madwifi学习记录

最近madwifi作为ap时，丢包比较严重，正好有人写了学习记录，感谢原创者！

1 madwifi的结构，主要是有三层，hal是硬件层，然后是ath层，在之上的是802.11层，整个madwifi源码中重要的就是hal文件夹（硬件），ath文件夹，ath_rate文件夹（动态调整tx rate的三种算法，默认使用sample），net80211文件夹（802.11协议相关），tools文件夹（一些工具）
2 madwifi中hal是硬件相关的函数信息等，在hal文件夹下提供了需要的头文件，在hal/public下有该版本madwifi可以适应的硬件体系结构，比如用powerpc-be-elf.hal.o.uu，需要用uudecode这个工具来解码他，命令为uudecode powerpc-be-elf.hal.o.uu，如果出现了提示没有‘end’的错误，可能是文件格式问题，用dos2unix把该文件格式转换一下就可以，然后如果出现编译器命令不对，则可能修改powerpc-be-elf.inc文件中的TOOLPREFIX，指向编译器
3 madwifi启动的时候会先扫描硬件网卡，然后如果发现了设备就会注册该设备（ath），其注册的过程中，会检查改网卡的设备id，这个东西有两个：在ath下的if_ath_pci.c下pci_device_id 结构中，有一个静态表，描述了PCI id，第一个0×168c，是指atheros厂商的标志vendor，第二个是网卡的device id，如果扫描到的硬件不在这个表里是无法加载的，其定义可以在hal下的ah_devid.h文件中找到
4 madwifi加载到内核的过程需要先加载模块，有两种方式modprobe命令和insmod命令（看看开发板是不是支持第一个命令），用modeprobe可以直接加载ath_pci.o然后会把相关的模块（根据依赖关系）加载进来，如果不支持该命令则需要用insmod自己手动根据依赖关系来加载各个模块，需要加载的模块及其顺序为：

insmod wlan.o
insmod ath_hal.o
insmod ath_rate_amrr.o
insmod ath_rate_onoe.o
insmod ath_rate_sample.o
insmod wlan_acl.o
insmod wlan_ccmp.o
insmod wlan_scan_ap.o
insmod wlan_scan_sta.o
insmod wlan_tkip.o
insmod wlan_wep.o
insmod wlan_xauth.o
insmod ath_pci.o


5 在识别了网卡后，ath_pci_probe会使内核先初始化该设备，然后检查内核是否支持本设备的DMA寻址位数，建立内存映射等，创建ath_pci_softc结构实例，部分初始化ath_softc中的net_device dev，最后调用ath_attach（）函数，该函数会将识别的网卡device id进行处理，比如对比version（就是一个表示时间的串），然后准备激活网卡

1 madwifi发送数据的过程为：首先在初始化的时候ath_attach函数会设置发送数据函数dev->hard_start_xmit = ath_hardstart， 然后在ath_hardstart函数中会有这些设置：
if ((dev->flags & IFF_RUNNING) == 0 || sc->sc_invalid) 检测硬件是否已经启用并且判断sc是否与hal层连接好;
STAILQ_INIT(&bf_head);初始化bf_head结构体
skb->data是上层传过来的数据，可以(struct ether_header *) skb->data
ATH_SUPERG_FF的那个define是关于G模式的一个“快速帧”功能，Atheros的某种技术
skb = ieee80211_encap(ni, skb, &framecnt);为数据包封装802.11帧头
framecnt表示分段的个数，如果是只有一个就单纯发送，如果是多个，要进行一些判断然后为每段分配一个硬件缓冲区，并且发送
在进行了上述过程后调用ath_tx_start函数进行下一步的参数设置
2 总体发送数据过程为：ath_hardstart 、 ath_tx_start 、 ath_tx_txqaddbuf（放入发送队列）、ath_hal_txstart（发送），ath_hal_txstart就是在hal中定义的了，只能找到相应的define
3 madwifi接收数据是通过中断执行，madwifi的中断处理函数为：ath_intr（），用status & HAL_INT_RX表示为数据接收，然后做相应处理
4 总体接收数据过程为：ath_rx_tasklet 、 ieee80211_input 、 ieee80211_deliver_data 、netif_rx(skb)（linux内核提供的函数）

本次madwifi学习的记录主要跟txq相关，结构为struct ath_txq，做个和的连接，以及夭折了的1 ath_txq结构里比较有用的几个字段：qnum是记录在哪个队列，即队列号，depth记录当前队列长度，totalqueued记录总共曾经有多少个包放入过队列，axq_q貌似就是ath_buf的一个链表，会存着真正的数据
2 基本上对于txq的操作是通过ATH_TXQ_XXXXX函数来实现了，除了LOCK和UNLOCK之外，比较有用的是 ATH_TXQ_INSERT_TAIL，和ATH_TXQ_REMOVE_HEAD，他们除了会更新txq那个链表，也会调整depth，链表的最根本定义及使用方法在/madwifi/include/sys/queue.h下
3 在ath_tx_txqaddbuf中调用ath_hal_txstart后不会立即减少depth，depth的减少是在processq中ATH_TXQ_REMOVE_HEAD后导致的。
4 硬件发包具体的发送方式猜测是多个包同时发送出去，或者说是将一个txq->axq_qnum中的包发干净，之后再传送中断，才会有q0123的捕获。主要依据有：
（1）在ath_tx_txqaddbuf中调用ath_hal_txstart之前设置当txq->axq_depth大于10的时候再调用 ath_hal_txstart，否则直接退出该函数，结果没有进入processq的结果输出，只有又有新包调用ath_tx_txqaddbuf，换句话讲没有再出现发送包之后的中断，只有txq->axq_depth的累加，猜测是积累的包没有发完又添加新包，结果该qnum的队列发不干净，没有返回中断
（2）每次ath_tx_tasklet_q0123函数都会在接到中断后调用 ath_tx_processq，在ath_tx_processq中会将该qnum的txq不断的ATH_TXQ_REMOVE_HEAD，depth 不断的减，直到该txq为空，才会退出。
5 在if_athvar.h中定义了TAIL_DROP_COUNT， 默认值为50， 这个数值是在限定txq的长度，如果txq的depth长于这个限定会丢包， 不会发送，ath_hardstart中使用了它
if (txq->axq_depth > TAIL_DROP_COUNT) {
sc->sc_stats.ast_tx_discard++;
goto hardstart_fail;
}
6 在hal/ah.h中定义了qnum的类型，HAL_NUM_TX_QUEUES 为最大允许定义的队列的个数，typedef的HAL_TX_QUEUE定义了各个序号的qnum的职能

typedef enum {
HAL_TX_QUEUE_INACTIVE = 0, /* queue is inactive/unused */
HAL_TX_QUEUE_DATA = 1, /* data xmit q’s */
HAL_TX_QUEUE_BEACON = 2, /* beacon xmit q */
HAL_TX_QUEUE_CAB = 3, /* “crap after beacon” xmit q */
HAL_TX_QUEUE_UAPSD = 4, /* u-apsd power save xmit q */
} HAL_TX_QUEUE;

本次madwifi学习记录主要针对数据收发在内存和外设之间如何实现进行研究
1 在ath_tx_start中，有个函数bus_map_single， 它主要用于将数据由内存拷贝到总线设备的存储空间中，同时返回设备中的地址，应该是真正的物理地址
2 同样在ath_rx_tasklet中，有函数bus_unmap_single， 作用和bus_map_single相反
3 在ath_rx_tasklet中出现bus_unmap_single出现之前，有函数bus_dma_sync_single，作用和bus_unmap_single基本相同，主要定义都是dma_cache_wback_inv
4 关于bus函数的参数中，最后一个参数表明传递方向，在if_ath_ahb.h中有相关定义

#define BUS_DMA_FROMDEVICE 0
#define BUS_DMA_TODEVICE   1

5 关于bus函数的参数说明：总线设备描述符（这个还存在疑问，注释为associated bus device），要传输的数据，数据长度，方向
6 bus_map_single和bus_unmap_single的定义在不同情况下不同，在if_ath.c的开头有这样一段

#ifdef ATH_PCI /* PCI BUS */
#include “if_ath_pci.h”
#endif /* PCI BUS */
#ifdef ATH_AHB /* AHB BUS */
#include “if_ath_ahb.h”
#endif /* AHB BUS */


在 if_ath_pci.h 中定义的bus实际上就是pci_map_single和pci_unmap_single，这两个为linux系统函数，貌似和DMA相关，具体定义可以去在线网站查询
在 if_ath_ahb.h 中定义的bus实际上就是前面说过的dma_cache_wback_inv

static __inline void bus_dma_sync_single(void *hwdev, dma_addr_t dma_handle, size_t size, int direction)
{
unsigned long addr;
addr = (unsigned long) __va(dma_handle);
dma_cache_wback_inv(addr, size);
}

static __inline dma_addr_t bus_map_single(void *hwdev, void *ptr, size_t size, int direction)
{
dma_cache_wback_inv((unsigned long) ptr, size);
return __pa(ptr);
}

static __inline void bus_unmap_single(void *hwdev, dma_addr_t dma_addr, size_t size, int direction)
{
if (direction != BUS_DMA_TODEVICE) {
unsigned long addr;
addr = (unsigned long)__va(dma_addr);
dma_cache_wback_inv(addr, size);
}
}


对比三段定义发现基本都是在用一个函数，关于dma_cache_wback_inv在一个英文论坛里有部分解释：
dma_cache_wback() : This function write back the cache data to memory
dma_cache_inv : This function invalidate the cache tags. so subsequent access will fetch from memory
换句话讲， dma_cache_wback_inv应该是在进行cache和memory的数据交换，It does both write back and invalidate
7 在chinaunix中有一段关于DMA的说法挺好，最后引用过来：
现在的网卡大多数都是采用主动DMA的方式。也就是当网卡从网线上接收到数据之后，就会自己启动dma将数据从网卡内部的FIFO传送到配置寄存器指定的内存地址。当一个数据包接收完成之后，产生一个中断通知driver进行处理。整个过程不需要cpu进行干涉。当driver接收到中断的时候，数据已经在内存里存放好了。

首先做一个更正，对于中出现了一些误解，有点问题。

没有什么把数据放到设备上的过程，数据包一直在内存里，网卡硬件也是去内存里读取这个包，这是不是传说的DMA咱不清楚，但关键是什么时候把这个包的地址告诉硬件，就是ath_hal_puttxbuf函数。通过把描述符的地址告诉硬件，间接地把包的地址告诉硬件。

首先要肯定的是sc只有一个，对应着物理设备。在网卡初始化时，会调用ath_desc_alloc，继而调用ath_descdma_setup，在这里，会为sc->sc_txbuf分配200个buffer，然后为每个buffer分配一个描述符。也就是说网卡初始化之后，就有200个tx buffer和200个描述符，一一对应地存在于内存中了。

然后将每个buffer的bf_daddr指针指向自己对应描述符的：物理地址；每个buffer的bf_desc指针则指向对应描述符的：虚拟地址。发送包时，首先调ath_hardstart函数，在这里，用ATH_HARDSTART_GET_TX_BUF_WITH_LOCK这个宏，取得这200个buffer中的某一个赋给bf这个变量。然后调用ath_tx_start函数，在这里，将数据包的真实物理地址，赋给此bf的bf_skbaddr指针。

然后定义一个ds指针，将这个指针指向此bf对应的描述符，也就是bf_desc，对ds进行一系列操作，也就是把此bf对应的描述符里的有用的内容都填好。然后将ds的ds_data指针指向bf的bf_skbaddr。这样，只要找到描述符，就可以找到数据包的物理地址了。

在ath_tx_start函数里还会根据情况选择一个txq，但是网卡硬件是用不到这个txq结构的，硬件关心的只是这是第几个q，也就是txq->axq_qnum，最后到了ath_tx_txqaddbuf函数，在if (txq->axq_link == NULL)的时候，会调用ath_hal_puttxbuf(ah, txq->axq_qnum, bf->bf_daddr)，这里的参数txq->axq_qnum是q号码，bf->bf_daddr呢？就是这个bf对应的描述符的物理地址，这个函数实际上就是把这个描述符物理地址写到一个寄存器里。比如网卡里有四个寄存器，ds_for_q1，ds_for_q2，ds_for_q3，ds_for_q4，作用是储存4个q对应的描述符的物理地址，那么ath_hal_puttxbuf就是把描述符物理地址写到相应寄存器里。

最后调用ath_hal_txstart(ah, txq->axq_qnum)了，参数只有一个q号码，那么接下来，硬件的动作是：
网卡通过这个q号码—–>找到对应的寄存器—–>里面放的是一个描述符的物理地址—–>找到这个描述符—–>这个描述符里有一个指针ds_data——>ds_data就是数据包的物理地址—–>找到数据包—–>发送。

madwifi学习记录的学习记录系列以后应该还会有更新，但是频率嘛，我就不好说了，呵呵。毕业设计差不多快弄完了，但是估计和madwifi的关系不会太早就结束，没准整个研究生阶段都会与它打交道，呵呵。写一点最近的学习心得。

1 关于txq的话题其实有很多，这也是我一直所关心的问题。说过在madwifi中txq本身定义了四个，当然其设计时也就会用到四个，虽然其允许支持到10个。在struct ath_softc中有一个sc_ac2q结构，这个结构和txq是相对应的。WME_NUM_AC定义的个数是4，同样对应四中类型，可以说是与之关联的：

#define WME_AC_BE 0 /* best effort */
#define WME_AC_BK 1 /* background */
#define WME_AC_VI 2 /* video */
#define WME_AC_VO 3 /* voice */

2 madwifi支持多种工作模式，adhoc，ap等等吧，不过最近在用的是ahdemo模式，其实是adhoc模式的一个变种，不会发送管理帧。顺便提下管理帧的定义，在ieee80211.h中，IEEE80211_FC0_TYPE_MASK和IEEE80211_FC0_SUBTYPE_MASK用来判断包的类型，如果是管理帧的话type应该是0，然后对应相应的subtype，比如IEEE80211_FC0_SUBTYPE_BEACON就是0×80， 用法为：

struct ieee80211_frame *wh = (struct ieee80211_frame *)bf->bf_skb->data;
u_int8_t type = wh->i_fc[0] & IEEE80211_FC0_TYPE_MASK;
u_int8_t subtype = wh->i_fc[0] & IEEE80211_FC0_SUBTYPE_MASK;
if (type == IEEE80211_FC0_TYPE_MGT && subtype == IEEE80211_FC0_SUBTYPE_BEACON) {……}

3 关于中断方面。首先，有一种叫做软中断的东西，是Linux的东西，madwifi把它封装了一下，然后给驱动程序用。其实本质是这样的：首先向系统注册该中断，对应一个专属中断队列、处理函数和设备指针，在初始化设置之后，系统中的一个内核线程会周期的遍历中断向量列表，一旦发现某个软中断向量挂起，则会迅速调用其处理函数。这种软中断的使用是非常有意义的，能够很快的进行处理，而又不会死循环，造成无法释放资源。在ath/if_ath.c中，有很多这种软中断，在ath_attach中 ATH_INIT_TQUEUE(&sc->sc_rxtq,    ath_rx_tasklet,        dev);就是一个init，而用ATH_SCHEDULE_TQUEUE就能完成调度的申请。当然因为内核版本问题，madwifi给封装成了这两个“函数”，需要再用个 if(needmark) {mark_bh(IMMEDIATE_BH);}

4 当硬件产生一个中断的时候，中断会提供给ath_intr函数，该函数根据相应的情况传递给相应的处理函数，比如如果是硬件发送了一个数据包，并产生中断的话，就在if (status & HAL_INT_TX) 处理，并传递给processq。如果想让发送的包在硬件发包后产生硬件中断的话，就在ath_tx_start函数中设置flags时设置一个位， flags |= HAL_TXDESC_INTREQ;