Wlan使用参考

1. 概述

无线局域网技术(Wi-Fi)是一种定义了物理层和数据链路层标准的无线网络技术。SigmaStar 的 PCUPID 系列芯片内部未集成 Wi-Fi 的 MAC 和 PHY 功能，因此需要外挂 Wi-Fi 芯片以实现 MAC 和 PHY 的控制。常见的使用方式是外挂一颗同时集成了 MAC 和 PHY 的 Wi-Fi 模块/模组（集成 WiFi 芯片、射频等硬件及协议栈，能通过标准接口为其他设备提供 WiFi 连接功能的模块化硬件电路）

外挂 WiFi 模组和 SOC 之间的通信标准接口主要包括以下几种：

  • SDIO 接口

  • USB 接口

2. 关键字说明

  • WIFI芯片 ：实现 WiFi 功能的集成电路（IC），集成 MAC 控制器和 PHY 控制器，需外部搭配射频电路、电源管理、晶振等元件才能工作，无法直接独立使用。常见的WiFi芯片包含芯片厂商自己的MCU，用来运行协议栈、寄存器配置等核心软件。

  • WIFI模组 ：集成 WiFi 芯片、射频、晶振等硬件及协议栈，能通过标准接口为其他设备提供 WiFi 连接功能的模块化组件，是硬件电路和软件的集合，有时候也单指硬件电路。

  • WiFi6 ：802.11ax 无线标准的商业命名

3. 功能描述

PCUPID 系列芯片公板的WiFi技术使用方案如图，包含用于连接WiFi模组的sdio接口和usb接口，内存里的数据通过sdio接口或usb接口发送到WiFi模组，然后WiFi模组通过自身的射频发送到空间电磁环境中，接收过程刚好相反。

WiFi模组-soc接口

Wi-Fi芯片/模组有以下特点：

  • 未采用 Linux 系统自带的无线 MAC 层协议栈实现（即未使用mac80211子系统），但是会使用cfg80211子系统完成 Wi-Fi 模组的参数配置。
  • 无线 MAC 层协议栈大多集成于 Wi-Fi 芯片内部（部分 Wi-Fi 芯片具备 MCU 功能，可运行厂商自研的 MAC 层协议栈代码）
  • 与 Linux 网络协议栈的适配逻辑，主要在模组的驱动 ko 文件中实现

4. 硬件连接介绍

4.1 soc硬件接口确认

PCUPID 系列芯片公板的WiFi模组使用sdio接口和usb接口，这里以Comake_Pi_D1板子为例，它用usb1接口连接WiFi模组，usb接口的引脚是"DP_USB2_P0/1"，"DM_USB2_P0/1"。

注意：usb接口的引脚是专用的，没有复用其他功能，所以在hw checklist表的引脚复用子表ARMTmux里是找不到usb接口引脚说明的

4.2 wifi模组接口确认

Comake_Pi_D1板子用的是ssw108ge，下图是该模组的线序图，需要关注模组的引脚分布

ssw108ge模组接线图

4.3 原理图连接

Comake_Pi_D1 开发板通过 USB1 接口连接 Wi-Fi 模组，如下图所示。其中，USB1 接口的两根信号线为DP_USB2_P1和DM_USB2_P1。

Wi-Fi 模组的供电由3V3_WIFI提供，其供电控制通过GPIOA_13引脚配合开关管实现：当GPIOA_13输出低电平时，开关管导通，3V3_WIFI为模组供电。

使用 Wi-Fi 模组时需确保供电开启，若需默认供电，需在内核设备树（dts）中配置GPIOA_13引脚，具体配置方法详见后续章节。

usb1_wifi接线图

5. Kernel用法介绍

5.1 配置sdio接口dts

如果是sdio接口的WiFi模组，请参考《SDMMC使用参考》章节，完成设备树（dts）和 padmux的配置

5.2 配置usb接口dts

如果是usb接口的WiFi模组，参考《USB使用参考》章节，完成usb host模式的设备树（dts）配置

5.3 kernel config配置

在kernel目录下执行"make menuconfig"，然后打开或关闭，修改某些配置项，如果需要保存修改后的配置，需要再次执行"make savedefconfig"，然后执行"cp defconfig 目标defconfig"

5.3.1 配置wext

Wext是Wireless Extension，是内核中WIFI驱动和用户态进程的标准接口，iwpriv命令依赖这个配置。WEXT是2000年代初的技术，已无法满足现代WiFi需求，按需打开该配置项。

内核配置如下：

-*- Networking support  --->
    -*-   Wireless  --->
        <M>   cfg80211 - wireless configuration API
        ...
        [*]     cfg80211 wireless extensions compatibility

image.png

5.3.2 配置cfg80211

CFG80211是内核中WIFI驱动和用户态进程的标准接口，在CFG80211出现之前是WEXT，现在越来越多的使用CFG80211。

内核配置如下：

-*- Networking support  --->
    -*-   Wireless  --->
        <M>   cfg80211 - wireless configuration API

image.png

5.3.3 配置bridge

使用wlan及p2p实现板端WIFI桥接，内核配置如下：

-*- Networking support  --->
    -*-   Wireless  --->
        <M>   cfg80211 - wireless configuration API

image.png

Device Drivers  --->
    Generic Driver Options  --->
        [*] Support for uevent helper

image.png

-*- Networking support  --->
    Networking options  --->
        <M> 802.1d Ethernet Bridging

image.png

5.4 加载相关ko

5.4.1 加载sdio相关ko

sdio相关的ko都已经默认编译进内核，上电就会自动加载运行

  • mmc_core.ko
  • mmc_block.ko
  • kdrv_sdmmc.ko

5.4.2 加载usb相关ko

usb的host模式需要按顺序加载以下ko

  • usb-common.ko
  • usbcore.ko
  • sstar-usb2-phy.ko
  • ehci-hcd.ko

5.4.3 加载内核相关ko

需要加载以下ko

  • cfg80211.ko

5.4.4 加载wifi模组相关ko

Wi-Fi 模组厂商会为客户提供相应的驱动 ko 文件。PCUPID 系列芯片公板提供了适用于 SDIO 接口和 USB 接口的驱动文件，分别为ssw102b_wifi_sdio.ko和SSW108GE_wifi_usb.ko。

Comake_Pi_D1 开发板使用的是SSW108GE_wifi_usb.ko，该驱动主要提供以下三种功能：

  • MAC 层适配：对接 Linux 内核网络协议栈（如通过net_device结构体注册网络接口，实现数据包收发的协议转换）
  • 硬件控制：初始化 WiFi 芯片（如射频、基带、固件加载）、管理无线信道 / 功率 / 加密等硬件参数
  • 接口控制：实现 SDIO/USB 总线与 WiFi 芯片的通信（如数据帧的打包 / 解包、中断处理、总线时序控制）

Comake_Pi_D1 开发板在启动脚本里默认加载SSW108GE_wifi_usb.ko

5.5 应用层调用

加载了SSW108GE_wifi_usb.ko驱动之后，就能在应用层正常使用wifi功能了，常用工具有iwconfig，iwlist，wap_supplicant，wap_cli，hostapd，hostapd_cli等

6. 常用工具

6.1 wap_supplicant使用

wpa_supplicant是一个独立运行的守护进程，用来启动无线网络后台服务，在消息循环中处理WPA状态机、控制命令、驱动事件、配置信息等。

常用命令参数如下：

-I <ifname>         // 网络接口名称
-c <conf>           // 配置文件名称
-C <ctrl_intf>      // 控制接口名称
-D<driver>          // 驱动类型名称
-p <driver_param>   // 驱动参数
-b <br_ifname>      // 桥接口名称
-d                  // 增加调试信息

使用样例：

ifconfig wlan0 up
mkdir -p /tmp/wifi/run
/customer/wifi/wpa_supplicant -Dnl80211 -i wlan0 -c /customer/wifi/wpa_supplicant.conf -d &

启动无线网络服务，驱动类型为nl80211，使用网络端口名称为wlan0，配置文件路径为/customer/wpa_supplicant.conf。若配置文件中有保存热点信息，则发起连接。

配置文件参考如下：

ctrl_interface=/tmp/wifi/run/wpa_supplicant
update_config=1
network={
ssid="sstest"
psk="12345678"
}

成功连接上热点后：

image.png

image.png

6.2 wpa_cli使用

wpa_cli是客户端程序，与wpa_supplicant通信，搜索、设置和连接网络。

常用命令参数如下（如当前网络接口为wlan0）：

wpa_cli –i wlan0 scan               // 扫描附近的热点
wpa_cli –i wlan0 scan_result        // 显示扫描结果
wpa_cli –I wlan0 status             // 查看当前连接信息
wpa_cli –I wlan0 add_network        // 新建一个链接，返回network id
wpa_cli –I wlan0 set_network <network id> <variable> <value> // 设置网络参数，如ssid，psk，keymgmt
wpa_cli –I wlan0 select_network  <network id>       // 选择指定的网络（会断开其它的连接）
wpa_cli –I wlan0 enable_network <network id>        // 使能指定网络
wpa_cli –I wlan0 disable_network <network id>       // 禁用指定网络
wpa_cli –I wlan0 save_config        // 保持连接信息至wpa_supplicant.conf

根据wpa_supplicant.conf设置的ctrl_interface，添加-p选项指定路径，示例：

/customer/wifi/wpa_cli -p /tmp/wifi/run/wpa_supplicant/ -i wlan0 scan
/customer/wifi/wpa_cli -p /tmp/wifi/run/wpa_supplicant/ -i wlan0 scan_result
/customer/wifi/wpa_cli -p /tmp/wifi/run/wpa_supplicant/ -i wlan0 status

image.png

image.png

image.png

6.3 iwlist使用

iwlist用于对/proc/net/wireless文件进行分析，得出无线网卡相关信息。

常用命令参数如下（如当前网络接口为wlan0）：

iwlist wlan0 scanning               // 扫描当前无线网络
iwlist wlan0 frequen                // 显示频道信息
iwlist wlan0 rate                   // 显示连接速度
iwlist wlan0 power                  // 显示电源模式

示例：

/customer/wifi/iwlist scanning
/customer/wifi/iwlist frequen

image.png

image.png

6.4 udhcpc使用

udhcpc作为dhcp客户端，动态获取ip。

常用命令参数如下：

-i <ifname> // 网络接口名称
-s <script> // udhcpc script
-a          // 使用arping验证提供的地址
-t <count>  // 发送数据包次数
-T <time>   // 数据包间时间间隔（默认是3s）
-f          // 前台执行
-b          // 后台执行
-n          // 租约获取失败时退出
-q          // 获取到租约后退出

使用样例：

udhcpc -q -i wlan0 -s /etc/init.d/udhcpc.script &

注意，udhcpc.script中的RESOLV_CONF路径要填上可读写的路径，例如：

-RESOLV_CONF="/appconfigs/resolv.conf"
+RESOLV_CONF="/tmp/resolv.conf"

image.png

image.png

注意，域名解析依赖编译链相关库，测试时需要指定LD_LIBRARY_PATH，例如export LD_LIBRARY_PATH=/customer/libdns:$LD_LIBRARY_PATH，需要确保板端/etc路径是可读写的。

image.png

6.5 hostapd使用

hostapd用来将当前设备作为热点，允许其它网络设备接入。

使用样例：

hostapd -B /customer/wifi/hostapd.conf        // -B：在后台执行守护进程

image.png

image.png

6.6 dnsmasq使用

dnsmasq是一个轻量级的，易于配置的DNS转发器和DHCP服务器。它的目的是给一个小网络提供DNS和可选的DHCP。

常用命令参数如下：

-i <ifname> // 网络接口名称
-C <path>     // 指定配置文件路径（默认为/etc/dnsmasq.conf）
--no-daemon // 非后台执行

使用样例：

dnsmasq -i p2p0 --no-daemon -C /customer/wifi/dnsmasq.conf &

6.7 hostapd_cli使用

hostapd_cli作为hostapd的客户端，使用时，首先需要先启动hostapd主程序。hostapd启动后，运行cli客户端时，会自动去连接当前正在工作的hostapd进程，连接成功后，cli客户端就可以对hostapd应用程序进行参数的获取和控制。

常用命令参数如下：

-i <ifname>     // 网络接口名称
-p <path>       // 控制套接字路径（默认为/var/run/hostapd）
-B              // 后台执行守护进程

使用样例：

/customer/wifi/hostapd_cli -I p2p0 –p /var/run/hostapd all_sta &

7. WiFi使用示例

7.1 加载WIFI驱动

先insmod加载WIFI驱动，以ssw102b为例，对应驱动是ssw102b_wifi_sdio.ko。执行如下命令：

insmod firmware_class.ko
insmod cfg80211.ko
insmod ssw102b_wifi_sdio.ko

使用ifconfig –a查看，可以看到新生成wlan0及p2p0节点：

image.png

7.2 STA模式测试

export LD_LIBRARY_PATH=$LD_LIBRARY_PATH:/customer/wifi
mkdir -p /tmp/wifi/run
chmod 777 /tmp/wifi/run
ifconfig wlan0 up

创建wpa_supplicant.conf文件，编辑如下，使用测试热点为“sstest”，密码为“12345678”。

image.png

测试连接：

/customer/wifi/wpa_supplicant -Dnl80211 -i wlan0 -c /customer/wifi/wpa_supplicant.conf -d &

获取IP：

udhcpc -q -i wlan0 -s /etc/init.d/udhcpc.script &

查看wlan0信息：

image.png

扫描热点：

/customer/wifi/iwlist scanning

系统会自动连接wpa_supplicant.conf中设置好的wifi网络。

7.3 AP模式测试

mkdir -p /var/run/hostapd
mkdir -p /var/wifi/misc
mkdir -p /var/lib/misc
ifconfig p2p0 up
ifconfig p2p0 192.168.1.100 netmask 255.255.255.0

hostapd配置文件在/customer/wifi/hostapd.conf，其中ssid为当前设备的热点名称，wpa_passphrase为设备的连接密码。可修改此文件变更设备名称和密码。

开启热点：

./customer/wifi/hostapd -B /customer/wifi/hostapd.conf
./customer/wifi/dnsmasq -i p2p0 --no-daemon -C /customer/wifi/dnsmasq.conf &

网络设备可以搜索到热点“ssw101bap”：

image.png

使用手机连接热点

image.png

7.4 桥接模式测试

修改/customer/wifi/wpa_supplicant.conf，添加外部AP热点信息：

/ # vi /customer/wifi/wpa_supplicant.conf
ctrl_interface=/tmp/wifi/run/wpa_supplicant
update_config=1

network={
    ssid="sstest"
    psk="12345678"
}

加载驱动：

cd /customer/wifi

mkdir -p /tmp/wifi/run/wpa_supplicant
mkdir -p /var/run/hostapd
mkdir -p /var/wifi/misc
mkdir -p /var/lib/misc
insmod llc.ko
insmod stp.ko
insmod bridge.ko

hostapd.conf需要添加一项配置项：

interface=p2p0  //ssw101/2b 采用p2p0做ap interface。
bridge=br0      //固定
hw_mode=g       //固定
channel=1

注意: 桥接使用channel，前后端都是一致的。取决于wlan0连接到ap的channel，此处要填写相应channel。

添加环境变量，将wifi用到的so添加到系统中。一般放置在/customer/wifi下面export LD_LIBRARY_PATH=$LD_LIBRARY_PATH:/customer/wifi

初始化wifi模块，参考脚本/customer/wifi/sigma_wifi_init.sh

注：如果遇到 sh: write error: Invalid argument 可以忽略。

建立网卡桥接：

ifconfig wlan0 up
ifconfig p2p0 up
ifconfig wlan0 0.0.0.0
ifconfig p2p0 0.0.0.0
brctl addbr br0
brctl addif br0 wlan0
brctl addif br0 p2p0
ifconfig br0 up

sta连接wifi：

/customer/wifi/wpa_supplicant -Dnl80211 -i wlan0 -c /customer/wifi/wpa_supplicant.conf -b br0 &
udhcpc -S /etc/init.d/udhcpc.script -i br0

开启AP模式：

./hostapd -B /customer/wifi/hostapd.conf
./dnsmasq -i p2p0 --no-daemon -C /customer/wifi/dnsmasq.conf &
AP: SSID:ssw101bap pwd：12345678

如果sta可以连接外网，那么通过pc连接ssw101bap后，也可以正常连上网络。

注：如果sta连接wifi，出现 wlan0 is not sta mode的错误信息，可能是wifi驱动和kernel没有匹配。请找对应的wifi模组厂，提供新的ko。