80211_CMD_SET_KEY,
NL80211_CMD_NEW_KEY,
NL80211_CMD_DEL_KEY,
NL80211_CMD_GET_BEACON,
NL80211_CMD_SET_BEACON,
NL80211_CMD_START_AP,
NL80211_CMD_NEW_BEACON = NL80211_CMD_START_AP,
NL80211_CMD_STOP_AP,
NL80211_CMD_DEL_BEACON = NL80211_CMD_STOP_AP,
NL80211_CMD_GET_STATION,
NL80211_CMD_SET_STATION,
NL80211_CMD_NEW_STATION,
NL80211_CMD_DEL_STATION,
NL80211_CMD_GET_MPATH,
NL80211_CMD_SET_MPATH,
NL80211_CMD_NEW_MPATH,
NL80211_CMD_DEL_MPATH,
NL80211_CMD_SET_BSS,
NL80211_CMD_SET_REG,
NL80211_CMD_REQ_SET_REG,
NL80211_CMD_GET_MESH_CONFIG,
NL80211_CMD_SET_MESH_CONFIG,
NL80211_CMD_SET_MGMT_EXTRA_IE /* reserved; not used */,
NL80211_CMD_GET_REG,
NL80211_CMD_GET_SCAN,
NL80211_CMD_TRIGGER_SCAN,
NL80211_CMD_NEW_SCAN_RESULTS,
NL80211_CMD_SCAN_ABORTED,
NL80211_CMD_REG_CHANGE,
NL80211_CMD_AUTHENTICATE,
NL80211_CMD_ASSOCIATE,
NL80211_CMD_DEAUTHENTICATE,
NL80211_CMD_DISASSOCIATE,
NL80211_CMD_MICHAEL_MIC_FAILURE,
NL80211_CMD_REG_BEACON_HINT,
NL80211_CMD_JOIN_IBSS,
NL80211_CMD_LEAVE_IBSS,
NL80211_CMD_TESTMODE,
NL80211_CMD_CONNECT,
NL80211_CMD_ROAM,
NL80211_CMD_DISCONNECT,
NL80211_CMD_SET_WIPHY_NETNS,
NL80211_CMD_GET_SURVEY,
NL80211_CMD_NEW_SURVEY_RESULTS,
NL80211_CMD_SET_PMKSA,
NL80211_CMD_DEL_PMKSA,
NL80211_CMD_FLUSH_PMKSA,
NL80211_CMD_REMAIN_ON_CHANNEL,
NL80211_CMD_CANCEL_REMAIN_ON_CHANNEL,
NL80211_CMD_SET_TX_BITRATE_MASK,
NL80211_CMD_REGISTER_FRAME,
NL80211_CMD_REGISTER_ACTION = NL80211_CMD_REGISTER_FRAME,
NL80211_CMD_FRAME,
NL80211_CMD_ACTION = NL80211_CMD_FRAME,
NL80211_CMD_FRAME_TX_STATUS,
NL80211_CMD_ACTION_TX_STATUS = NL80211_CMD_FRAME_TX_STATUS,
NL80211_CMD_SET_POWER_SAVE,
NL80211_CMD_GET_POWER_SAVE,
NL80211_CMD_SET_CQM,
NL80211_CMD_NOTIFY_CQM,
NL80211_CMD_SET_CHANNEL,
NL80211_CMD_SET_WDS_PEER,
NL80211_CMD_FRAME_WAIT_CANCEL,
NL80211_CMD_JOIN_MESH,
NL80211_CMD_LEAVE_MESH,
NL80211_CMD_UNPROT_DEAUTHENTICATE,
NL80211_CMD_UNPROT_DISASSOCIATE,
NL80211_CMD_NEW_PEER_CANDIDATE,
NL80211_CMD_GET_WOWLAN,
NL80211_CMD_SET_WOWLAN,
NL80211_CMD_START_SCHED_SCAN,
NL80211_CMD_STOP_SCHED_SCAN,
NL80211_CMD_SCHED_SCAN_RESULTS,
NL80211_CMD_SCHED_SCAN_STOPPED,
NL80211_CMD_SET_REKEY_OFFLOAD,
NL80211_CMD_PMKSA_CANDIDATE,
NL80211_CMD_TDLS_OPER,
NL80211_CMD_TDLS_MGMT,
NL80211_CMD_UNEXPECTED_FRAME,
NL80211_CMD_PROBE_CLIENT,
NL80211_CMD_REGISTER_BEACONS,
NL80211_CMD_UNEXPECTED_4ADDR_FRAME,
NL80211_CMD_SET_NOACK_MAP,
NL80211_CMD_CH_SWITCH_NOTIFY,
NL80211_CMD_START_P2P_DEVICE,
NL80211_CMD_STOP_P2P_DEVICE,
NL80211_CMD_CONN_FAILED,
NL80211_CMD_SET_MCAST_RATE,
NL80211_CMD_SET_MAC_ACL,
NL80211_CMD_RADAR_DETECT,
NL80211_CMD_GET_PROTOCOL_FEATURES,
NL80211_CMD_UPDATE_FT_IES,
NL80211_CMD_FT_EVENT,
NL80211_CMD_CRIT_PROTOCOL_START,
NL80211_CMD_CRIT_PROTOCOL_STOP,
__NL80211_CMD_AFTER_LAST,
NL80211_CMD_MAX = __NL80211_CMD_AFTER_LAST - 1
};
2.3 cfg80211驱动
开始文件：linux-3.10.14-p112871/net/wireless/core.c， 文件主要提供一些相关接口函数，实现设备在cfg80211中设备的注册，在链表cfg80211_rdev_list 中添加设备信息。
2.3.1 关键数据结构
1.
struct pernet_operations {
struct list_head list;
int (*init)(struct net *net);
void (*exit)(struct net *net);
void (*exit_batch)(struct list_head *net_exit_list);
int *id;
size_t size;
};
2.3.2 代码分析
2.3.2.1 cfg80211_init(void)
1. register_pernet_device(&cfg80211_pernet_ops);(无初始化函数)
注册网络设备操作，该函数是register_pernet_operations的包裹函数，其中first_device的定义如下：
static struct list_head *first_device = &pernet_list; 所有要添加到网络命名空间的网络协议模块都会添加到链表first_device中。当kernel支持网络命令空间时，register_pernet_operations的定义如下：
当支持多网络命令空间时，会调用该函数，该函数会遍历目前已存在的所有网络命名空间，将网络协议模块添加到每一个网络命令空间中；并执行init操作，在每一个网络命名空间中，执行协议初始化相关的东东（生成proc相关的文件或者为协议申请缓存等）。
2. wiphy_sysfs_init();
在/net/wireless/sysfs.c中，该文件的作用是：当cfg80211.ko驱动模块被安装后，在终端设备的sys/class/下会出现ieee80211文件夹.
3. register_netdevice_notifier(&cfg80211_netdev_notifier);
实现设备cfg80211中的初始化、注册cfg80211以及相关参数的设置
4.nl80211_init();
nl80211 初始化函数
5. regulatory_init();
2.4 mac80211驱动
mac80211：是一个Linux内核子系统，是驱动开发者可用于为SoftMAC无线设备写驱动的框架。 mac80211在内核空间实现STA模式，在用户空间实现AP模式（hostapd）。
2.4.1 代码结构
1. ieee80211_i.h（主要数据结构）
2. main.c（主函数入口）
3. iface.c（虚拟接口处理）
4. key.c,key.h（密钥管理）
5. sta_info.c,sta_info.h（用户管理）
6. pm.c（功率管理）
7. rate.c,rate.h（速率控制函数）
8. rc80211*（速率控制算法）
9. rx.c（帧接收路径代码）
10. tx.c（帧发送路径代码）
11. scan.c（软件扫描代码）
12. mlme.c（station/managed模式MLME）
13. ibss.c（IBSS MLME）
14. cfg.c,cfg.h,wext.c（配置入口代码）
15. aes*,tkip*,wep*,michael*,wpa*（WPA/RSN/WEP代码）
16. wme.c,wme.h（QoS代码）
17. util.c（公共函数）
2.4.2主要的数据结构
1 ieee80211_local/ieee80211_hw
位置：ieee80211_i.h
-
每个数据结构代表一个无线设备（ieee80211_hw嵌入到ieee80211_local）
-
ieee80211_hw是ieee80211_local在驱动中的可见部分
-
包含无线设备的所有操作信息
2 sta_info/ieee80211_sta
位置：sta_info.h
-
代表每一个station
-
可能是mesh，IBSS，AP，WDS
-
ieee80211_sta是驱动可见部分
3 ieee80211_conf
位置：mac80211.h
4 ieee80211_bss_conf
位置：mac80211.h
-
BSS配置
-
多BSSes类型（IBSS/AP/managed）
-
包含比如基础速率位图
-
per BSS parameters in case hardware supports creating/associating with multiple BSSes
5 ieee80211_key/ieee80211_key_conf
位置：key.h
-
代表加密/解密密钥
-
ieee80211_key_conf提供给驱动用于硬件加速
-
ieee80211_key包含book-keeping和软件解密状态
6 ieee80211_tx_info
位置：mac80211.h
-
大部分复杂数据结构
-
skb内部控制缓冲区(cb)
-
经历三个阶段：1、由mac80211初始化；2、由驱动使用；3、由发送状态通告使用
7 ieee80211_rx_status
位置：mac80211.h
-
包含接收帧状态
-
驱动通过接收帧传给mac80211
8 ieee80211_sub_if_data/ieee80211_vif
位置：ieee80211_i.h
-
包含每个虚拟接口信息
-
ieee80211_vif is passed to driver for those virtual interfaces the driver knows about (no monitor,VLAN)
-
包含的sub-structures取决于模式
2.4.3 主要流程
1 配置
-
所有发起来自用户空间（wext或者nl80211）
-
managed和IBSS模式：触发状态机（基于workqueue）
-
有些操作或多或少直接通过驱动传递（比如信道设置）
2 接收路径
-
通过函数ieee80211_rx()接收帧
-
调用ieee80211_rx_monitor()拷贝帧传递给所有监听接口
-
调用invoke_rx_handlers()处理帧
-
如果是数据帧，转换成802.3帧格式，传递给上层协议栈
-
如果是管理帧/控制帧，传递给MLME
3 接收处理钩子（invoke_rx_handlers）
- ieee80211_rx_h_passive_scan
- ieee80211_rx_h_check
- ieee80211_rx_h_decrypt
- ieee80211_rx_h_check_more_data
- ieee80211_rx_h_sta_process
- ieee80211_rx_h_defragment
- ieee80211_rx_h_ps_poll
- ieee80211_rx_h_michael_mic_verify
- ieee80211_rx_h_remove_qos_control
- ieee80211_rx_h_amsdu
- ieee80211_rx_h_mesh_fwding
- ieee80211_rx_h_data
- ieee80211_rx_h_ctrl
- ieee80211_rx_h_action
- ieee80211_rx_h_mgmt
4 发送路径
-
帧传递给ieee80211_subif_start_xmit()
-
把帧转换成802.11格式，丢弃发给未认证工作站的单播包，除了来自本地的EAPOL帧
-
如果是MONITOR接口，在帧头部增加radiotap信息
-
调用invoke_tx_handlers()处理帧
-
调用drv_tx()，把帧传递给驱动
5 发送处理钩子（invoke_tx_handlers）
- ieee80211_tx_h_dynamic_ps
- ieee80211_tx_h_check_assoc
- ieee80211_tx_h_ps_buf
- ieee80211_tx_h_select_key
- ieee80211_tx_h_sta
- ieee80211_tx_h_rate_ctrl
- ieee80211_tx_h_michael_mic_add
- ieee80211_tx_h_sequence
- ieee80211_tx_h_fragment
- ieee80211_tx_h_stats
- ieee80211_tx_h_encrypt
- ieee80211_tx_h_calculate_duration
6 mangement/MLME
-
状态机运行依赖于用户请求
-
标准方法如下：
-
probe request/response
-
auth request/response
-
assoc request/response
-
notification request/response
7 IBSS
-
尝试寻找IBSS
-
加入IBSS或者创建IBSS
-
如果没有配对，则周期性地尝试寻找IBSS并加入
8 创建接口路径
-
创建接口由用户空间通过nl80211发起
-
分配网络设备空间（包含sdata对象空间）
-
初始化网络设备
-
初始化sdata对象（包括设备类型，接口类型，设备操作函数等等）
-
注册网络设备
-
把sdata对象加入local->interfaces
9 删除接口路径
-
删除接口由用户空间通过nl80211发起
-
把sdata对象从local->interfaces移除
-
移除网络设备
10 创建station路径
-
创建station由用户空间通过nl80211发起
-
分配sta_info对象空间
-
初始化sta_info对象（包括侦听间隔，支持速率集等等）
-
初始化sta_info对象的速率控制对象
-
把sta_info对象加入local->sta_pending_list
-
调用local->ops->sta_add通知驱动创建station
-
把sta_info对象加入local->sta_list
11 删除station路径
-
删除station由用户空间通过nl80211发起
-
删除sta_info对象的key对象
-
把sta_info对象从local->sta_pending_list移除
-
调用local->ops->sta_remove通知驱动移除station
-
删除sta_info对象的速率控制对象
-
把sta_info对象从local->sta_list移除
12 扫描请求路径
-
扫描请求由用户空间通过nl80211发起
-
如果支持硬件扫描，调用local->ops->hw_scan()执行硬件扫描
-
否则，调用ieee80211_start_sw_scan()执行软件扫描
13 扫描状态机路径
-
如果存在硬件扫描请求，调用drv_hw_scan()进行扫描，如果失败，调用ieee80211_scan_completed()完成扫描
-
如果存在扫描请求，同时未进行扫描，调用__ieee80211_start_scan()进行软件扫描，如果失败，调用ieee80211_scan_completed()完成扫描
-
根据next_scan_state调用相应的处理函数
-
如果next_delay==0，则继续根据next_scan_state调用相应的处理函数
-
延时唤醒ieee80211_scan_work()
2.4.4 切换点
1 配置
-
wireless extensions (wext)
-
cfg80211 (通过nl80211和用户空间通信)
2 wext
-
设置SSID，BSSID和其他关联参数
-
设置RTS/fragmentation thresholds
-
managed/IBSS模式的加密密钥
3 cfg80211
-
扫描
-
用户管理（AP）
-
mesh管理
-
虚拟接口管理
-
AP模式加密密钥
4 mac80211到速率控制
-
速率控制不是驱动的一部分
-
每个驱动有自己的速率控制选择算法
-
速率控制填充ieee80211_tx_info速率信息
-
速率控制获取发送状态
5 mac80211到驱动
-
驱动方法（ieee80211_ops）
-
mac80211有一些输出函数
-
参考include/net/mac80211.h
2.4.5 主要函数
1 ieee80211_alloc_hw()
-
分配wiphy对象空间（保证私有数据和硬件私有数据32字节对齐，wiphy包含ieee80211_local和驱动私有数据）
-
初始化wiphy对象（包括重传次数，RTS门限等等）
-
初始化ieee80211_local（包括重传次数，工作队列，接口链表等等）
-
初始化sta_pending_list链表
-
初始化sta_list链表
2 ieee80211_register_hw()
-
分配int_scan_req数据结构
-
初始化支持接口类型（包括MONITOR接口）
-
注册wiphy
-
初始化WEP
-
初始化速率控制算法
-
注册STA接口（默认wlan0）
3 ieee80211_rx()
-
拷贝skb，同时在skb头部增加radiotap信息，传递给所有监听接口
-
如果是数据帧，根据MAC地址查找station
-
如果station没有找到，把skb传递给所有接口处理
-
数据帧：转换成802.3帧格式，传递给网络协议栈
-
管理帧/控制帧：传递给MLME
4 ieee80211_xmit()
-
如果skb来自监听接口，移除skb头部的radiotap信息
-
进行skb预处理（包括设置QoS优先级，设置分段标志，ACK应答标志等等）
-
选择加密密钥
-
选择速率（ESP8089采用硬件速率控制，所以mac80211速率控制无效）
-
加密（mac80211采用硬件加速，所以mac80211加密无效）
-
通过local->ops->tx()把skb传递给驱动
2.4.6 代码分析
MAC80211/main.c
2.4.6.1 ieee80211_init
1 rc80211_minstrel_init()
注册速率控制ops
位置:rc80211_minstrel.c
struct rate_control_ops mac80211_minstrel = {
.name = "minstrel",
.tx_status = minstrel_tx_status,
.get_rate = minstrel_get_rate,
.rate_init = minstrel_rate_init,
.alloc = minstrel_alloc,
.free = minstrel_free,
.alloc_sta = minstrel_alloc_sta,
.free_sta = minstrel_free_sta,
#ifdef CONFIG_MAC80211_DEBUGFS
.add_sta_debugfs = minstrel_add_sta_debugfs,
.remove_sta_debugfs = minstrel_remove_sta_debugfs,
#endif
};
2 rc80211_minstrel_ht_init();
注册80211 ht 速率控制ops
位置:rc80211_minstrel_ht.c
static struct rate_control_ops mac80211_minstrel_ht = {
.name = "minstrel_ht",
.tx_status = minstrel_ht_tx_status,
.get_rate = minstrel_ht_get_rate,
.rate_init = minstrel_ht_rate_init,
.rate_update = minstrel_ht_rate_update,
.alloc_sta = minstrel_ht_alloc_sta,
.free_sta = minstrel_ht_free_sta,
.alloc = minstrel_ht_alloc,
.free = minstrel_ht_free,
#ifdef CONFIG_MAC80211_DEBUGFS
.add_sta_debugfs = minstrel_ht_add_sta_debugfs,
.remove_sta_debugfs = minstrel_ht_remove_sta_debugfs,
#endif
};
3 rc80211_pid_init()
注册发送速率控制算法ops
位置:rc80211_pid_algo.c
static struct rate_control_ops mac80211_rcpid = {
.name = "pid",
.tx_status = rate_control_pid_tx_status,
.get_rate = rate_control_pid_get_rate,
.rate_init = rate_control_pid_rate_init,
.alloc = rate_control_pid_alloc,
.free = rate_control_pid_free,
.alloc_sta = rate_control_pid_alloc_sta,
.free_sta = rate_control_pid_free_sta,
#ifdef CONFIG_MAC80211_DEBUGFS
.add_sta_debugfs = rate_control_pid_add_sta_debugfs,
.remove_sta_debugfs = rate_control_pid_remove_sta_debugfs,
#endif
};
4 ieee80211_iface_init();
注册设备接口回调函数，用于更改相应结构体设备名称
位置:iface.c
static struct notifier_block mac80211_netdev_notifier = {
.notifier_call = netdev_notify,
};
2.4.6.2 ieee80211_restart_hw()
硬件重启初始化相关结构
2.4.6.3 ieee80211_alloc_hw
为硬件分配内存， 初始化ops，以及相关结构初始化
2.4.6.4 ieee80211_register_hw()
完成硬件的注册，以及相关初始化工作。
