wpa_supplicant软件架构分析

##1.系统架构
Android WiFi系统引入了wpa_supplicant，它的整个WiFi系统以wpa_supplicant为核心来定义上层用户接口和下层驱动接口。整个WiFi系统架构如下图所示：

###1.1 WifiService
由SystemServer启动的时候生成的ConnecttivityService创建，负责启动关闭wpa_supplicant,启动和关闭WifiMonitor线程，把命令下发给wpa_supplicant以及更新WIFI的状态。
处理其它模块通过IWifiManager接口发送过来的远端WiFi操作。

###1.2 WifiMonitor
负责从wpa_supplicant接收事件通知。

###1.3 wpa_supplicant

1. 读取配置文件
2. 初始化配置参数，驱动函数
3. 让驱动scan当前所有的bssid
4. 检查扫描的参数是否和用户设置的相符
5. 如果相符，通知驱动进行权限和认证操作
6. 连上AP

###1.4 Wifi驱动模块
厂商提供的source,主要进行load firware和kernel的wireless进行通信

###1.5 Wifi电源管理模块
主要控制硬件的GPIO和上下电，让CPU和Wifi模组之间通过sdio接口或USB接口通信

###1.6 Wifi工作步骤

1. Wifi启动
2. 开始扫描
3. 显示扫描的AP
4. 配置AP
5. 连接AP
6. 获取IP地址
7. 上网

###1.7 Wifi模块代码

1. Wifi Settings应用程序
   packages/apps/Settings/src/com/android/settings/wifi
   frameworks/base/packages/SettingsLib/src/com/android/settingslib/wifi

2. Wifi Framework
   frameworks/base/wifi/Java/android/net/wifi（WifiManager）
   frameworks/base/core/java/android/net
   frameworks/base/core/java/android/app（SystemServiceRegistry）
   frameworks/base/services/java/com/android/server（SystemServer）
   frameworks/base/services/core/java/com/android/server（SystemServiceManager） frameworks/opt/net/wifi/service/java/com/android/server/wifi（WifiService/WifiServiceImpl/WifiMonitor/WifiStateMachine/WifiNative）

3. Wifi JNI
   frameworks/opt/net/wifi/service/jni/com_android_server_wifi_WifiNative.cpp

4. Wifi Hardware (wifi管理库)
   hardware/libhardware_legacy/wifi/wifi.c

5. wpa_supplicant(wifi tool)
   external/wpa_supplicant8
   (1) wpa_client (生成库libwpaclient.so)
   external/wpa_supplicant_8/wpa_supplicant/src/common/wpa_ctrl.c
   (2) wpa_server (生成守护进程wpa_supplicant)
   external/wpa_supplicant_8/wpa_supplicant/main.c

6. Wifi kernel
   net/wireless drivers/wlan_xxx arch/arm/mach-xxx/wlan_pm.c

##2. wpa_supplicant 初始化流程
###2.1. main()函数：
在这个函数中，主要做了四件事。
a. 解析命令行传进的参数。
b. 调用wpa_supplicant_init()函数，做wpa_supplicant的初始化工作。
c. 调用wpa_supplicant_add_iface()函数，增加网络接口。
d. 调用wpa_supplicant_run()函数，让wpa_supplicant真正的run起来。

###2.2. wpa_supplicant_init()函数：
a. 打开debug 文件。
b. 注册EAP peer方法。
c. 申请wpa_global内存，该数据结构作为统领其他数据结构的一个核心， 主要包括四个部分：

wpa_supplicant *ifaces   /* 每个网络接口都有一个对应的wpa_supplicant数据结构，该指针指向最近加入的一个，在wpa_supplicant数据结构中有指针指向next */
wpa_params params   /* 启动命令行中带的通用的参数 */
ctrl_iface_global_priv *ctrl_iface  /* global的控制接口 */
ctrl_iface_dbus_priv *dbus_ctrl_iface  /* dbus 的控制接口 */

d. 设置wpa_global中的wpa_params中的参数。
e. 调用eloop_init函数将全局变量eloop中的user_data指针指向wpa_global。
f. 调用wpa_supplicant_global_ctrl_iface_init函数初始化global 控制接口。
g. 调用wpa_supplicant_dbus_ctrl_iface_init函数初始化dbus 控制接口。
h. 将该daemon的pid写入pid_file中。

###2.3. wpa_supplicant_add_iface()函数：
该函数根据启动命令行中带有的参数增加网络接口, 有几个就增加几个。
a. 因为wpa_supplicant是与网络接口对应的重要的数据结构，所以，首先分配一个wpa_supplicant数据结构的内存。
b. 调用wpa_supplicant_init_iface() 函数来做网络接口的初始工作，主要包括：
设置驱动类型，现常用nl80211；
读取配置文件，并将其中的信息设置到wpa_supplicant数据结构中的conf 指针指向的数据结构，它是一个wpa_config类型；
命令行设置的控制接口ctrl_interface和驱动参数driver_param覆盖配置文件里设置，命令行中的优先；
拷贝网络接口名称和桥接口名称到wpa_config数据结构；
对于网络配置块有两个链表描述它，一个是 config->ssid,它按照配置文件中的顺序依次挂载在这个链表上，还有一个是pssid，它是一个二级指针，指向一个指针数组，该指针数组按照优先级从高到底的顺序依次保存wpa_ssid指针，相同优先级的在同一链表中挂载。
c. 调用wpa_supplicant_init_iface2() 函数，主要包括：
调用wpa_supplicant_init_eapol()函数来初始化eapol；
调用相应类型的driver的init()函数；
设置driver的param参数；
调用wpa_drv_get_ifname()函数获得网络接口的名称，对于wext类型的driver，没有这个接口函数；
调用wpa_supplicant_init_wpa()函数来初始化wpa，并做相应的初始化工作；
调用wpa_supplicant_driver_init()函数，来初始化driver接口参数；在该函数的最后，会设置

wpa_s->prev_scan_ssid = BROADCAST_SSID_SCAN;
wpa_supplicant_req_scan(wpa_s, interface_count, 100000);

来主动发起scan；
调用wpa_supplicant_ctrl_iface_init()函数，来初始化控制接口；对于UNIX SOCKET这种方式，其本地socket文件是由配置文件里的ctrl_interface参数指定的路径加上网络接口名称；

###2.4. wpa_supplicant_run()函数：
初始化完成之后，让wpa_supplicant的main event loop run起来。
在wpa_supplicant中，有许多与外界通信的socket，它们都是需要注册到eloop event模块中的，具体地说，就是在eloop_sock_table中增加一项记录，其中包括了sock_fd, handle, eloop_data, user_data。
eloop event模块就是将这些socket组织起来，统一管理，然后在eloop_run中利用select机制来管理socket的通信。

##3. Wpa_supplicant提供的接口
从通信层次上划分，wpa_supplicant提供向上的控制接口 control interface，用于与其他模块（如UI）进行通信，其他模块可以通过control interface 来获取信息或下发命令。Wpa_supplicant通过socket通信机制实现下行接口，与内核进行通信，获取信息或下发命令。

###3.1 上行接口
Wpa_supplicant提供两种方式的上行接口。一种基于传统dbus机制实现与其他进程间的IPC通信；另一种通过Unix domain socket机制实现进程间的IPC通信。
####3.1.1 Dbus接口
该接口主要在文件“ctrl_iface_dbus.h”，“ctrl_iface_dbus.c”，“ctrl_iface_dbus_handler.h”和“ctrl_iface_dbus_handler.c”中实现，提供一些基本的控制方法。

####3.1.2 Unix domain socket 接口
该接口主要在文件“wpa_ctrl.h”，“wpa_ctrl.c”，“ctrl_iface_unix.c”，“ctrl_iface.h”和“ctrl_iface.c”实现。

（1）“wpa_ctrl.h”，“wpa_ctrl.c”完成对control interface的封装，对外提供统一的接口。其主要的工作是通过Unix domain socket建立一个control interface 的client结点，与作为server的wpa_supplicant结点通信。

主要功能函数：

struct wpa_ctrl * wpa_ctrl_open(const char *ctrl_path);
/* 建立并初始化一个Unix domain socket的client结点，并与作为server的wpa_supplicant结点绑定 */

void wpa_ctrl_close(struct wpa_ctrl *ctrl);
/* 撤销并销毁已建立的Unix domain socket的client结点 */

int wpa_ctrl_request(struct wpa_ctrl *ctrl, const char *cmd, size_t cmd_len,
                   char *reply, size_t *reply_len,
                   void (*msg_cb)(char *msg, size_t len));
 
/* 用户模块直接调用该函数对wpa_supplicant发送命令并获取所需信息 */

Note:
Wpa_supplicant 提供两种由外部模块获取信息的方式：一种是外部模块通过发送request命令然后获取response的问答模式，另一种是wpa_supplicant主动向外部发送event事件，由外部模块监听接收。
一般的常用做法是外部模块通过调用wpa_ctrl_open()两次，建立两个control interface接口，一个为ctrl interface，用于发送命令，获取信息，另一个为monitor interface，用于监听接收来自于wpa_supplicant的event时间。此举可以降低通信的耦合性，避免response和event的相互干扰。

int wpa_ctrl_attach(struct wpa_ctrl *ctrl);
/* 注册 某个 control interface 作为 monitor interface */

int wpa_ctrl_detach(struct wpa_ctrl *ctrl);
/* 撤销某个 monitor interface 为 普通的 control interface  */

int wpa_ctrl_pending(struct wpa_ctrl *ctrl)；
/* 判断是否有挂起的event 事件 */

int wpa_ctrl_recv(struct wpa_ctrl *ctrl, char *reply, size_t *reply_len);
/* 获取挂起的event 事件 */

（2）“ctrl_iface_unix.c”实现wpa_supplicant的Unix domain socket通信机制中server结点，完成对client结点的响应。
其中最主要的两个函数为：

static void wpa_supplicant_ctrl_iface_receive(int sock, void *eloop_ctx,
                                         void *sock_ctx)
/* 接收并解析client发送request命令，然后根据不同的命令调用底层不同的处理函数；
 * 然后将获得response结果回馈到 client 结点。
 */

static void wpa_supplicant_ctrl_iface_send(struct ctrl_iface_priv *priv,
                                      int level, const char *buf,
                                      size_t len)
/* 向注册的monitor interfaces 主动发送event事件 */

（3）“ctrl_iface.h”和“ctrl_iface.c”主要实现了各种request命令的底层处理函数。

###3.2 下行接口
Wpa_supplicant提供的下行接口主要用于和kernel（driver）进行通信，下发命令和获取信息。
Wpa_supplicant下行接口主要包括三种重要的接口：
1． PF_INET socket接口，主要用于向kernel 发送ioctl命令，控制并获取相应信息。
2． PF_NETLINK socket接口，主要用于接收kernel发送上来的event 事件。
3． PF_PACKET socket接口，主要用于向driver传递802.1X报文。

主要涉及到的文件包括：“driver.h”，“drivers.c”，“driver_nl80211.h”，“driver_nl80211.c”，“l2_packet.h”和“l2_packet_linux.c”。
其中“driver.h”，“drivers.c”，“driver_wext.h”和“driver_wext.c”实现PF_INETsocket接口和PF_NETLINK socket接口；“l2_packet.h”和“l2_packet_linux.c”实现PF_PACKET socket接口。

（1）“driver.h”，“drivers.c”主要用于封装底层差异对外显示一个相同的wpa_driver_ops接口。Wpa_supplicant可支持atmel, Broadcom, ipw, madwifi, ndis, nl80211, wext等多种驱动。
其中一个最主要的数据结构为wpa_driver_ops, 其定义了driver相关的各种操作接口。

（2）“driver_nl80211.h”，“driver_nl80211.c”实现了netlink形式的wpa_driver_ops，通过netlink完成与kernel的信息交互。

（3）“l2_packet.h”和“l2_packet_linux.c”主要用于实现PF_PACKET socket接口，通过该接口，wpa_supplicant可以直接将802.1X packet发送到L2层，而不经过TCP/IP协议栈。

其中主要的功能函数为：

struct l2_packet_data * l2_packet_init(
       const char *ifname, const u8 *own_addr, unsigned short protocol,
       void (*rx_callback)(void *ctx, const u8 *src_addr,
                         const u8 *buf, size_t len),
       void *rx_callback_ctx, int l2_hdr);
/* 创建并初始化PF_PACKET socket接口，其中rx_callback 为从L2接收到的packet 处理callback函数 */

void l2_packet_deinit(struct l2_packet_data *l2);
/* 销毁 PF_PACKET socket接口 */

int l2_packet_send(struct l2_packet_data *l2, const u8 *dst_addr, u16 proto,
                 const u8 *buf, size_t len);
/*　L2层packet发送函数，wpa_supplicant用此发送L2层 802.1X packet  */

static void l2_packet_receive(int sock, void *eloop_ctx, void *sock_ctx);
/*  L2层packet接收函数，接收来自L2层数据后，将其发送到上层  */

参考资料：http://blog.csdn.net/hatchuel/article/details/50779546
参考资料：http://blog.csdn.net/fxfzz/article/details/6176414