安卓系统中的wifi研究

1 Android系统概述

Android是Google公司开发的基于Linux平台开源的手机操作系统，该平台由操作系统、中间件、用户界面和应用软件组成，具体框架结构由5部分组成，其核心为Linux2.6内核，向上搭配Libraries（函数库）及AndroidRuntime（运行环境），再配合Application Framework（应用程序框架），来开发各种不同的Application（应用程序），是首个为移动终端打造的开放和完整的移动软件。

Android系统基于Linux 2.6内核来提供系统的核心服务，例如安全机制，内存管理，进程管理，网络堆栈和驱动模块。其包含一组核心库，提供了Java语言核心库内的大部分功能。Android应用程序运行于Dalvik虚拟机上，Dalvik虚拟机是基于寄存器的。编译器将Java源文件转为class文件，内置的dx工具又将class文件转化为Dex文件，Dex文件是在Dalvik虚拟机上运行程序的标准格式。在wi—Fi网络方面，虽然Android建立在Linux内核之上，但是Wi—Fi网络的实现与一般Linux操作系统不一样，下面结合Andmid2.1的源码，对Wi.Fi模块的工作原理进行了分析。

2 WiFi模块的工作原理

2.1 WiFi模块的组成

在Android系统中，应用程序可以使用Wifimanager提供的API接口管理Wi—Fi的连接及使用情况，比如：

启动或者禁止Wi—Fi网络、请求扫描接入点（AccessPoint，AP）、返回网络配置参数列表等等。当WiFi网络被启动或者禁止时，Wifiservice将能过广播方式发出WIFI-STATE-CHANGED-ACTION事件通知上层应用程序，Wifimrvice主要负责对WifiMonitor和wpa-supplicant的进程进行初始化及禁止，并且发出命令给wpa-supplicant。WifiMonitor是负责接收wpa-suppli-cant发出的各种事件通知。然后WifiStateTracker广播各种行为。WiFi模块的组成如图1所示。

图1 WiFi模块的系统组成

在wiFi模块的系统组成中Wifimanager主要提供一些API接口，Wifimanager处理及工作的内容大致如下几个方面：

（1）返回网络配置的参数列表，参数列表可以查看及更新，并且个别的配置参数可以被修改。

（2）建立连接网络及禁止，以及查询有关网络状态的动态信息。

（3）扫描无线网络AP，并且根据AP的信息进行连接。

（4）定义各种Intent组件的行为名称，组件行为是广播来更新wifi状态。

WiFi模块中的Wifiservice可以通过WifiManager接口处理远程无线WiFi操作请求，也可以创建一个WifiMonitor来侦听无线上网相关的事件。WifiStateTracker可以跟踪Wi.Fi连接状态。有关的无线网络事件的处理及状态更新都可以通过WifiStateTracker完成。WifiMonitor侦听从wpa—supplicant服务器发出的事件请求，并且处理事件请求然后发送到WifiStateTracker，WifiMonitor独立运行于自己的线程中。WifiNative要求发送请求守护进程。WifiStateTracker所处理的事件如下：

（1）WIFI—STATE—CHANGED—ACTION：表示wi—Fi网络已经被启动、禁止、正在启动中。正在禁止中和未知状态中。

（2）SUPPLICANT—STATE—CHANGED—ACTION：表示连接一个AP的状态信息已经改变了，并且系统提供一个新状态信息。

（3）SUPPLICANT—CONNECTION—CHANGE—ACTION：表示与请求者的连接已经建立或者已经断开。

（4）SCAN—RESULTS—AVAILABLE—ACTION：表示AP扫描已经完成，并且返回扫描信息。

（5）RSSI—CHANGED—ACTION：表示Wi—Fi的信号强度已经改变。

（6）NETWORK—STATE—CHANGED一ACTION：表示Wi—Fi网络的连接状态已经改变。

（7）NETWORK—IDS—CHANGED—ACTION：表示配置网络的网络ID号已经改变。

Android实现Wi—Fi网络大致经过4个步骤：Wi—Fi模块的初始化；Wi—Fi模块的启动；AP扫描及配置AP参数；Wi—Fi连接及配置IP地址。下面是Android2.1中实现Wi—Fi上网的4个步骤的源码分析。

2.2 WiFi模块的初始化

当Android系统启动Wi—Fi模块时，先对wi—Fi模块进行初始化，Android系统通过startservice（Intent ser—vice）可以启动一个Service，通过Context.bindService（）可以绑定一个Serivce。在系统启动Systemserver的时候，。通过ServiceManager调用addservice（）函数生成一个ConnectivityService实例。在ConnectivityService的构造函数里面创建WifiServiee和WifiStateTracker，而wifiStateTracker却可以创建WifiMonitor接收来自底层的事件，WifiService和WifiMonitor是整个Wi.Fi模块的核心。WifiService负责启动关闭wpa—supplicant、启动关闭Wifi.

Monitor监视线程和把命令下发给wpa—supplicant，而WifiMonitor则负责从wpa—supplicant接收事件通知。WiFi模块初始化过程如图2所示。

图2 Wi-Fi模块初始化流程图

2.3 WiFi模块的启动

AndrcIid系统中WirelessSettings应用程序是负责启动Wi—Fi模块的，会调用WifiEnabler函数处理wiFi按钮。当用户按下WiFi按钮后，WirelessSettings应用程序会调用WifiEnabler的onPreferenceChange，再由WifiEnabler函数凋用WifiManager的setWifiEnabLED接121函数。WifiService接着向自身发送一条MESSAGE—ENABLE—WIFI消息，在处理该消息的代码中做真正的使能工作：首先装载wi.Fi内核模块（该模块的位置硬编码为“／system／lib／modules／wlan.ko”），然后启动wpa—supplicant（配置文件硬编码为“／data／misc／wifi／wpa—supplicant.conf”），再通过WifiStateTracker启动WifiMonitor中的监视线程。当使能成功后，会广播发送WIFI—STATE—CHANGED—ACTION消息通知外界wiFi已经成功启动。WifiEnabler创建的时候就会向Android系统注册接收WIFI—STATE—CHANGED—ACTION，因此当接收到该Intent，系统就开始扫描AP。Wi—Fi模块启动过程如图3所示。

图3 wifi模块启动流程图

2.4 AP扫描及配置AP参数

当Android扫描AP时，Wi—Fi模块执行AP扫描的函数startScan（），实质是给wpa—supplicant发送SCAN命令。当wpa—supplicant接收处理SCAN命令后，wpa—supplicant会向控制通道发送事件通知扫描结束。当wifi—wait—for—event函数接收到该事件后，WifiMonitor中的相应函数被调用处理该事件。

同时WifiStateTraeker接着广播发送SCAN_RE_SULTS—AVAILABLE一ACTION，在WifiLayer注册了接收SCAN—RESULTS—AVAILABLE—ACTION，所以相关处理函数handleScanResultsAvailable会被调用，在该函数中，先得到AP扫描的结果（最终是往wpa—supplicant发送SCAN—RESULT命令并读取返回值来实现的），对每一个扫描返回的AP，WifiLayer会调用WifiSettings的onAeeessPointSetChanged函数，从而最终把该AP加到GUI显示列表中。AP扫描过程如图4所示。

图4 AP扫描流程图

在Android系统的WifiSettings界面上选择了一个AP后，会显示配置AP参数的一个对话框，用户要在AcessPointDialog对话框中正确地选择AP参数。AP参数配置过程如图5所示。

图5 AP参数配置流程图

2.5 WiFi连接及配置IP地址

在Android系统的AcessPointDialog对话框中选择好加密方式和连接密钥之后，点击连接按钮，然后Android系统就会自动连接AP。

WifiLayer会通过向wap—supplicant发送LIST—NETWORK命令实现检测AP是否之前被配置过。如果wpa—supplicant没有AP的配置信息。就会向wpa—supplicant发送命令添加该AP.WifiLayer得到返回的net—work再利用networkld参数向wpa—supplieantv发送连接该AP命令。并且保存该AP配置信息为以后使用。

Wi—Fi模块连接过程如图6所示。

图6 WiFI模块连接流程图

当wpa—supplicant成功连接上AP之后，wpa—supplicant会向控制通道发送事件通知已经连接上AP，然后执行WifiMonitor中的MonitorThread处理该事件。

Wi—Fi模块连接到AP后，Android系统就要配置IP地址，此时系统中的WifiMonitor再调用WifiStateTracker的noti—fyStateChange函数，接着WifiStateTracker会往自身发送EVENT—NETWORK一STATE—CHANGED）消息启动DHCP去获取IP地址，当DHCP获取IP地址后，会发送EVENT—INTERFACE—CONFIGURATION—SUCCEEDED消息，当WifiLayer收到EVENT—INTERFACE—CONFIGURATION—SUCCEEDED消息后，会广播发送EVENT—NETWORK—STATE—CHANGED，并且附带获取IP地址的完整信息，WifiLayer中注册此Intent的接受者，并调用handleNetworkStateChanged函数处理消息。调用函数成功后An—droid OS的IP地址配置结束，Android系统具有Wi—Fi上网功能。

3 WiFi网络的实现

3.1 WiFi驱动的移植

Android系统可以通过wifi模块无线上网，在S3C6410开发板中wifi模块与S3C6410处理器的借口的是SDIO，要让wifi模块正常工作，必须保证SDIO的驱动是配置正常的，因此Wi—Fi模块的驱动移植需要配置两个地方，分别是配置firmware和marvel8686SDIO驱动。在内核配置界面中选择firmware的相关配置：GenericDriver Options->Prevent firmware from being built和Generic Driver Options->Userspace firmware loading support（NEW）一>Include in.kemel firmware blobs in kemeI binary，配置时要用到2个marvel8686的firmware文件。内核配置时选择marvel8686SDIo的相关配置：Network device support->Wireless LAN->Wireless LAN（IEEE 802.11）一>MarvelI Libertas WLAN driver support->Marvell Libertas 8385 and 8686 SDlO 802.1lb／g cards、Networkdevice support.>Wireless I AN.>Wireless LAN（IEEE 802.11）。>Marvell Libertas WLAN driver support->Enable full debugging output in the Libertas module和Network device support一>Wireless LAN一>Wireless LAN（IEEE802.11）一>Marvell 8xxx Libertas WLAN driver support with thin firmware……退出内核配置界面后运行命令make来编译Android的内核。

3.2 WiFi模块的测试

通过USB将内核镜像文件下载到三星S3C6410开发板的内存中，下载结束后复位板子或者断电重启。在内核启动过程中，从超级终端显示Wi.Fi模块的信息：

mmc0：new SDIO card at address 0001

libertas—sdio mmcO：0001：l：firmware：using built.in firmware sd8686一helper.bin

libertas—sdio mmc0：0001：l：firmware：using built—in firmware sd8686.bin

libertas：00：22：43：73：26：bf，fw 9.70.31024，cap 0x000003a3

libertas：PREP—CMD：command 0x00a3 failed：2

libertas：PREP—CMD：command 0x00a3 failed：2

libertas：ethl：Marveli WLAN 802.1 1 adapter

以上显示的信息表明内核已经找到WIFI模块。

当S3C6410开发板成功运行Android系统后，选择settings->wireless&network.>WIFI，然后在超级终端中输入logeat命令可以显示Wi—Fi使用信息，并且开发板上Wi—Fi模块的指示灯LEDl会闪烁。

点击Android系统下的Wifi Settings对话框，Android系统开始搜索AP，搜索AP成功后界面显示出AP的情况，选择需要连接的AP进行连接。连接成功后S3C6410开发板具有了wiFi网络功能，Android系统中显示搜索的AP信息如图7所示。

图7 Android搜索的AP结果

4 结语

对Android智能手机操作系统来说，WiFi网络系统是其中一个主要组成部分，了解Android系统中的wiFi网络的工作原理可以对应用程序性能上的提供有所帮助。在Android系统移植到其他嵌入式设备中，Android系统中Wi—Fi的底层驱动移植是其中一个关键部分，通过对底层Wi—Fi接口以及对WiFi驱动移植的研究，将更有效地实现Android系统在其他嵌入式设备上的移植及开发相应WiFi网络的应用程序。