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嵌入式Linux開發板WIFI無線網絡卡驅動移植

阿新 • • 發佈：2019-01-31

本文所用開發板：tiny4412，當然也可以在jz2440上實現。

嵌入式中裝置想要聯網，無非就 有線和無線 兩種方式。

有線就插上網線，沒什麼好說的；無線的話一種是將WIFI模組整合焊接在板子上，另一種是WIFI模組以USB的方式接到板子上。

本次使用的就是USB介面的WIFI無線網絡卡，實現開發板使用WIFI無線網絡卡訪問網際網路和作為個人熱點。

1.準備工作

1.2 WIFI基礎知識

WIFI網絡卡有兩種工作模式，
一種是無線終端模式(STA)，也就是手機日常使用的模式，通過該模式連線網路上網；
一種是無線熱點模式(AP)，也就是手機的個人熱點模式，通過該模式提供熱點供其它裝置上網；

無線網路的安全性由兩部分組成：認證和加密。

認證: 使得只有允許的裝置才能連線到無線網路；
加密: 確保資料的保密性和完整性，即資料在傳輸過程中不會被篡改；

  • 常用的認證演算法有:開放認證、共享祕鑰認證、802.11x認證、PSK認證。
    其中802.11x認證和PSK認證安全性較高，分別應用於企業和個人的環境;

  • 常用的加密演算法有:WEB加密、TKIP加密、CCMP加密演算法。
    其中WEB加密和TKIP加密都是RC4的加密演算法，安全性較低；CCMP加密採用AES對稱加密演算法，安全性較高。

安全策略認證方式加密方式備註
Openopenopen開放WiFi，無任何加密
openWEP開放WiFi，僅資料加密
WEPWEPWEP共享金鑰認證，容易破解
WAP802.11XTKIP/WEP比較安全，用於企業
PSKTKIP/WEP比較安全，用於個人
WAP2802.11XCCMP/TKIP/WEP目前最安全，用於個人
PSKCCMP/TKIP/WEP目前最安全，用於個人

連入超市、商場等公共WIFI的時候，不需要輸入密碼，但要通過網頁輸入手機號，使用驗證碼驗證，也就是採用802.11X進行的驗證，通過伺服器完成的驗證。

使用手機開個人熱點的時候，可以選擇安全性OPEN、WEP、WAP、WAP2，也就對應不同的安全等級。

我手裡的MIX2S，MIUI10個人熱點裡面就僅OPEN和WAP2兩個選項，感覺這是個趨勢，要麼最簡單的OPEN，要麼就最安全的WAP2(WAP2是向下相容的)，逐漸扔掉歷史的包袱。

1.2 選擇無線網絡卡

首先是選擇合適的無線網絡卡，選取的原則是根據WIFI無線網絡卡的VID和PID判斷核心是否支援該無線網絡卡。

  • 1.獲取無線網絡卡ID
    將無線網絡卡插入Windows電腦，開啟裝置管理器，選中無線網絡卡，右鍵“屬性”，切換到“詳細信”息選項卡，在“屬性”下拉欄中選擇”硬體ld”，即可得到無線網絡卡的ID：

我的無線網絡卡VID是0x148F，PID是0x3070；

  • 2.查詢核心是否支援
    可以從wireless.kernel.org得到支援的裝置列表。
    可以從列表中搜到前面的VID和PID，因此說明核心是支援現在使用的無線網絡卡。此外，還可以得知對應的驅動應該為rt2800usb、rt2870sta。

1.3 移植WIFI驅動

  • 前面根據ID得到了對應的網絡卡驅動名字，但還不是很靠譜，建議直接在驅動中搜索ID，更靠譜：
grep "0x3070" drivers/net/wireless/ -nr

得到：
drivers/net/wireless/ralink/rt2x00/rt2800usb.c:1091: { USB_DEVICE(0x148f, 0x3070) },
知道了對應的驅動檔案是rt2800usb.c；
　
- 再檢視對應路徑的Makfeile：

cat  drivers/net/wireless/ralink/rt2x00/Makefile

得到：
obj-$(CONFIG_RT2800USB) += rt2800usb.o，
知道了對應的巨集是CONFIG_RT2800USB；
　
- 進入核心目錄，執行：

make menuconfig

搜尋CONFIG_RT2800USB，得知其依賴：
Depends on: NETDEVICES [=y] && WLAN [=y] && WLAN_VENDOR_RALINK [=y] && RT2X00 [=n] && USB [=y]，
可以知道RT2X00 [=n]沒有開啟，再搜尋它，如此迴圈，直到
RT2800USB [=y]。

這裡有個注意的就是，當開啟的上層的某個依賴，下層的某個選項可能會多出來許多選項，而這些選項原來是沒有的，不要固化思維。

最後重新編譯核心即可。

1.4 使用buildroot移植應用

想要使用無線網絡卡，需要用到四個軟體：
- iw:可用於OPEN、WEP這兩種”認證/加密”，以及掃描WIFI熱點等；
- wpa_supplicant:可用於前面4種”認證/加密”；
- hostapd:能夠使得無線網絡卡切換為AP模式；
- dhcp: STA模式使WIFI網絡卡動態獲取IP，AP模式分配IP；

也就是需要移植這四個軟體，目前的方法有：
1.逐個下載原始碼，交叉編譯，配置，可以還需要相關依賴庫，缺點是費時費力；

2.使用Yocto等工具，製作發行版的根檔案系統，例如Ubuntu16.04，裡面有apt-get，可以自動下載安裝，缺點是製作發行版根檔案系統比較麻煩，且體積較大；

3.使用buildroot製作根檔案系統，選擇需要的軟體，自動生成根檔案系統，相對簡單，體積也較小；

本次就以buildroot為例，製作包含應用程式的根檔案系統。

  • 首先從GitHub下載針對Tiny4412修改後的buidroot
git clone -b board_tiny4412 https://github.com/hceng/buildroot.git
  • 檢視支援的board
cd buildroot/
make list-defconfigs

得知tiny4412對應的配置檔案:
tiny4412_defconfig - Build for tiny4412；

  • 配置提供的配置檔案
make tiny4412_defconfig
  • 新增自己所需軟體
    執行:
make menuconfig

對應勾選所需軟體：

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
  • 修改主機名、歡迎語、root密碼等
System configuration  --->
    (tiny_4412) System hostname  
    (Welcome to hceng's board.) System banner  
    ……
    [*] Enable root login with password
    (123456) Root password
  • 生成根檔案系統
    執行:
make

buildroot會自動下載相關原始碼包，整個過程時間比較久，最後生成buildroot/output/images/rootfs.tar，解壓到SD卡rootfs分割槽即可。

1.5 新增firmware

此時開發板啟動Linux後，使用ifconfig wlan0 up啟動無線網絡卡，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檔案rt2870.bin。

得到rt2870.bin後，拷貝到單板/lib/firmware/下即可。

1.6 啟動WIFI網絡卡

也就是先把有線網絡卡IP設定為其它網段，比如：

ifconfig eth0 192.168.2.220

然後啟動WIFI網絡卡，並設定IP(路由器IP為192.168.1.1)：

ifconfig wlan0 up
ifconfig wlan0 192.168.1.220

此時效果如下：

2.無線終端模式——STA

完成前面的準備工作後，就可以通過軟體使用無線網絡卡了。

2.1 iw的使用

  • 列出WIFI網絡卡的效能:
iw list
  • 掃描WIFI熱點
iw dev wlan0 scan 
iw dev wlan0 scan | grep SSID:
  • 連線到開放AP
iw wlan0 connect hceng
  • 檢視連線狀態
iw dev wlan0 link
  • 斷開WIFI連線
 iw wlan0 disconnect

還可以連線加密的WEP，這裡就不研究了。

注意：
1.如果連線的不是路由器(IP為192.168.1.1)，而是Android手機熱點(IP一般為192.168.43.1)，那麼要將WIFI網絡卡IP設定為43網段，如:192.168.43.10，才能ping通192.168.43.1。
　
2.此時只能ping路由器和區域網裝置，如果要聯外網，還需要如下操作：
①修改/etc/resolv.conf，新增DNS:nameserver 192.168.1.1，如果是手機熱點為nameserver 192.168.43.1；
②設定閘道器，輸入命令:route add default gw 192.168.1.1，如果是手機熱點為route add default gw 192.168.43.1；

2.2 wpa_supplicant的使用

wpa_supplicant本是開源專案，被谷歌修改後加入android移動平臺，它主要是用來支援WEP，WPA/WPA2和WAPI無線協議和加密認證的。

wpa_supplicant是一個連線、配置WIFI的工具，它主要包含wpa_supplicant(命令列模式)與wpa_cli(互動模式)兩個程式。

通常情況下，可以通過wpa_cli來進行WIFI的配置與連線，如果有特殊的需要，可以編寫應用程式直接呼叫wpa_supplicant的介面直接開發。

記得以前想檢視Android手機連線過的WIFI熱點密碼時，就直接使用RE檔案管理器檢視/data/misc/wifi/wpa_supplicant.conf即可(需ROOT)，裡面有所有連線過的WIFI名字和密碼。

從這裡可以看出，最後WIFI名字和密碼，都會被儲存到一個配置檔案裡，在Linux中，路徑就是/etc/wpa_supplicant.conf。

  • 連線開放網路
    向/etc/wpa_supplicant.conf加入：
network={
    ssid="hceng"
    key_mgmt=NONE
}

初始化wpa_supplicant，執行：

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

檢視連線狀態：

wpa_cli -iwlan0 status

斷開連線：

wpa_cli -iwlan0 disconnect

killall wpa_supplicant

重新連線：

wpa_cli -iwlan0 reconnect
  • 連線加密網路(WAP2)
    向/etc/wpa_supplicant.conf加入：
network={
    ssid="hceng_test"
    psk="12345678"
}

初始化wpa_supplicant，執行：

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

至於WEP和WAP方式，也就是配置檔案的不同，這裡就不去深究了，以後遇到了再說。

2.3 dhclient的使用

至此，已經可以連線WIFI了，但還有一些問題。

就如前面，需要手動設定裝置的IP，且要根據熱點的網段設定，還可能與同網段的裝置IP衝突。
為了解決這個問題，引入了DHCP，自動分配IP地址。

就像家裡的裝置連線到路由器一樣，除了輸入名字，密碼，其它都不用操作，而且還不會出現IP衝突的情況。

連線好WIFI後，輸入：

dhclient wlan0

實現自動獲取分配的IP，並設定。

2.4 自動指令碼

現在已經從功能上實現了WIFI無線網絡卡的使用，但使用過程步驟比較多，相對麻煩。
理想的效果無論何時插上WIFI無線網絡卡，都自動連線WIFI，且自動獲取IP地址。

這就要用到USB的熱拔插機制，很久以前寫過一篇U盤自動掛載的文章，用的就是這個機制。

  • 1.首先修改/etc/mdev.conf配置檔案
    加入WIFI無線網絡卡的熱拔插事件：
# hceng add for wifi
wlan0           root:root 660 * /sbin/auto_wifi.sh

其中*表示插拔都執行後面的指令碼。

  • 2.自動連線指令碼/sbin/auto_wifi.sh
    但檢測到USB網絡卡插拔後，就會執行該指令碼：
#!/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

如果是插入USB無線網絡卡，將執行wpa_supplicant -B -d -i wlan0 -c /etc/wpa_supplicant.conf連線wifi，再執行wpa_cli -B -i wlan0 -a/sbin/auto_dhcp.sh呼叫dhcp的指令碼；

如果是拔出USB無線網絡卡，將清除所有相關程序；

  • 3.自動dhcp指令碼/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

如果是連線，將呼叫dhclient分配IP，反之清除dhclient程序。

  • 4.為指令碼加上可執行許可權
chmod +x /sbin/auto_wifi.sh
chmod +x /sbin/auto_dhcp.sh

最後便可實現自動連線WIFI，且自動獲取IP地址。

3.無線熱點模式——AP

無線熱點模式共需要兩步操作，先使用hostapd將無線網絡卡切換成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，重新啟動單板。

  • 建立/etc/hostapd.conf配置檔案

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

註釋：
ctrl_interface：為了後面hostapd_cli連結上hostapd；
ssid：無線熱點名字；
hw_mode：指定802.11協議，其中a=IEEE 802.11a，b=IEEE 802.11b， g=IEEE 802.11g；
channel：設定無線通道；
interface：指定使用哪一個無線網絡卡；
bridge：指定所處網橋，對於一個同時接入公網、提供內部網和無線接入的路由器來說，設定網橋很有必要；
driver：指定無線驅動；
macaddr_acl：指定MAC地址過濾規則：
　　　　　　　0表示允許除禁止列表外的裝置；
　　　　　　　1表示只允許在允許列表的裝置；
　　　　　　　2表示使用外部RADIUS伺服器；
accept_mac_file：指定允許MAC列表檔案所在路徑；
deny_mac_file：指定禁止MAC列表檔案所在路徑；
auth_algs：指定採用哪種認證演算法，採用位域(bit fields)方式來制定；
　　　　　　1表示使用WPA；
　　　　　　2表示使用WEP；
　　　　　　3表示使用WPA/WEP；
wpa：指定WPA型別，採用位域(bit fields)方式來制定；
　　　1表示使用WPA；
　　　2表示使用WPA2；
　　　3表示使用WPA2/WPA；
wpa_passphrase：WIFI的金鑰；
wpa_key_mgmt：PSK為個人AP，不使用伺服器認證；
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

如果此時啟動熱點，實測手機一直卡在獲取IP地址，無法連線到熱點，因此熱點還需自動分配IP地址。

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;
}

指定了子網IP起始地址、子網掩碼、動態分配的IP範圍、DNS伺服器、路由。

3.3 啟動熱點

  • 1.啟動無線網絡卡，並設定IP
ifconfig wlan0 up
ifconfig wlan0 192.168.2.1
  • 2.啟動AP和DHCP
    啟動命令：
hostapd -B /etc/hostapd.conf
dhcpd -cf /etc/dhcpcd.conf wlan0

對應的停止命令：

killall hostapd
killall dhcpd
  • 3.其它操作
    檢視熱點狀態：
hostapd_cli all_sta

檢視熱點配置：

hostapd_cli get_config

檢視已連線的裝置：

iw dev wlan0 station dump

3.4 自動指令碼

和前面的一樣，假如希望實現USB無線網絡卡的熱拔插，自動進入AP模式，只需如下操作：

  • 1.首先修改/etc/mdev.conf配置檔案
    加入WIFI無線網絡卡的熱拔插事件：
# hceng add for wifi
#wlan0           root:root 660 * /sbin/auto_wifi.sh
wlan0           root:root 660 * /sbin/auto_wifi_ap.sh
  • 2.自動AP指令碼/sbin/auto_wifi_ap.sh
    但檢測到USB網絡卡插拔後，就會執行該指令碼：
#!/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
  • 3.為指令碼新增可執行許可權
    執行：
chmod +x /sbin/auto_wifi_ap.sh

之後插上無線網絡卡，自動啟動熱點；拔掉無線網絡卡，自動關閉熱點。

參考教程：韋東山第3期視訊之WiFi網絡卡移植

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由於新安裝的14.04是 沒有無線網絡卡驅動的，這裡需要自己安裝網絡卡驅動。 （第一步） 我們需要在win10下看到網絡卡型號 （第二步） 升級ubuntu核心（uname -sr可以看現在的核心版本） 在 http://kernel.ubuntu.com/~kernel

Jetson tk1 安裝 Intel 7260ac 無線網絡卡驅動

首先，利用Jetpack將Jetson TK1升級到最新的L4T (version 21.3 +) 如果工作環境能提供有線網路，請將網線插到開發板，在開發板L4T的terminal輸入以下指令來下載並安裝驅動: sudo apt-get install git git clon