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标题: OpenHarmony Wifi HAL与WPA_supplicant的通信浅析 [打印本页]

作者: 深开鸿_张守忠 时间: 2023-10-31 09:47
标题: OpenHarmony Wifi HAL与WPA_supplicant的通信浅析
[md]**作者：张守忠**

## 1 WPA\_supplicant简介

WPA是WiFi Protected Access的缩写，中文含义为“WiFi网络安全存取”。WPA是一种基于标准的可互操作的WLAN安全性增强解决方案，可大大增强现有以及未来无线局域网络的数据保护和访问控制水平。
wpa\_supplicant是开源项目源码，支持Linux，Windows以及很多嵌入式系统。它是WPA的应用层认证客户端，负责完成认证相关的登录、加密等工作。wpa\_supplicant是一个独立运行的守护进程，其核心是一个消息循环，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。
经过编译后的 wpa\_supplicant源程序可以看到两个主要的可执行工具：wpa\_supplicant 和 wpa\_cli。wpa\_supplicant是核心程序，它和wpa\_cli的关系就是服务和客户端的关系：后台运行wpa\_supplicant，使用 wpa\_cli来搜索、设置、和连接网络。wpa\_supplicant与上层还是wpa\_supplicant与驱动都采用socket通讯, 与驱动交互上报数据给用户，而用户可以通过socket发送命令给wpa\_supplicant调动驱动来对WiFi芯片操作，如图1所示：
**图 1** wpa\_supplicant框架
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## 2 AF\_INET与AF\_UNIX socket

Wpa\_supplicant支持AF\_INET和AF\_UNIX socket两种通信方式：AF\_INET socket、AF\_UNIX socket。
AF\_INET socket通信方式类似于网络socket通信，发送方、接收方依赖IP：Port来标识，即将本地的socket绑定到对应的IP端口上，发送数据时，指定对方的IP端口，经过Internet，可以根据此IP端口最终找到接收方；接收数据时，可以从数据包中获取到发送方的IP端口。发送方通过系统调用send()将原始数据发送到操作系统内核缓冲区中。内核缓冲区从上到下依次经过TCP层、IP层、链路层的编码，分别添加对应的头部信息，经过网卡将一个数据包发送到网络中。经过网络路由到接收方的网卡。网卡通过系统中断将数据包通知到接收方的操作系统，再沿着发送方编码的反方向进行解码，即依次经过链路层、IP层、TCP层去除头部、检查校验等，最终将原始数据上报到接收方进程，通信过程如下图所示：
**图 2** AF\_INET socket通信过程
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AF\_UNIX socket通信是典型的本地IPC，类似于管道，依赖路径名标识发送方和接收方。即发送数据时，指定接收方绑定的路径名，操作系统根据该路径名可以直接找到对应的接收方，并将原始数据直接拷贝到接收方的内核缓冲区中，并上报给接收方进程进行处理。同样的接收方可以从收到的数据包中获取到发送方的路径名，并通过此路径名向其发送数据。
**图 3** AF\_UNIX socket通信过程
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他们的相同点：操作系统提供的接口socket(),bind(),connect(),accept(),send(),recv()，以及用来对其进行多路复用事件检测的select(),poll(),epoll()都是完全相同的。收发数据的过程中，上层应用感知不到底层的差别。
不同点：

* 建立socket传递的地址域，及bind()的地址结构稍有区别：socket() 分别传递不同的域AF\_INET和AF\_UNIX bind()的地址结构分别为sockaddr\_in（制定IP端口）和sockaddr\_un（指定路径名）
* AF\_INET需经过多个协议层的编解码，消耗系统cpu，并且数据传输需要经过网卡，受到网卡带宽的限制。AF\_UNIX数据到达内核缓冲区后，由内核根据指定路径名找到接收方socket对应的内核缓冲区，直接将数据拷贝过去，不经过协议层编解码，节省系统cpu，并且不经过网卡，因此不受网卡带宽的限制。
* AF\_UNIX的传输速率远远大于AF\_INET
* AF\_INET不仅可以用作本机的跨进程通信，同样的可以用于不同机器之间的通信，其就是为了在不同机器之间进行网络互联传递数据而生。而AF\_UNIX则只能用于本机内进程之间的通信。

## 3 WPA\_supplicant在OpenHarmony中的应用

### 3.1 WPA\_supplicant的位置

OpenHarmony的WIFI子系统使用WPA\_supplicant实现调动驱动操作WIFI芯片，驱动数据上报给框架层的功能，WPA\_supplicant在WIFI子系统的位置如下图的WIFI架构图所示：
**图 4** WIFI子系统架构图
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WPA Supplicant包含libwpa、libwpa\_client库和wpa\_cli、wpa\_supplicant、hostapd可执行程序。

* libwpa是一个包含了wpa\_suppliant和hostapd具体实现的库。
* wpa\_supplicant是wpa的认证客户端，负责完成认证相关的登录、加密等工作。
* hostapd包含了IEEE802.11接入点管理、IEEE802.1X/WPA/WPA2认证、EAP服务器以及Radius鉴权服务器功能。
* libwpa\_client是一个给客户端连接和调用的库，提供创建与wpa\_supplicant或hostapd通信控制接口的能力。
* wpa\_cli和wpa\_supplicant是客户端和服务器的关系，通过wpa\_cli可以向wpa\_supplicant发送命令，进行扫描、连接等做操作，可用来进行Wifi功能的验证。

Wifi HAL层作为硬件适配层，承上启下，对上层框架屏蔽底层硬件差别，为上层提供一致的接口。对下则负责拉起WPAS，即fork进程wifi\_hal\_service的子进程,在子进程中加载libwpa库，执行wpa\_supplicant或hostapd的入口函数, 作为unix socket通信的服务端. Wifi HAL的wifi\_hal\_service进程是unix socket通信的客户端，通过命令消息下发给wpa\_supplicant或hostapd。

### 3.2 Wifi HAL与wpa\_supplicant的unix socket机制

Wifi HAL拉起wpa\_supplicant或hostapd并建立unix socket连接过程如下图所示
**图 5** Wifi HAL与wpa\_supplicant unix socket建立过程
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其中HAL拉起wpas的主要实现函数为StartModuleInternal，代码主干如下

```cpp
int StartModuleInternal(const char *moduleName, const char *startCmd, pid_t *pProcessId)
{
...
pid_t pid = fork();  // fork子进程
if (pid < 0) {
      LOGE("Create wpa process failed!");
      return HAL_FAILURE;
}
if (pid == 0) { /* sub process */
      prctl(PR_SET_PDEATHSIG, SIGKILL);
      pthread_t tid;
      int ret = pthread_create(&tid, NULL, WpaThreadMain, (void *)startCmd); // 子进程中创建主线程，线程入口函数WpaThreadMain
      ...
} else {
      ...
}
return HAL_SUCCESS;
}
```

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子进程的主线程入口函数WpaThreadMain中，加载libwpa动态库，执行主函数wpa\_main或ap\_main，参数由创建线程时传入的startcmd解析而来。对于Sta和P2p业务，有两个参数分别是配置文件路径、全局控制路径；对于hostapd业务，传入一个参数，即hostapd配置文件路径。

```cpp
static void *WpaThreadMain(void *p)
{
...
// 加载动态库libwpa
#ifdef OHOS_ARCH_LITE
void *handleLibWpa = dlopen("libwpa.so", RTLD_NOW | RTLD_LOCAL);
#else
#ifdef __aarch64__
void *handleLibWpa = dlopen("/system/lib64/libwpa.z.so", RTLD_NOW | RTLD_LOCAL | RTLD_NODELETE);
#else
void *handleLibWpa = dlopen("/system/lib/libwpa.z.so", RTLD_NOW | RTLD_LOCAL | RTLD_NODELETE);
#endif
#endif
...
if (strcmp(param.argv[0], "wpa_supplicant") == 0) {
      func = (int (*)(int, char **))dlsym(handleLibWpa, "wpa_main");
} else {
      func = (int (*)(int, char **))dlsym(handleLibWpa, "ap_main");
}
...
// 执行主函数
int ret = func(param.argc, tmpArgv);
LOGD("run wpa_main ret:%{public}d.\n", ret);
if (dlclose(handleLibWpa) != 0) {
      LOGE("dlclose libwpa failed.");
      return NULL;
}
return NULL;
}
```

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Wifi HAL作为客户端建立unix socket连接的主要实现函数WpaCliConnect，通过调用wpa client的函数wpa\_ctrl\_open建立socket连接，其参数ifname为“/data/service/el1/public/wifi/sockets/wpa/wlan0”。

```cpp
static int WpaCliConnect(WifiWpaInterface *p)
{
...
int count = WPA_TRY_CONNECT_TIMES;
while (count-- > 0) {
      int ret = InitWpaCtrl(&p->wpaCtrl, WPA_CTRL_OPEN_IFNAME);
      if (ret == 0) {
         LOGI("Global wpa interface connect successfully!");
         break;
      } else {
         LOGE("Init wpaCtrl failed: %{public}d", ret);
      }
      usleep(WPA_TRY_CONNECT_SLEEP_TIME);
}
if (count <= 0) {
      return -1;
}
p->threadRunFlag = 1;
if (pthread_create(&p->tid, NULL, WpaReceiveCallback, p) != 0) {
      p->threadRunFlag = 0;
      ReleaseWpaCtrl(&p->wpaCtrl);
      LOGE("Create monitor thread failed!");
      return -1;
}
LOGI("Wpa connect finish.");
return 0;
}

int InitWpaCtrl(WpaCtrl *pCtrl, const char *ifname)
{
...
do {
#ifdef WPA_CTRL_IFACE_UNIX
      pCtrl->pRecv = wpa_ctrl_open(ifname);
#else
      pCtrl->pRecv = wpa_ctrl_open("global");
#endif
      if (pCtrl->pRecv == NULL) {
         LOGE("open wpa control recv interface failed!");
         break;
      }
      if (wpa_ctrl_attach(pCtrl->pRecv) != 0) {
         LOGE("attach monitor interface failed!");
         break;
      }
#ifdef WPA_CTRL_IFACE_UNIX
      pCtrl->pSend = wpa_ctrl_open(ifname);
#else
      pCtrl->pSend = wpa_ctrl_open("global");
#endif
      if (pCtrl->pSend == NULL) {
         LOGE("open wpa control send interface failed!");
         break;
      }
      flag += 1;
} while (0);
...
return 0;
}
```

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## 总结

本文主要介绍了WPA\_supplicant基础及其在分布式软总线子系统WIFI模块的应用，着重分析了HAL层与WPA\_supplicant之间的unix socket通信机制并贴出主要入口代码，为开发人员维护和扩展功能提供参考。

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