跟着小白一起学鸿蒙—简析 OpenHarmony 的 WiFi 能力

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WiFi功能是无线短距的重要能力，在工作、生活中我们已经离不开WiFi设备了，比如家里的路由，手机，各种智能家居设备。Wi-Fi（发音： /ˈwaɪfaɪ/），又称“无线网路”，是Wi-Fi联盟的商标，一个基于IEEE 802.11标准的无线局域网技术。“Wi-Fi”常被写成“WiFi”或“Wifi”，但是这些写法并没有被Wi-Fi联盟认可。1999年，几家富有远见的公司联合起来组成了一个全球性非营利性协会——无线以太网兼容性联盟（Wireless Ethernet Compatibility Alliance, WECA），其目标是使用一种新的无线网络技术，无论品牌如何，都能带来最佳的用户体验。在2000年，该小组采用术语“Wi-Fi”作为其技术工作的专有名称，并宣布了正式名称：Wi-Fi Alliance。Wi-Fi以IEEE 802.11为标准，Wi-Fi联盟在2018年发起“Generational Wi-Fi”行销计画，基于主要的Wi-Fi技术（PHY）版本，引入了更容易让消费者了解的“Wi-Fi世代名称”（Wi-Fi generation names），格式为“Wi-Fi”后跟一个整数，并鼓励采用世代名称作为行业术语。

• 第一代，以IEEE 802.11原始标准为准，工作频段为2.4GHz，最高速率半双工2 Mbit/s。
• 第二代，以IEEE 802.11b为准，工作频段为2.4GHz，最高速率半双工11 Mbit/s，认证计画为“Wi-Fi CERTIFIED b”。
• 第三代，以IEEE 802.11a为准，工作频段为5GHz，最高速率54 Mbit/s，认证计画为“Wi-Fi CERTIFIED a”。基于IEEE_802.11g、2.4GHz工作频段、最高速率半双工54 Mbit/s，认证计画为“Wi-Fi CERTIFIED g”。
• 第四代，以IEEE 802.11n为准，世代名称为“Wi-Fi 4”，信道宽度20MHz、40MHz，工作频段为2.4GHz和5GHz，最高4条空间流，最大副载波调制64-QAM，最高速率半双工600 Mbit/s，认证计画为“Wi-Fi CERTIFIED n”。
• 第五代，以IEEE 802.11ac为准，世代名称为“Wi-Fi 5”，信道宽度20MHz、40MHz、80MHz、80+ 80MHz、160MHz，工作频段为5GHz，最高8条空间流，最大副载波调制256-QAM，最高速率半双工6.9 Gbit/s，认证计画为“Wi-Fi CERTIFIED ac”。
• 第六代，以IEEE 802.11ax为准，世代名称为“Wi-Fi 6”，信道宽度20MHz、40MHz、80MHz、80+ 80MHz、160MHz，工作频段为2.4GHz和5GHz，最高8条空间流，最大副载波调制1024-QAM，最高速率半双工[29][30]9.6 Gbit/s，认证计画为“Wi-Fi CERTIFIED 6”。

注意：Wi-Fi与​​IEEE 802.11​​常常被混淆，两者的区别可以概述为IEEE 802.11是一种无线局域网标准，而Wi-Fi是IEEE 802.11标准的一种实现。

概述

在开源鸿蒙的源码里和系统功能相关的部分大多都放在foundation这个文件夹里，而通讯相关的部分则是在communication这个文件夹内。我们本篇要分析的WiFi功能就是在foundation/communication/wifi路径下，具体目录结构如下：

.
├── dhcp                        //dhcp: 动态主机设置协议（Dynamic Host Configuration Protocol)是IP网络的网络协议，在应用层使用UDP协议工作，主要用途为：1，自动分配IP地址；2，对所有电脑做中央管理；
│   ├── BUILD.gn
│   ├── bundle.json
│   ├── dhcp.gni
│   ├── dhcp_lite.gni
│   ├── interfaces
│   ├── services
│   └── test
└── wifi                        //wifi实现部分
    ├── application
    ├── BUILD.gn
    ├── bundle.json
    ├── frameworks
    ├── hisysevent.yaml
    ├── interfaces
    ├── services
    ├── test
    ├── utils
    ├── wifi.gni
    └── wifi_lite.gni

在开源鸿蒙的源码里还有两个和wifi相关的目录，都是针对小型开发板的。

• wifi_aware (仅支持Hi3861开发板)

.
├── BUILD.gn
├── bundle.json
├── frameworks
│   └── source
├── hals
│   └── hal_wifiaware.h
├── interfaces
│   └── kits
├── LICENSE
├── README.md
└── README_zh.md

• wifi_lite (wifi-iot开发板)

.
├── BUILD.gn
├── bundle.json
├── interfaces
│   ├── README.md
│   └── wifiservice
├── LICENSE
├── README.md
└── README_zh.md

架构简析

• 根据目录结构和内部文件及编译框架总结架构如下：

• 应用层：提供WiFi Direct接口使用DEMO，使用@ohos.wifi接口提供的p2p相关接口，实现一个WLAN直连的Setting界面。
• 接口层：提供两个dts接口(@ohos.wifi.d.ts, @ohos.wifiext.d.ts)和NativeC接口(软总线会使用这些接口实现分布式通信能力)。
• 框架层：分两个子层，NAPI框架实现层，为wifi，wifiext和wifi_native_js，其中wifi_native_js已经被淘汰；Native SDK层，实现所有js层代码接口适配并调用innerapi的实现；WiFi接口实现层，使用IPC架构同WiFi服务层通信（WIFI_DEVICE_ABILITY_ID:1120;WIFI_HOTSPOT_ABILITY_ID:1121;WIFI_P2P_ABILITY_ID:1123;WIFI_SCAN_ABILITY_ID:1124)将从NAPI收到的命令，或者别的子系统收到的命令经由IPC架构发送给服务层，并注册服务层observer，收听由服务层上报的事件。
• 服务层：分三个子部分，能力部分，管理部分，硬件部分，分别如下：

• 能力集部分，对上提供应用接口支持，采用systemability能力框架，分以下几个功能模块：

• wifi_standard_sa_profile: wifi能力配置(1120:wifi_device_ability;1121:wifi_hotspot_ability;1123:wifi_p2p_ability;1124:wifi_scan_ability)
• wifi_device_ability: wifi设备能力，如开关wifi，配置（ssid，加密方式等），连接情况。
• wifi_hotspot_ability: wifi热点能力，如wifi热点配置，开关，设置黑名单，电源模式。
• wifi_p2p_ability: p2p能力，如wifi直连的开关，设备发现，创建群组，p2p连接，获取连接信息，状态，hid2d。
• wifi_scan_ability: 扫描能力，如wifi扫描的开关。

• 管理部分，对上对接能力集的功能，对下调用idl_client接口调用硬件能力，分以下几个功能模块:

• wifi_manager_service.so: 提供service的管理能力，管理serviceDllMap，通过load对应的so提供sta，ap（根据wifi_feature_with_ap_num配置决定），p2p，scan服务实例获取接口; 同时提供wifi服务的管理能力，比如权限，wifi的配置，network supplier。
• wifi_common_service.so: 提供wifi芯片的能力配置，主要服务是ChipCapability(IsSupportDbdc, Csa, RadarDetect, DfsChannel, IndoorChannel)，通过idlclient请求驱动数据。
• wifi_sta_service: wifi station(无线客户端)服务，对接实现sta能力集能力。
• wifi_ap_service: wifi ap(无线接入点)服务，对接实现ap能力集能力。
• wifi_p2p_service: wifi p2p(无线直连)服务，对接实现p2p能力集能力。
• wifi_scan_service: wifi扫描服务，对接实现扫描能力集能力。
• wifi_idl_client: wifi硬件适配层客户端，提供cRPC调用wifi设备的硬件抽象层。
• wifi_toolkit: wifi工具簇，包括ifconfig,iptools,arp,dhcp,mac,rawsocket,ipv4,ipv6,wifisetting,wificonfig等工具。

• 硬件抽象部分，分以下功能模块：

• wifi_hal_service: 独立进程，wifi硬件抽象服务，采用cRPC架构，集成wpa_supplicant-2.9的标准能力，调用hdi接口。

• 硬件驱动：HDF：

功能简析

NAPI和cadapterWiFi系统能力WiFi服务idl_clientWiFiHalwpa_supplicantIFACE跨进程，IPC调用通过samgr获取服务Proxy对象链接对应服务so，c++调用链接对应的idlso，c接口调用cRPC调用链接wap_supplicant.so, c接口调用udpNAPI和cadapterWiFi系统能力WiFi服务idl_clientWiFiHalwpa_supplicantIFACE。

1. WiFi框架能力（NAPI接口，cadapter接口及wifi_sdk）

• NAPI接口为应用层（ets，js）提供接口，调用WiFi系统层能力。
• cadapter实现c接口，为其他能力提供接口（比如软总线），调用WiFi系统能力。
• wifi_sdk封装了系统能力调用的框架，通过proxy方式访问具体的WiFi系统能力，具体如下：

• #define WIFI_DEVICE_ABILITY_ID 1120。
• #define WIFI_HOTSPOT_ABILITY_ID 1121。
• #define WIFI_P2P_ABILITY_ID 1123。
• #define WIFI_SCAN_ABILITY_ID 1124。

2. WiFi系统能力

• WiFi系统能力通过继承SystemAbility，实现WiFi服务能力并实现IPC进行通信（服务端实现stub实现）。
• WiFi系统能力均为so动态库，被SystemAbility同一管理，包括：wifi_device_ability，wifi_hotspot_ability，wifi_p2p_ability，wifi_scan_ability。
• WiFI系统服务通过调用WiFi服务实现功能。

3. WiFi服务

• WiFi服务层包括：wifi_scan_service，wifi_sta_service 和 wifi_ap_service，wifi_p2p_service（后两个针对标准设备）。
• 主服务为wifi_manager_service，内部管理一张dll表，定义对应的WiFi服务，通过WiFi能力层调用，加载不同dll，获得不同服务。
• WiFi服务层主要通过idl_client同WiFi硬件抽象层进行数据交互。

4. WiFi硬件抽象

• WiFi硬件抽象层并不是完全意义的硬件抽象，即是WiFi协议层（wap_supplicant-2.9）之上的适配层，又基于HDF之上使用HDI接口调用驱动能力。
• WiFi硬件抽象层是独立的进程，通过cRpc和WiFi服务层交互。
• 在WiFi硬件层还有etc配置目录，内部存储WiFi的默认配置。
• 目前WiFi主要用的HDI部分集中在ap相关功能，如：WifiSetPowerModel，GetValidFrequenciesForBand。

5. WiFi协议层（wap_supplicant-2.9）

• 参考链接：​​https://w1.fi/wpa_supplicant/​​。
• 实现WiFi接入和WiFi热点的协议栈。
• 实现基础的驱动（nl80211）。

总结

1. WiFi服务的结构和之前讲的蓝牙结构略有不同，为了提供更灵活的能力，WiFi实现了更多的SystemAbility，同时通过idl_client，WiFi服务通过调用wap_supplicant实现具体的WiFi能力。
2. 目前开源鸿蒙用的WiFi协议站为wpa_supplicant-2.9，提供WiFi的接入和热点能力。

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