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- 1 - 基于 Linux支持 802.11e的无线网卡驱动分析 周哲 北京邮电大学信息工程学院，北京 (100876) E-mail：zhouzhe313@ 摘 要：本文介绍了基于 Linux的无线网卡驱动的架构，并分析了驱动程序中的发送，接收 和无线扩展接口函数。作者通过对于 madwifi的剖析，详细阐述了如何在无线网卡驱动中实 现 802.11e的 EDCA访问方式 关键词：Linux；无线网卡驱动；madwifi；802.11e 1. 引 言 无线网卡是终端无线网络的设备，是无线局域网的无线覆盖下通过无线连接网络进行上 网使用的无线终端设备。因此，无线网卡是无线局域网中的重要组成部分。从 OSI 的七层 协议来看，无线网卡完成的主要工作是MAC层和物理层的相关操作。而网络层和传输层的 工作由操作系统来完成。 2. 802.11e简介 随着 ieee802.11 协议的发展，无线网卡支持的协议种类也越来越多：诸如早期的 802.11a/b/g等。普通的 802.11无线 LAN 标准是没有 QoS保障的。为弥补这一不足，IEEE 提出了 802.11的增强型标准——802.11e[1]。802.11e增加了对 QoS的定义，旨在保证语音和 视频等高带宽应用的通讯质量。 802.11e 中提供了两种新的访问方式：EDCA（增强分布式协调访问）和 HCCA（混合 控制信道访问）。本文只讨论第一种访问方式。EDCA指定了四种访问类别：语音相关的通 信流，视频数据，尽力传递型数据和后台数据。此外，EDCA为每一个访问类别配置了四个 参数：CWmin--最小竞争窗口；CWmax--最大竞争窗口；TXOP--发送机会限制；AIFS--仲裁 帧间间隔。通过对于不同类别业务的参数的不同设置，802.11e 将四种访问类别划分出优先 级：语音业务具有最高优先级，其次是视频数据业务，再次是尽力传输型数据，优先级最低 的是后台数据业务。 3. 一些重要的结构体 在基于 Linux的无线网卡驱动中有一些很重要的结构体。因此，在分析驱动程序之前， 对这些结构体进行初步的介绍是很有必要的。 3.1 net_device数据结构 在 Linux操作系统中，net_device[2]结构体是网络驱动程序中的核心结构体。它是网络设 备驱动中抽象出的一个网络接口：向上它起到同网络层通信的作用，向下它起到控制 MAC 层的作用。因此，net_device结构体就像是一条通道将网络层和MAC层紧密地联系到一起。 net_device结构体是个复杂的结构体。结构体中的成员变量大致可以分为全局信息，硬 件信息，接口信息，设备方法和工具成员五类。在这五类中，设备方法的作用最为重要。我 们对于无线网卡的基本操作都是在设备方法中得以实现：诸如打开/关闭函数，发送函数等 等。 - 2 - 3.2 sk_buff数据结构 在 Linux操作系统中，数据在网络之间的传递都是通过 sk_buff数据结构来完成的。当 应用程序调用 socket进行网络数据传输时，用户发送的网络数据包首先由用户空间进入到内 核空间。只要网络数据包一进入到内核空间，内核就会生成一个 sk_buff结构体来完成对于 网络数据包的包裹。至此，在网络设备的驱动程序中，对于网络数据包的任何操作都是基于 sk_buff数据结构。 4. 无线网卡驱动分析 现在市场上无线网卡的种类很多。我们在此以 TL-WN550G 网卡（PCI 接口）为例。 TL-WN550G 采用的芯片类型是 Atheros 系列。在 Linux 开源社区中可以找到支持这类无线 网卡芯片的驱动程序 madwifi。 4.1 madwifi的整体架构及其特点 4.1.1 整体架构 从整体上看，madwifi[4]可以分为 4个部分。如图 1所示： net80211：net80211层是驱动中最上层的模块。应用程序中对于无线设备的操作所调用 的驱动中的函数均是在这里定义。 ath：ath层是处在 net80211层和 HAL层之间的一层。它起到的作用是处理来自 net80211 层的调用，同时又启动接入控制 HAL层的任务。 HAL：HAL的全称是 Hardware Abstraction Layer。在我们的驱动中，一切对于硬件操作 的函数都是它完成的。HAL层给上层提供了接口。 rate algorithms：通过加载 ath_rate模块，我们可以选择最佳的发送速率。 图 1 三个主要模块的调用关系图 - 3 - 4.1.2 特点 无线网卡驱动模块加载成功后，在系统中会出现两个无线设备 wifi0（处在 ath 层）和 ath0（