madwifi无线网卡源代码阅读 一

在我的Doctor课题研究中，基于ARF协议设计了一个改进型的AMARF协议，该文发表在milcom06和电子科学学刊英文版上。最近，我们将PC机上，使用linux操作系统，基于madwifi开源代码实现了AMARF协议，已经在室内固定以及移动环境测试表明，AMARF协议明显优越于现有的协议。

2008-9-20

现在使用了madwifi程序实现AMARF协议，下面分析其代码。

使用iwconfig命令可以设置速率：
1、iwconfig源代码阅读

首先下载iwconfig.c代码，源代码包为\wireless_tools.29目录
先看执行

1. iwconfig eth0

复制代码

的命令的执行过程：

调用main函数，因为是两个参数：

1.            if(argc == 2)
   
2. 
   
3.           print_info(skfd, argv[1], NULL, 0);
   
4. 
   
5. print_info调用
   
6. 
   
7. get_info(int                skfd,
   
8. 
   
9.        char *               ifname,
   
10. 
    
11.        struct wireless_info *     info)

复制代码

将网卡的各种信息打印出来。

下面与打印发送速率为例，说明调用过程，get_info函数里面：

1. /* Get bit rate */
   
2. 
   
3.   if(iw_get_ext(skfd, ifname, SIOCGIWRATE, &wrq) >= 0)
   
4. 
   
5.     {
   
6. 
   
7.       info->has_bitrate = 1;
   
8. 
   
9.       memcpy(&(info->bitrate), &(wrq.u.bitrate), sizeof(iwparam));
   
10. 
    
11.     }

复制代码

对信息的获取都是通过iw_get_ext函数来实现的，通过参数SIOCGIWRATE来识别不同的内容



iwlib.h文件定义了iw_get_ext：

1. iw_get_ext(int              skfd,      /* Socket to the kernel */
   
2. 
   
3.          const char *       ifname,          /* Device name */
   
4. 
   
5.          int                request,   /* WE ID */
   
6. 
   
7.          struct iwreq *     pwrq)      /* Fixed part of the request */
   
8. 
   
9. {
   
10. 
    
11.   /* Set device name */
    
12. 
    
13.   strncpy(pwrq->ifr_name, ifname, IFNAMSIZ);
    
14. 
    
15.   /* Do the request */
    
16. 
    
17.   return(ioctl(skfd, request, pwrq));
    
18. 
    
19. }

复制代码

因此，真正对网卡其他参数的实现是通过ioctl函数实现的，ioctl是驱动程序的基本功能，因此，如果自己想编写一个对网卡参数设置的程序，也应该使用ioctl函数。

下面在看使用

1. iwconfig eth0 rate auto

复制代码

命令执行情况

main函数，当输入参数大于2的时候，调用：

1. goterr = set_info(skfd, argv + 2, argc - 2, argv[1]);

复制代码

set_info函数调用iwcmd = find_command(args[0]);

用来查找命令，所有的命令都存放在一个表中，只要查找这个表即可：

1. static const struct iwconfig_entry iwconfig_cmds[] = {
   
2. 
   
3. ……….
   
4. 
   
5. { "bit",         set_bitrate_info,     1,    SIOCSIWRATE,
   
6. 
   
7.       "Set Bit Rate",             "{N[k|M|G]|auto|fixed}" },
   
8. 
   
9.   { "rate",           set_bitrate_info,     1,    SIOCSIWRATE,
   
10. 
    
11.       "Set Bit Rate",             "{N[k|M|G]|auto|fixed}" },

复制代码

当第三个参数为rate的时候，就会自动调用set_bitrate_info函数，该函数的定义为：

1. set_bitrate_info
   
2. 
   
3. if(!strcasecmp(args[0], "auto"))
   
4. 
   
5.     {
   
6. 
   
7.       wrq.u.bitrate.value = -1;
   
8. 
   
9.       wrq.u.bitrate.fixed = 0; //如果输入是auto，那么设置为bitrate.value = -1;
   
10. 
    
11.     }
    
12. 
    
13.   else
    
14. 
    
15.     {
    
16. 
    
17.       if(!strcasecmp(args[0], "fixed"))
    
18. 
    
19.       {
    
20. 
    
21.         /* Get old bitrate */
    
22. 
    
23.         if(iw_get_ext(skfd, ifname, SIOCGIWRATE, &wrq) < 0)
    
24. 
    
25.           return(IWERR_GET_EXT);
    
26. 
    
27.         wrq.u.bitrate.fixed = 1;
    
28. 
    
29.       }
    
30. 
    
31. ……………
    
32. 
    
33.   if(iw_set_ext(skfd, ifname, SIOCSIWRATE, &wrq) < 0)
    
34. 
    
35.     return(IWERR_SET_EXT);

复制代码

也就是说，如果选择auto，那么设置变量bitrate.fixed=0，最后调用iw_set_ext(skfd, ifname, SIOCSIWRATE, &wrq)函数，这个函数也是直接与网卡相关的。

与iw_get_ext函数一样，iw_set_ext也是通过SIOCGIWRATE来识别的：

1. static inline int
   
2. 
   
3. iw_set_ext(int              skfd,      /* Socket to the kernel */
   
4. 
   
5.          const char *       ifname,          /* Device name */
   
6. 
   
7.          int                request,   /* WE ID */
   
8. 
   
9.          struct iwreq *     pwrq)      /* Fixed part of the request */
   
10. 
    
11. {
    
12. 
    
13.   /* Set device name */
    
14. 
    
15.   strncpy(pwrq->ifr_name, ifname, IFNAMSIZ);
    
16. 
    
17.   /* Do the request */
    
18. 
    
19.   return(ioctl(skfd, request, pwrq));
    
20. 
    
21. }

复制代码

2、madiwifi驱动和硬件说明

该说明来源于“IEEE 802.11 Rate Adaptation: A Practical Approach”

该文主要提出了AMRR算法。

本文首先谈到是否能够基于包级的速率控制需要看硬件是否支持，有些芯片在硬件里面包含了CPU，

Texas Instruments around an ARM core ，WaveLAN 802.11b，因此具有低的延时。

然而，Atheros 802.11 chipsets芯片不包含CPU，需要主机CPU来完成很多的MAC功能，而主机CPU很难实现实时的控制，基于包的速率控制是不可行的，认为是高延时的一类。

ARF算法和AARF算法、以及AMARF都是基于低延时的控制算法，

Atheros的linux驱动，称为Multiband Atheros Driver for WiFi (MadWiFi)，可以在SourceForge上找到源代码，使用了HAL（硬件抽象层的概念），与硬件有关的部分是二进制的代码，不提供源代码。

Atheros硬件允许用户创建9个发送FIFIO描述符，对发送进行调度；每个发送描述符包含了发送状况，数据的指针和长度，并且包含了一个4对的“速率/重传次数”对(r0/c0, r1/ c1，r2/c2，r3/c3)。

当无线信道可以发送的时候，硬件将引发处于FIFO头的数据的发送，首先以速率r0发送，如果发送失败，继续以速率r0发送c0-1次，然而再次以速率r1发送，如果发送失败，继续以速率r1发送c1-1次……如果发送失败了c0+c1+c2+c3次，那么放弃这次发送。

当发送完毕，或者发送放弃，硬件会在发送描述符中报告本次发送丢失的ACK的数目，因此，通过获知丢失的ACK的数目可以间接的得到本次的发送速率。

MadWiFi 的这个机制称为Multi Rate Retry mechanism。


3、onoe自适应速率说明

该说明来源于“Bit-rate Selection in Wireless Networks“，John C. Bicket ，MIT 硕士论文 P29

该文主要提出了SampleRate算法，也对其他的算法进行了说明。

onoe对每个包的失败与否并不敏感，试图找到丢帧率小于50%的最高速率；

对于每个目的连接，onoe保存了一个当前链路的比特速率、以及该比特率的信用度；算法跟踪每个链路当前比特速率的信用度，如果丢包率较小，那么增加该信用度；如果该信用度达到一定的阈值，那么尝试增加信用度；如果发生了一些错误，那么该信用度复位，速率下降。

当第一次发送到目的地址的时候，将初始的速率设置为24M（802.11a/g），11M(802.11b)；onoe周期性的执行算法（缺省值为1秒）

1）如果没有数据发送成功，降低到下一个速率；
2）如果发送了10个以上的包，并且每个包的平均重传次数大于1，降低到下一个速率；
3）如果超过10%的包需要重传，将信用值减小（保持大于0），
4）如果少于10%的包需要重传，增加信用值；次数               
5）如果信用值大于10，增加速率；

相关代码为：

//每次发送完数据后，都会调用该函数，来判断发送的结果，成功还是失败，以及重传的次数

1. void
   
2. 
   
3. ath_rate_tx_complete(struct ath_softc *sc,
   
4. 
   
5.       struct ath_node *an, const struct ath_desc *ds)
   
6. 
   
7. {
   
8. 
   
9.       struct onoe_node *on = ATH_NODE_ONOE(an);
   
10. 
    
11. 
    
12. 
    
13.       if (ds->ds_txstat.ts_status == 0) //如果 ts_status为0，表明发送成功
    
14. 
    
15.            on->on_tx_ok++; //统计发送成功和发送失败的次数，
    
16. 
    
17.       else
    
18. 
    
19.            on->on_tx_err++;
    
20. 
    
21.       on->on_tx_retr += ds->ds_txstat.ts_shortretry  //统计重传的次数，长重传加上短重传，适用于不同的长度，一般来说应该是一个为0，而另外一个不为0，
    
22. 
    
23.                  + ds->ds_txstat.ts_longretry;
    
24. 
    
25.       if (jiffies >= on->on_nextcheck) {  //判断现在的时间，每大约1秒钟执行一次速率控制
    
26. 
    
27.            ath_rate_ctl(sc, &an->an_node);
    
28. 
    
29.            /* XXX halve rate for station mode */
    
30. 
    
31.            on->on_nextcheck = jiffies + (ath_rateinterval * HZ) / 1000; //ath_rateinterval 定义为1000，
    
32. 
    
33.       }
    
34. 
    
35. }

复制代码

//这个是速率控制函数

1. static void
   
2. ath_rate_ctl(void *arg, struct ieee80211_node *ni)
   
3. {
   
4. 
   
5.       struct ath_softc *sc = arg;
   
6. 
   
7.       struct onoe_node *on = ATH_NODE_ONOE(ATH_NODE(ni));
   
8. 
   
9.       struct ieee80211_rateset *rs = &ni->ni_rates;
   
10. 
    
11.       int dir = 0, nrate, enough;
    
12. 
    
13.       sc->sc_stats.ast_rate_calls++;
    
14.       /*
    
15. 
    
16.        * Rate control
    
17. 
    
18.        * XXX: very primitive version.
    
19. 
    
20.        */
    
21. 
    
22.       enough = (on->on_tx_ok + on->on_tx_err >= 10); //这两参数是从ath_rate_tx_complete中获得的，onoe算法要统计10次以上的发送结果才又有动作
    
23.       /* no packet reached -> down */
    
24. 
    
25.       if (on->on_tx_err > 0 && on->on_tx_ok == 0)  //如果压根就没有任何一次发送成功，速率控制的方向是递减，也就是算法中的第一中情况
    
26. 
    
27.            dir = -1;
    
28. 
    
29.       /* all packets needs retry in average -> down */
    
30. 
    
31.       if (enough && on->on_tx_ok < on->on_tx_retr) //就是算法中的第二种情况，基本上所有的包都需要重传，降低速率
    
32. 
    
33.            dir = -1;
    
34. 
    
35.        //ath_rate_raise初始值定义为10，判断用于10%的一个变量
    
36. 
    
37.     //如果没有发生传输失败，并且少于10%的包需要重传，增加速率，也就是第四钟情况
    
38. 
    
39. /* no error and less than rate_raise% of packets need retry -> up */
    
40. 
    
41.       if (enough && on->on_tx_err == 0 &&
    
42. 
    
43.           on->on_tx_retr < (on->on_tx_ok * ath_rate_raise) / 100)
    
44. 
    
45.            dir = 1;
    
46. 
    
47.       DPRINTF(sc, "%s: ok %d err %d retr %d upper %d dir %d\n",
    
48. 
    
49.            ether_sprintf(ni->ni_macaddr),
    
50. 
    
51.            on->on_tx_ok, on->on_tx_err, on->on_tx_retr,
    
52. 
    
53.            on->on_tx_upper, dir);
    
54. 
    
55.        nrate = ni->ni_txrate; //目前使用的速率，实际上是一个大于等于0 的编号
    
56. 
    
57.       switch (dir) {
    
58. 
    
59.       case 0:  //不增加也不减少
    
60. 
    
61.            if (enough && on->on_tx_upper > 0)
    
62. 
    
63.                  on->on_tx_upper--;  
    
64. 
    
65. // on_tx_upper定义为信用值
    
66. 
    
67. //如果发送超过了10次，并且超过10%的包需要重传，信用值on_tx_upper减小
    
68. 
    
69.            break;
    
70. 
    
71.       case -1: //减少速率，
    
72. 
    
73.            if (nrate > 0) {
    
74. 
    
75.                  nrate--; //如果大于0，减小速率
    
76. 
    
77.                  sc->sc_stats.ast_rate_drop++;
    
78. 
    
79.            }
    
80. 
    
81.            on->on_tx_upper = 0; //将信用值复位置0
    
82. 
    
83.            break;
    
84. 
    
85.       case 1:
    
86. 
    
87.            /* raise rate if we hit rate_raise_threshold */
    
88. 
    
89.            if (++on->on_tx_upper < ath_rate_raise_threshold)
    
90. 
    
91.                  break; //信用值加1，如果信用值没有达到阈值，那么直接退出，
    
92. 
    
93.            on->on_tx_upper = 0; //否则，增加速率，将信用值复位置0
    
94. 
    
95.            if (nrate + 1 < rs->rs_nrates) {
    
96. 
    
97.                  nrate++;
    
98. 
    
99.                  sc->sc_stats.ast_rate_raise++;
    
100. 
     
101.            }
     
102. 
     
103.            break;
     
104. 
     
105.       }
     
106. 
     
107.       if (nrate != ni->ni_txrate) {  // 如果速率发生了改变，更新速率
     
108. 
     
109.            DPRINTF(sc, "%s: %dM -> %dM (%d ok, %d err, %d retr)\n",
     
110. 
     
111.                __func__,
     
112. 
     
113.                (rs->rs_rates[ni->ni_txrate] & IEEE80211_RATE_VAL) / 2,
     
114. 
     
115.                (rs->rs_rates[nrate] & IEEE80211_RATE_VAL) / 2,
     
116. 
     
117.                on->on_tx_ok, on->on_tx_err, on->on_tx_retr);
     
118. 
     
119.            ath_rate_update(sc, ni, nrate);
     
120. 
     
121.       } else if (enough) //如果速率没有发生改变，发送次数已经大约10次了，重新复位
     
122. 
     
123.            on->on_tx_ok = on->on_tx_err = on->on_tx_retr = 0; //复位
     
124. 
     
125. }
     
126. 
     
127. 
     
128. //速率更新的代码
     
129. 
     
130. static void
     
131. 
     
132. ath_rate_update(struct ath_softc *sc, struct ieee80211_node *ni, int rate)
     
133. 
     
134. {
     
135. // ath_rate_ctl函数仅仅是确定了合适使用的速率，然而，atheor网卡需要在发送描述符中写入r0/c0,r1/c1, r2/c2, r3/c3四个速率和retry对，如果填充这四个发送对呢？
     
136. r0速率，就是判断的最佳发送速率，r1就是最佳速率的下一个速率（如果r0已经是最低速率，那么r1为0）；
     
137. r2是r1的下一个速率，r3是r2的下一个速率，对于retry次数，分别设置为4,2,2,2
     
138.       on->on_tx_rix0 = sc->sc_rixmap[ni->ni_rates.rs_rates[rate] & IEEE80211_RATE_VAL];
     
139. 
     
140.       on->on_tx_rate0 = rt->info[on->on_tx_rix0].rateCode;
     
141. 
     
142. on->on_tx_try0 = 1 + 3;          /* 4 tries at rate 0 */  //速率r0的设置，就是最佳速率rate
     
143. if (--rate >= 0) { //速率r1的设置，就是最佳速率rate的下一个速率
     
144. 
     
145.                   rix = sc->sc_rixmap[ni->ni_rates.rs_rates[rate]&IEEE80211_RATE_VAL];
     
146. 
     
147.                  on->on_tx_rate1 = rt->info[rix].rateCode;
     
148. 
     
149.                  on->on_tx_rate1sp = on->on_tx_rate1 |
     
150. 
     
151.                       rt->info[rix].shortPreamble;
     
152. 
     
153.            } else
     
154. 
     
155.                  on->on_tx_rate1 = on->on_tx_rate1sp = 0;
     
156. 
     
157. ……….

复制代码

速率r1/c1， r2/c2,  r3/c3是通过ath_rate_setupxtxdesc函数写入硬件的，这是与硬件相关的函数，

1. ath_rate_setupxtxdesc(struct ath_softc *sc, struct ath_node *an,
   
2. 
   
3.       struct ath_desc *ds, int shortPreamble, size_t frame_size, u_int8_t rix)
   
4. 
   
5. {
   
6. 
   
7.       struct onoe_node *on = ATH_NODE_ONOE(an);
   
8.       ath_hal_setupxtxdesc(sc->sc_ah, ds
   
9. 
   
10.            , on->on_tx_rate1sp, 2 /* series 1 */
    
11. 
    
12.            , on->on_tx_rate2sp, 2 /* series 2 */
    
13. 
    
14.            , on->on_tx_rate3sp, 2 /* series 3 */
    
15. 
    
16.       );
    
17. 
    
18. }

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速率r0/c0 是通过ath_hal_setuptxdesc函数写入硬件的，

1.          ath_hal_setuptxdesc(ah, ds
   
2. 
   
3.                      , pktlen          /* packet length */
   
4. 
   
5.                      , hdrlen          /* header length */
   
6. 
   
7.                      , atype           /* Atheros packet type */
   
8. 
   
9.                      , MIN(ni->ni_txpower, 60)/* txpower */
   
10. 
    
11.                      , txrate, try0    /* series 0 rate/tries */
    
12. 
    
13.                      , keyix           /* key cache index */

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该函数在if_ath.c 中每次ath_tx_start函数进行发送的时候调用