802.11协议在Linux内核中的实现.ppt

1、IEEE 802.11协议在Linux内核中的实现,2 /42,Outline,预备知识 驱动框架 寄存器(代码示例) 传送及接收帧结构体 传送及接收数据流程 调试 总结（到目前为止，我们能做什么）,3 /42,1.1 涉及到的内核中的数据结构,套接字缓冲区(sk_buff)-是以双向链表结构进行管理，在INET Socket层和硬件层之间存放数据包，并完成数据包在不同层次之间的传递的载体。特点：跨层、指针移位操作减少内存里的数据copy，提高效率。 net_device结构-供网络接口设备使用。特点：每个网络设备都有且仅有一个对应的此结构。所有的网络设备都会添加到一个以dev_base为表头

2、的链表中。,sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0),4 /42,1.2驱动概念,驱动程序是指一组子程序它们屏蔽了底层硬件处理细节，同时向上层软件提供硬件无关接口。可形象比喻为软硬皆吃。 由于无线媒体的特殊性，其网络设备的驱动相对（以太网）来说要复杂得多。,5 /42,2. 驱动框架,以2002-5-19版 prism2驱动为蓝本，主要分析Ad-hoc 网络设备驱动程序编写方法有两种：通过模块驱动和通过内核启动时自动检测的方法。 通过模块驱动的优点： 1、减小内核体积； 2、有助于调试。 用shell命令的insmod将该模块插入到内核运行空间；用rmmod

3、命令将该模块卸载。insmod触发的是程序里面的init_module()函数；而rmmod命令触发的是cleanup_module()函数。注意：需要root权限。 #insmod ./hostap_cs.o #rmmod hostap_cs,6 /42,2. 1模块的加载和卸载(初始化),7 /42,2. 1模块的加载和卸载（Cont.）,由于此网络设备是PCMCIA规范，所以先向PCMCIA卡管理器注册该设备 (调用register_pccard_driver)，使driver_info_t结构attach函数指针指向prism2_attach()，detach函数指针指向prism2_

4、detach()。 prism2_attach()调用prism2_init_local_data() 初始化网络设备的local_info_t结构；调用prism2_setup_dev()，初始化网络设备结构struct net_device *dev的多个函数指针 ；调用prism2_hw_init()建立FID(Frame IDentifiers)与缓冲区之间的映射，通过RID(Resource IDentifiers)初始化网络设备的一些属性，如传输速率；注册中断服务类程。 调用prism2_init_dev()把网络设备添加到dev_base为链表头的链表中，在proc文件系统中建立

5、相应的目录，初始化数据加密过程等。,8 /42,2. 1模块的加载和卸载（Cont.）,9 /42,2.2 设备的打开与关闭,在允许发送接收数据之前，需要打开（即激活）网络设备。对应于打开操作，还有关闭操作。 它们在驱动中对应的函数分别为： static int prism2_open(struct net_device *dev); static int prism2_close(struct net_device *dev); 可以通过ifconfig命令手动激活或关闭。 #ifconfig wlan0 up #ifconfig wlan0 down,10 /42,2.3 数据包的发送和接

6、收,在驱动层次上的发送和接收都是通过底层对硬件的读写来完成的。 发送数据的时候，在prism2网卡上，通过对网卡的发送缓冲区写需要发送的数据，然后向command寄存器写发送命令，将数据包发送到物理网络上。 当网络上有数据包来的时候，会触发硬件中断，根据注册的中断向量表确定处理函数，进入中断处理程序，将数据发送到上层协议进行处理。 发送和接收数据函数分别为： static int prism2_tx(struct sk_buff *skb, struct net_device *dev); static int prism2_rx(struct net_device *dev);,11 /42

7、,2.4中断,12 /42,2.5 统计数据,13 /42,2.6 用户的ioctl命令系统调用,14 /42,3. 寄存器,软硬件之间的交互基本都是通过寄存器进行的，比如硬件的初始化，激活、关闭、设置或读取硬件的属性等等。 Prism2硬件里的寄存器均是16位,15 /42,3. 1 指令寄存器,指令寄存器(Command Register) 这个寄存器是用来执行指令的，比如硬件初始化(Initialize)、激活(enable)、关闭(disable)、分配fid(Allocate)、传输数据包(Transmit)等，每一个指令操作都需要通过此寄存器。 当一个指令写入寄存器中时，busy位

8、会自动设为1，表示不能再接收其它指令；当指令被接受是又会自动设为0。,16 /42,3.2 参数寄存器,参数寄存器(Param0-2 Registers) 用来存放指令的参数。 Prism中总共有三个(0, 1, 2)。 必须在指令写入指令寄存器之前，且指令寄存器的busy为0的情况下，才能向参数寄存器写入参数,17 /42,3.3 状态寄存器,状态寄存器(Status Register) 这个寄存器用于读取指令执行后的状态，如Successful、Card failure、No buffer space、Command error。 CmdCode存放上次执行的指令。 只有在EvStat r

9、egister的cmd位置1，读取出来的状态才算有效，另外，一旦EvAck register的CmdAck位被置1，则表示状态过期无效。,18 /42,3.4 指令反馈寄存器,指令反馈寄存器(Resp0-2 Registers) Prism中总共有三个(0, 1, 2)。 这个寄存器用于读取指令执行完后的response resulting。 在状态寄存器中数据有效的情况下，此response resulting才算有效。,19 /42,3.5 事件状态寄存器,事件状态寄存器(EvStat Register) 某位置1，则表示相应的事件发生。 当EvAck register寄存器相应的位被置1

10、时，则表示此事件被确认，硬件会自动重置EvStat Register。,20 /42,3.6 中断寄存器,中断寄存器(IntEn Register) 当事件状态寄存器(EvStat Register)和此寄存器有相同的位被置1时，则会产生相应的中断。,21 /42,3.7 事件确认寄存器,事件确认寄存器(EvAck Register) 一个事件发生之后，总是必须确认，一旦确认后随此事件发生的一切状态及产生的结果就都不再具有任何意义。 方法是把与事件状态寄存器(EvStat Register)中的相同位置1，当确认事件完成，硬件会自动把相应位置为0。,22 /42,3.8 实例,23 /42,3

11、.8 实例(Cont.),24 /42,3.9 缓冲访问通道,缓冲访问路径-Buffer Access Paths (BAPs) 在硬件中有两个BAP0和BAP1（不是指寄存器，我认为是一种机制），每个又对应有三个寄存器Select0-1 Registers、Offset0-1 Registers及Data0-1 Registers。 主要用于把需要发送的数据包写入缓冲(FID)，读取接收的数据包(FID)及读取或设置硬件相关参数(RID) ，如使用频率、传输速率等。 在使用BAP之前，需要调用hfa384x_setup_bap()进行初始化，把获得的fid和offest写入相应的寄存器中。,

12、25 /42,3.9.1 选择寄存器,选择寄存器(Select0-1 Registers) 用于写入FID/RID的值，它必须在Offset Registers的busy位为0且在偏移值(data offset)写入Offset Registers之前进行。 FID用于描述一个特殊的帧缓冲结构。 RID是一个16进制0 xFC000 xFFFF范围内的值，用于设置或读取硬件的相关参数。,26 /42,3.9.2 偏移寄存器,偏移寄存器(Offset0-1 Registers) 用于写数据的偏移值。 当某个值写入到寄存器中时，busy位会自动置为1，在100微秒内会自动置为0。如果busy位重置

13、，表示写入完成，并且Err位生效。 Err=0&busy=0：表示能通过data register指定的地址访问数据。 Err=1&busy=0：表示buffer溢出或FID/RID有误。,27 /42,3.9.3 数据寄存器,数据寄存器(Data0-1 Registers) 用于读写buffer的数据，读写时内部的指针会自动增加（有点和文件的读写操作类似）。,28 /42,3.10 RxFID Register,当网络设备接收到数据包，且EvStat register的Rx位被置1后，即可从中读取用于接收数据缓冲结构体的FID。 在EvAck register的RxAck位被置1后，表示FI

14、D无效。,29 /42,3.11 AllocFID Register,在command register中执行Alloc指令后，可从中获得缓冲结构体的地址。 其它注意事项与前同(略)。,30 /42,3.11AllocFID Register(Cont.),31 /42,3.12 TxComplFID Register,读取传送用于数据的缓冲结构体FID(一般用于TxOK及TxExc中断事件中)。 其它注意事项与前同(略)。,32 /42,4.传送及接收帧结构体,33 /42,4.传送及接收帧结构体(Cont.),34 /42,4.1传送帧结构体,Struct hfa384x_tx_frame

15、用于提供构造实际硬件头的必要信息，它即包括802.11格式又包括802.3格式，当需要802.11时就用802.11格式，反之亦然。 成员TxControl MACPort-用于传送数据的MAC端口。 位StrucType=0，表示用802.3格式；=1，则反之。 位TxEx-当传送失败是否需要触发TxExc中断，为0表示不触发。 位TxOK-当传送成功是否需要触发Tx中断，为0表示不触发。(驱动中未实现),35 /42,4.1传送帧结构体(Cont.),当数据传送完成(不论是否成功)，可通过成员status可以获得数据传送的结果。,36 /42,4.2接收帧结构体,成员status Mess

16、ageType-数据域中数据的类型 PCF置1，表示此包在CF（自由竞争）期间接收的 MACPort接收数据所用的mac端口 后面两个分别与解密及CRC相关 成员frame_control-可判断接收到的数据包是哪一类型(管理帧、数据帧、控制帧)。,37 /42,5.1发送数据流程,38 /42,5.2接收数据流程,39 /42,6.调试,简单又好用的调试器printk() 可定义一个调试宏 #ifdef PRISM2_DEBUG #define PDEBUG(fmt,args) printk(KERN_DEBUG “Prism2:”fmt,#args) #else #define PDEBUG(fmt,args) /*只是一个占位符*/ #endif 有两种方法开启或关闭调试 1、修改Makefile，加入-O g -DPRISM2_DEBUG(在CFLAGS中)； 2、在文件头处添加#define PRISM2_DEBUG也可。,40 /42