嵌入式Linux——WIFI网卡

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如何在嵌入式Linux中，使用WIFI无线网卡。

嵌入式中设备想要联网，无非就 有线和无线 两种方式。
有线就插上网线，没什么好说的；无线的话一种是将WIFI模块集成焊接在板子上，另一种是WIFI模块以USB的方式接到板子上。
本次使用的就是USB接口的WIFI无线网卡，实现开发板使用WIFI无线网卡访问互联网和作为个人热点。

1.准备工作

1.2 WIFI基础知识

WIFI网卡有两种工作模式，
一种是无线终端模式(STA)，也就是手机日常使用的模式，通过该模式连接网络上网；
一种是无线热点模式(AP)，也就是手机的个人热点模式，通过该模式提供热点供其它设备上网；

无线网络的安全性由两部分组成：认证和加密。
** 认证:**使得只有允许的设备才能连接到无线网络；
** 加密:**确保数据的保密性和完整性，即数据在传输过程中不会被篡改；

• 常用的认证算法有:开放认证、共享秘钥认证、802.11x认证、PSK认证。
  其中802.11x认证和PSK认证安全性较高，分别应用于企业和个人的环境;

• 常用的加密算法有:WEB加密、TKIP加密、CCMP加密算法。
  其中WEB加密和TKIP加密都是RC4的加密算法，安全性较低；CCMP加密采用AES对称加密算法，安全性较高。

安全策略	认证方式	加密方式	备注
Open	open	open	开放WiFi，无任何加密
	open	WEP	开放WiFi，仅数据加密
WEP	WEP	WEP	共享密钥认证，容易破解
WPA	802.11X	TKIP/WEP	比较安全，用于企业
	PSK	TKIP/WEP	比较安全，用于个人
WPA2	802.11X	CCMP/TKIP/WEP	目前最安全，用于个人
	PSK	CCMP/TKIP/WEP	目前最安全，用于个人

连入超市、商场等公共WIFI的时候，不需要输入密码，但要通过网页输入手机号，使用验证码验证，也就是采用802.11X进行的验证，通过服务器完成的验证。
使用手机开个人热点的时候，可以选择安全性OPEN、WEP、WPA、WPA2，也就对应不同的安全等级。

我手里的MIX2S，MIUI10个人热点里面就仅OPEN和WPA2两个选项，感觉这是个趋势，要么最简单的OPEN，要么就最安全的WPA2(WPA2是向下兼容的)，逐渐扔掉历史的包袱。

1.2 选择无线网卡

首先是选择合适的无线网卡，选取的原则是根据WIFI无线网卡的VID和PID判断内核是否支持该无线网卡。

• 1.获取无线网卡ID
  将无线网卡插入Windows电脑，打开设备管理器，选中无线网卡，右键“属性”，切换到“详细信”息选项卡，在“属性”下拉栏中选择"硬件ld"，即可得到无线网卡的ID：

我的无线网卡`VID`是`0x148F`，`PID`是`0x3070`；

• 2.查询内核是否支持
  可以从wireless.kernel.org得到支持的设备列表。
  可以从列表中搜到前面的VID和PID，因此说明内核是支持现在使用的无线网卡。此外，还可以得知对应的驱动应该为rt2800usb、rt2870sta。

　 ## 1.3 移植WIFI驱动 ## - 前面根据ID得到了对应的网卡驱动名字，但还不是很靠谱，建议直接在驱动中搜索ID，更靠谱： ``` grep "0x3070" drivers/net/wireless/ -nr ``` 得到：`drivers/net/wireless/ralink/rt2x00/rt2800usb.c:1091: { USB_DEVICE(0x148f, 0x3070) },`，知道了对应的驱动文件是`rt2800usb.c`； 　 - 再查看对应路径的Makfeile： ``` cat drivers/net/wireless/ralink/rt2x00/Makefile ``` 得到：`obj-$(CONFIG_RT2800USB) += rt2800usb.o`，知道了对应的宏是`CONFIG_RT2800USB`； 　 - 进入内核目录，执行： ``` make menuconfig ``` 搜索`CONFIG_RT2800USB`，得知其依赖：`Depends on: NETDEVICES [=y] && WLAN [=y] && WLAN_VENDOR_RALINK [=y] && RT2X00 [=n] && USB [=y]`，可以知道`RT2X00 [=n]`没有打开，再搜索它，如此循环，直到`RT2800USB [=y]`。

这里有个注意的就是，当开启的上层的某个依赖，下层的某个选项可能会多出来许多选项，而这些选项原来是没有的，不要固化思维。

最后重新编译内核即可。

1.4 使用buildroot移植应用

想要使用无线网卡，需要用到四个软件：

• iw:可用于OPEN、WEP这两种"认证/加密"，以及扫描WIFI热点等；
• wpa_supplicant:可用于前面4种"认证/加密"；
• hostapd:能够使得无线网卡切换为AP模式；
• dhcp:STA模式使WIFI网卡动态获取IP，AP模式分配IP；

也就是需要移植这四个软件，目前的方法有：
1.逐个下载源码，交叉编译，配置，可以还需要相关依赖库，缺点是费时费力；
2.使用Yocto等工具，制作发行版的根文件系统，例如Ubuntu16.04，里面有apt-get，可以自动下载安装，缺点是制作发行版根文件系统比较麻烦，且体积较大；
3.使用buildroot制作根文件系统，选择需要的软件，自动生成根文件系统，相对简单，体积也较小；

本次就以buildroot为例，制作含需要应用程序的根文件系统。

• 首先从GitHub下载针对Tiny4412修改后的buidroot

git clone -b board_tiny4412 https://github.com/hceng/buildroot.git

• 查看支持的board

cd buildroot/
make list-defconfigs

得知tiny4412对应的配置文件:tiny4412_defconfig - Build for tiny4412；

• 配置提供的配置文件

make tiny4412_defconfig

• 添加自己所需软件
  执行:

make menuconfig

对应勾选所需软件：

Target packages  --->
    Networking applications  --->
        [*] dhcp (ISC)                                                
            [*]   dhcp server                                      
                [*]     Enable delayed ACK feature                     
            [*]   dhcp relay                                       
            [*]   dhcp client 
        ……
        [*] hostapd                                                     
            [*]   Enable ACS (NEW)                                      
            [*]   Enable EAP                                            
            [*]   Enable WPS 
        ……
        [*] iw
        ……
        [*] wpa_supplicant                                               
            [*]   Enable nl80211 support                                  
            [*]   Enable AP mode                                           
            [ ]   Enable EAP                                                  
            [ ]   Enable HS20                                                 
            [ ]   Enable syslog support                                       
            [ ]   Enable WPS                                                  
            [*]   Install wpa_cli binary                                      
            [*]   Install wpa_client shared library                           
            [*]   Install wpa_passphrase binary     
        

• 修改主机名、欢迎语、root密码等

System configuration  --->
    (tiny_4412) System hostname  
    (Welcome to hceng's board.) System banner  
    ……
    [*] Enable root login with password
    (123456) Root password 

• 生成根文件系统
  执行:

make

buildroot会自动下载相关源码包，整个过程时间比较久，最后生成buildroot/output/images/rootfs.tar，解压到SD卡rootfs分区即可。

1.5 添加firmware

此时开发板启动Linux后，使用ifconfig wlan0 up启动无线网卡，提示：

ieee80211 phy0: rt2x00lib_request_firmware: Info - Loading firmware file 'rt2870.bin'
rt2800usb 2-2.2:1.0: Direct firmware load for rt2870.bin failed with error -2
ieee80211 phy0: rt2x00lib_request_firmware: Error - Failed to request Firmware
ifconfig: SIOCSIFFLAGS: No such file or directory

提示需要firmware文件rt2870.bin。

继续通过网站wireless.wiki.kernel.org去下载该固件。

得到rt2870.bin后，拷贝到单板/lib/firmware/下即可。

1.6 启动WIFI网卡

注意：
双网卡的单板的两个网卡IP不能设置为同一网段，原因参考这里。

也就是先把有线网卡IP设置为其它网段，比如：

ifconfig eth0 192.168.2.220

然后启动WIFI网卡，并设置IP(路由器IP为192.168.1.1)：

ifconfig wlan0 up
ifconfig wlan0 192.168.1.220

此时效果如下：

2.无线终端模式——STA

完成前面的准备工作后，就可以通过软件使用无线网卡了。

2.1 iw的使用

• 列出WIFI网卡的性能:

iw list 

• 扫描WIFI热点

iw dev wlan0 scan 
iw dev wlan0 scan | grep SSID:

• 连接到开放AP

iw wlan0 connect hceng

• 查看连接状态

iw dev wlan0 link

• 断开WIFI连接

 iw wlan0 disconnect

还可以连接加密的WEP，这里就不研究了。

注意：
1.如果连接的不是路由器(IP为192.168.1.1)，而是Android手机热点(IP一般为192.168.43.1)，那么要将WIFI网卡IP设置为43网段，如:192.168.43.10，才能ping通192.168.43.1。
　
2.此时只能ping路由器和局域网设备，如果要联外网，还需要如下操作：
①修改/etc/resolv.conf，添加DNS:nameserver 192.168.1.1，如果是手机热点为nameserver 192.168.43.1；
②设置网关，输入命令:route add default gw 192.168.1.1，如果是手机热点为route add default gw 192.168.43.1；

2.2 wpa_supplicant的使用

wpa_supplicant本是开源项目，被谷歌修改后加入android移动平台，它主要是用来支持WEP，WPA/WPA2和WAPI无线协议和加密认证的。
wpa_supplicant是一个连接、配置WIFI的工具，它主要包含wpa_supplicant(命令行模式)与wpa_cli(交互模式)两个程序。
通常情况下，可以通过wpa_cli来进行WIFI的配置与连接，如果有特殊的需要，可以编写应用程序直接调用wpa_supplicant的接口直接开发。

记得以前想查看Android手机连接过的WIFI热点密码时，就直接使用RE文件管理器查看/data/misc/wifi/wpa_supplicant.conf即可(需ROOT)，里面有所有连接过的WIFI名字和密码。
从这里可以看出，最后WIFI名字和密码，都会被保存到一个配置文件里，在Linux中，路径就是/etc/wpa_supplicant.conf。

• 连接开放网络
  向/etc/wpa_supplicant.conf加入：

network={
    ssid="hceng"
    key_mgmt=NONE
}

初始化wpa_supplicant，执行：

wpa_supplicant -B -d -i wlan0 -c /etc/wpa_supplicant.conf  

查看连接状态：

wpa_cli -iwlan0 status  

断开连接：

wpa_cli -iwlan0 disconnect

killall wpa_supplicant

重新连接：

wpa_cli -iwlan0 reconnect

• 连接加密网络(WAP2)
  向/etc/wpa_supplicant.conf加入：

network={
    ssid="hceng_test"
    psk="12345678"
}

初始化wpa_supplicant，执行：

wpa_supplicant -B -d -i wlan0 -c /etc/wpa_supplicant.conf  

至于WEP和WAP方式，也就是配置文件的不同，这里就不去深究了，以后遇到了再说。

2.3 dhclient的使用

至此，已经可以连接WIFI了，但还有一些问题。
就如前面，需要手动设置设备的IP，且要根据热点的网段设置，还可能与同网段的设备IP冲突。
为了解决这个问题，引入了DHCP，自动分配IP地址。

就像家里的设备连接到路由器一样，除了输入名字，密码，其它都不用操作，而且还不会出现IP冲突的情况。

连接好WIFI后，输入：

dhclient wlan0

实现自动获取分配的IP，并设置。

2.4 自动脚本

现在已经从功能上实现了WIFI无线网卡的使用，但使用过程步骤比较多，相对麻烦。
理想的效果无论何时插上WIFI无线网卡，都自动连接WIFI，且自动获取IP地址。

这就要用到USB的热拔插机制，很久以前写过一篇U盘自动挂载的文章，用的就是这个机制。

• 1.首先修改/etc/mdev.conf配置文件
  加入WIFI无线网卡的热拔插事件：

# hceng add for wifi
wlan0           root:root 660 * /sbin/auto_wifi.sh

其中*表示插拔都执行后面的脚本。

• 2.自动连接脚本/sbin/auto_wifi.sh
  但检测到USB网卡插拔后，就会执行该脚本：
  {% codeblock lang:bash [auto_wifi.sh] https://github.com/hceng/learn/blob/master/tiny4412/10_usb_wifi/rootfs/sbin/auto_wifi.sh %}
  #!/bin/sh
  if [ $ACTION = “add” ];
  then
  echo --------usb wifi connect--------- > /dev/console
  wpa_supplicant -B -d -i wlan0 -c /etc/wpa_supplicant.conf
  wpa_cli -B -i wlan0 -a/sbin/auto_dhcp.sh
  else
  echo --------usb wifi disconnect--------- > /dev/console
  killall wpa_supplicant
  killall wpa_cli
  killall dhclient
  fi
  {% endcodeblock %}

如果是插入USB无线网卡，将执行wpa_supplicant -B -d -i wlan0 -c /etc/wpa_supplicant.conf连接wifi，再执行wpa_cli -B -i wlan0 -a/sbin/auto_dhcp.sh调用dhcp的脚本；

如果是拔出USB无线网卡，将清除所有相关进程；

• 3.自动dhcp脚本/sbin/auto_dhcp.sh
  {% codeblock lang:bash [auto_dhcp.sh] https://github.com/hceng/learn/blob/master/tiny4412/10_usb_wifi/rootfs/sbin/auto_dhcp.sh %}
  #!/bin/sh
  IFNAME=$1
  CMD= $2 if [ "$CMD" = “CONNECTED” ]; then
  echo ==connect $IFNAME, dhclient for it= > /dev/console
  dhclient $IFNAME fi if [ "$CMD" = “DISCONNECTED” ]; then
  echo ==disconnect $IFNAME, kill dhclient for it= > /dev/console
  killall dhclient
  fi
  {% endcodeblock %}

如果是连接，将调用dhclient分配IP，反之清除dhclient进程。

• 4.为脚本加上可执行权限

chmod +x /sbin/auto_wifi.sh
chmod +x /sbin/auto_dhcp.sh

最后便可实现自动连接WIFI，且自动获取IP地址。

3.无线热点模式——AP

无线热点模式共需要两步操作，先使用hostapd将无线网卡切换成AP模式，再使用dhcpd分配IP。

3.1 hostapd的使用

先清除前面STA模式的所有操作，重新启动单板。

• 创建/etc/hostapd.conf配置文件

1.OPEN模式：

ctrl_interface=/var/run/hostapd

ssid=hceng
channel=1
interface=wlan0
driver=nl80211

2.WAP/WAP2模式：

ctrl_interface=/var/run/hostapd

ssid=hceng
#hw_mode=g
channel=1
interface=wlan0
#bridge=br0
driver=nl80211
macaddr_acl=0
#accept_mac_file=/etc/hostapd.accept
#deny_mac_file=/etc/hostapd.deny

auth_algs=1
wpa=3
wpa_passphrase=12345678
wpa_key_mgmt=WPA-PSK
wpa_pairwise=TKIP
rsn_pairwise=CCMP

注释：
ctrl_interface：为了后面hostapd_cli链接上hostapd；
ssid：无线热点名字；
hw_mode：指定802.11协议，其中a=IEEE 802.11a，b=IEEE 802.11b， g=IEEE 802.11g；
channel：设定无线信道；
interface：指定使用哪一个无线网卡；
bridge：指定所处网桥，对于一个同时接入公网、提供内部网和无线接入的路由器来说，设定网桥很有必要；
driver：指定无线驱动；
macaddr_acl：指定MAC地址过滤规则：
　　　　　　　0表示允许除禁止列表外的设备；
　　　　　　　1表示只允许在允许列表的设备；
　　　　　　　2表示使用外部RADIUS服务器；
accept_mac_file：指定允许MAC列表文件所在路径；
deny_mac_file：指定禁止MAC列表文件所在路径；
auth_algs：指定采用哪种认证算法，采用位域(bit fields)方式来制定；
　　　　　　1表示使用WPA；
　　　　　　2表示使用WEP；
　　　　　　3表示使用WPA/WEP；
wpa：指定WPA类型，采用位域(bit fields)方式来制定；
　　　1表示使用WPA；
　　　2表示使用WPA2；
　　　3表示使用WPA2/WPA；
wpa_passphrase：WIFI的密钥；
wpa_key_mgmt：PSK为个人AP，不使用服务器认证；
wpa_pairwise：指定WPA的加密方式；
rsn_pairwise：指定WPA2的加密方式；

3.2 dhcpd的使用

如果此时启动热点，实测手机一直卡在获取IP地址，无法连接到热点，因此热点还需自动分配IP地址。

• 编辑/etc/dhcpcd.conf配置文件
  将原来的/etc/dhcpcd.conf复制备份，再修改[配置文件](https://wiki.archlinux.org/index.php/Dhcpd_(简体中文)如下：

subnet 192.168.2.0 netmask 255.255.255.0 {
  range 192.168.2.10 192.168.2.100;
  option domain-name-servers 192.168.2.1;
  option routers 192.168.2.1;
}

指定了子网IP起始地址、子网掩码、动态分配的IP范围、DNS服务器、路由。

3.3 启动热点

• 1.启动无线网卡，并设置IP

ifconfig wlan0 up
ifconfig wlan0 192.168.2.1

• 2.启动AP和DHCP
  启动命令：

hostapd -B /etc/hostapd.conf
dhcpd -cf /etc/dhcpcd.conf wlan0

对应的停止命令：

killall hostapd
killall dhcpd

• 3.其它操作
  查看热点状态：

hostapd_cli all_sta

查看热点配置：

hostapd_cli get_config

查看已连接的设备：

iw dev wlan0 station dump

3.4 自动脚本

和前面的一样，假如希望实现USB无线网卡的热拔插，自动进入AP模式，只需如下操作：

• 1.首先修改/etc/mdev.conf配置文件
  加入WIFI无线网卡的热拔插事件：

# hceng add for wifi
#wlan0           root:root 660 * /sbin/auto_wifi.sh
wlan0           root:root 660 * /sbin/auto_wifi_ap.sh

• 2.自动AP脚本/sbin/auto_wifi_ap.sh
  但检测到USB网卡插拔后，就会执行该脚本：
  {% codeblock lang:bash [auto_wifi_ap.sh] https://github.com/hceng/learn/blob/master/tiny4412/10_usb_wifi/rootfs/sbin/auto_wifi_ap.sh %}
  #!/bin/sh
  if [ $ACTION = “add” ];
  then
  echo --------usb wifi connect--------- > /dev/console
  hostapd -B /etc/hostapd.conf
  ifconfig wlan0 192.168.2.1
  dhcpd -cf /etc/dhcpcd.conf wlan0

else
echo --------usb wifi disconnect--------- > /dev/console
killall hostapd
killall dhcpd
fi
{% endcodeblock %}

• 3.为脚本添加可执行权限
  执行：

chmod +x /sbin/auto_wifi_ap.sh

之后就插上无线网卡，就自动启动了热点；拔掉无线网卡，就自动关闭热点。