一、mac80211簡介

mac80211是Linux內(nèi)核提供的一個(gè)完整的IEEE 802.11協(xié)議棧實(shí)現(xiàn)，它是Linux內(nèi)核嵌入式系統(tǒng)中Wi-Fi無線網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)的必要組件。它提供了一個(gè)統(tǒng)一的接口讓上層應(yīng)用和驅(qū)動(dòng)程序使用，使得Wi-Fi無線網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)更容易。它的核心部分包含了從數(shù)據(jù)鏈路層到物理層的基本功能，例如IEEE 802.11的接口、幀形成、發(fā)送、接收、解析、真實(shí)模擬和虛擬化等功能。它對DRIVER進(jìn)行了重大改進(jìn)，從而更有效地支持各種Wi-Fi芯片和無線設(shè)備，因此被廣泛應(yīng)用于Linux內(nèi)核的Wi-Fi驅(qū)動(dòng)程序中。

二、mac80211特點(diǎn)

mac80211的主要特點(diǎn)如下：

1、統(tǒng)一的上層或用戶空間API接口

這意味著無論是使用工具還是從上層網(wǎng)絡(luò)功能實(shí)現(xiàn)或用戶空間，都是對相同的接口進(jìn)行編程，這樣在不同的設(shè)備和應(yīng)用程序之間切換時(shí)，避免了諸如改編碼和編譯不兼容等問題。

2、內(nèi)核態(tài)和用戶態(tài)支持

mac80211允許以一種與其他Linux內(nèi)核網(wǎng)絡(luò)協(xié)議一樣的方式使用它們，它還允許某些獨(dú)特的外部用戶空間資源，如wireshark，與設(shè)備驅(qū)動(dòng)交互。此外，mac80211也允許用戶空間程序直接與無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進(jìn)行通信，從而提供了一種更靈活的操作方式。

3、軟件定義的無線紅色

mac80211提供一條分層架構(gòu)，使得對一個(gè)給定的Wi-Fi設(shè)備編寫用戶空間程序，需要嵌入的代碼更少，更靈活。因此，通過一個(gè)Wi-Fi卡和mac80211，可以快速實(shí)現(xiàn)軟件定義的無線紅色。

4、高度可重用性的代碼庫

mac80211是一個(gè)高度可重用的重要代碼庫。許多與無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)作相關(guān)的必要開發(fā)工作都可以在mac80211的框架、API接口和內(nèi)部結(jié)構(gòu)上直接實(shí)現(xiàn)，特別是針對最新的Wi-Fi硬件。

三、mac80211架構(gòu)模型

mac80211的整體架構(gòu)分為用戶空間、內(nèi)核空間、硬件空間三個(gè)部分。

如上圖，在用戶空間，主要運(yùn)行網(wǎng)絡(luò)管理程序如wpa_supplicant和network-manager（以及其他工具），用戶程序?qū)⑴c內(nèi)核接口進(jìn)行API，則渲染mac80211到內(nèi)核空間的無線網(wǎng)絡(luò)請求，并處理從內(nèi)核返回的請求。

內(nèi)核空間包含了ioctl、IEEE80211堆棧、DRIVER和設(shè)備，它提供了一種以模塊化方式實(shí)現(xiàn)、可配置的協(xié)議棧。其中，DRIVER用于處理Wi-Fi設(shè)備與投遞來自用戶/網(wǎng)絡(luò)空間的數(shù)據(jù)包之間的交互；IEEE80211堆棧定義了整個(gè)無線協(xié)議和將在此處執(zhí)行的各種操作（如數(shù)據(jù)包收發(fā)、網(wǎng)絡(luò)接口操作、事件處理等）；字驅(qū)動(dòng)程序增加了硬件層，負(fù)責(zé)實(shí)際的通信并與MAC層進(jìn)行交互。所有這些組件都能實(shí)現(xiàn)開放式結(jié)構(gòu)，用于滿足應(yīng)用程序、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和驅(qū)動(dòng)程序等各種需求。

硬件空間包括Wi-Fi芯片和無線適配器驅(qū)動(dòng)程序（如acx）。無線適配器只是處理數(shù)據(jù)包的硬件，并負(fù)責(zé)與mac80211進(jìn)行交互，以在內(nèi)核空間中完成過程。

四、mac80211實(shí)例代碼

/* 初始化mac80211 */
static int __init ieee80211_init(void)
{
    int err;

    ieee80211_bss_init();
    ieee80211_sta_init();
    ieee80211_crypto_init();
    ieee80211_mesh_init();
    ieee80211_scan_init();
    ieee80211_p2p_init();
    ieee80211_hw_core_init();
    ieee80211_rate_control_register_algs();
    ieee80211_led_init();
    ieee80211_vif_init();
    ieee80211_key_mgmt_register_algs();

    err = ieee80211_register_hw(&led80211_hw);
    if (err)
        goto out_key_mgmt;
    err = ieee80211_register_hw(&rtl8xxxu_hw);
    if (err)
        goto out_key_mgmt;
    ...
}

/* 驅(qū)動(dòng)發(fā)布數(shù)據(jù)報(bào)文 */
static netdev_tx_t rtl8xxxu_start_xmit(struct sk_buff *skb,
                    struct net_device *dev)
{
    struct ieee80211_hw *hw = priv->hw;
    struct rtl8xxxu_priv *priv = wdev_priv(wdev);
    struct ieee80211_tx_info *info = IEEE80211_SKB_CB(skb);
    struct ieee80211_tx_control ctrl = {
        .sta = info->control.sta,
        .vif = info->control.vif,
        .duration = info->control.duration
    };
    struct packet_type pt;

    /* 設(shè)置數(shù)據(jù)幀數(shù)據(jù) */
    set_tx_desc(priv, skb, &ctrl, tx_desc);

    pt.func = rtl8xxxu_rx_packet;
    pt.type = cpu_to_le16(ETH_P_ALL);
    err = rtl8xxxu_write(skb);
    if (err < 0) {
        dev_kfree_skb(skb);
        return NETDEV_TX_OK;
    }
    ieee80211_tx_status_irqsafe(hw, skb);
    return NETDEV_TX_OK;
}

五、總結(jié)

本文簡單介紹了mac80211的特點(diǎn)和架構(gòu)，并提供了相應(yīng)的代碼實(shí)例，以幫助讀者快速了解和使用mac80211。mac80211的重要性在于它為Linux內(nèi)核提供了一套完整的Wi-Fi無線網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)，為嵌入式系統(tǒng)的Wi-Fi應(yīng)用提供了充足的自由，為新一代軟件無線電網(wǎng)絡(luò)提供了良好的基礎(chǔ)。