嵌入式Linux下Wi—Fi接入技术研究

　　摘 要：讨论了在嵌入式Linux下实现Wi-Fi接入的方法。在分析嵌入式Linux下无线网络驱动程序架构和无线网络的配置工具——Linux Wireless Tools和wpa_supplicant的基础上，结合Tiny210开发板平台，通过实例介绍了在嵌入式Linux平台上连接基于WPA/WPA2加密技术的Wi-Fi连接点的原理和方法。

　　关键词：嵌入式Linux；Wi-Fi；wap_supplicant；无线网络

　　中图分类号：TP316.2 文献标志码：A 文章编号：2095-1302（2014）10-00-03

　　0 引 言

　　Wi-Fi也称为WLAN（wireless local-area network，无线局域网），是有线LAN的补充。Wi-Fi实际上是一个无线网络通信技术的品牌，由Wi-Fi联盟持有，目的是改进基于IEEE 802.11标准的无线网路产品之间的互通性。随着Wi-Fi技术的发展，产生了许多协议标准：IEEE 802.11.a WLAN标准使用5 GHz ISM频段，支持最高54 Mb/s的速率；802.11b和802.11g标准使用2.4 GHz频段，分别支持11 Mb/s和54 Mb/s的速率。作为一种比较成熟的无线通信技术，Wi-Fi在嵌入式设备中得到了广泛的应用，尤其是在嵌入式Linux环境中。本文探讨了在嵌入式Linux环境下Wi-Fi技术的应用，首先介绍了Wi-Fi设备驱动程序的相关内容，然后介绍了一些嵌入式Linux下无线网络配置工具及其特点，最后分析了嵌入式Linux环境下通过Wi-Fi接入网络的方法。

　　1 Linux下Wi-Fi设备驱动程序

　　目前，Linux无线网络驱动程序的架构如图1所示：

　　图 1 Linux无线网络驱动程序架构

　　由图1可知，Linux无线驱动程序主要包括以下4个部分：用户空间、cfg80211无线网络配置API、mac80211驱动程序和非mac80211驱动程序，这几个部分组成了一种层次结构，共同完成无线网络的接入和配置。

　　最底层是设备驱动程序层，包括mac80211和非mac80211两种驱动程序。mac80211是一种标准的驱动程序框架，推荐未来的无线设备驱动程序采用此框架来编写。mac80211驱动程序为上层提供了两种不同的接口：Wext接口（Wireless Extensions接口，Linux内核中为无线网络提供支持的接口，是一种比较老的接口）和cfg80211 ops接口。其中Wext接口为基于Wext接口的应用程序提供支持，而cfg80211 ops接口为上层cfg80211提供支持。而非mac80211驱动程序是比较老的驱动程序，仅对Wext接口提供支持。

　　cfg80211下层使用mac80211驱动程序的接口，为上层的应用程序提供标准的无线设备配置接口。nl80211是采用cfg80211接口的应用程序库，有多种基于该应用程序库的无线网络配置程序，例如iw、crda、hostapd和wpa_supplicant（当使用-Dnl80211选项时） 。

　　一个WNIC（Wireless Network Interface Controller，无线网络接口控制器）可以工作在以下几种模式下：

　　基站模式（STA）。任何无线设备驱动程序都可以在该模式下工作，这种模式可以认为是默认模式。在该模式下工作的网卡需要连接到一个在AP模式下工作的网卡。这种模式在Wireless Extensions配置工具下被成为managed。

　　接入点模式（AP）。在接入点模式下工作的网卡又被称为主设备。它通过管理和维护接入它的STA的列表来管理整个无线网络。一个无线网络以AP的BSSID（Basic Service Set ID）命名。

　　监听模式（MON）。这是一个被动模式，工作在该模式下的无线网卡只接收数据包，不会发送数据包。使用mac80211，一个无线网卡在正常工作时也可以以监听模式工作，并且可以发送数据包。

　　点对点模式（Ad-Hoc）。也被成为IBSS（Independent Basic Service Set）模式，用来在没有AP的情况下创建无线网络。在该模式下，网络中的每个节点独立维护网络。

　　无线分布式系统模式（WDS）。该模式用来实现多个AP之间的连接。

　　Mesh模式。该模式允许多个设备之间通过建立动态路由来通信。