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OpenHarmony3.1-WIFI子系统之STA模式源码解析

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OpenHarmony3.1-WIFI子系统之STA模式源码解析

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简介

Wi-Fi是WLAN具体采用的技术，也是目前WLAN的主流技术。Wi-Fi采用的技术是IEEE80211系列协议，IEEE　(Institute of Electrical and Electronics Engineers)是美国电气和电子工程师协会的简称。

STA模式：Station，类似于无线终端，sta本身并不接受无线的接入，它可以连接到AP(AccessPoint)，一般无线网卡即工作在该模式，这是Wifi最基本的工作模式。

Wifi子系统架构

OpenHarmony3.1-WIFI子系统之STA模式源码解析

<center>Wifi子系统架构图</center>

Wifi架构解析

Wi-Fi App：

主要是开发者自行开发Wi-Fi相关功能的应用。通过调用Wifi SDK对外提供的API实现对设备Wi-Fi的控制及其功能实现。这一层平台将会提供相关的API调用示例，以供参考。

Wi-Fi Native JS:

JS层使用NAPI机制开发，连接APP层与Framework层，将wifi功能封装成JS接口提供给应用调用，并同时支持Promise和Callback异步回调。

Wi-Fi Framework：

Wi-Fi核心功能实现。直接为上层应用提供服务。根据其工作模式的不同分为四大业务服务模块，分别是STA服务、AP服务、P2P服务、Aware服务，同时DHCP功能。

Wi-Fi Hal：

为FrameWork层操作Wi-Fi硬件提供统一的接口服务，实现应用框架与硬件操作的分离。主要包括Hal适配器及扩展Hal模块及Wi-Fi硬件厂家提供的二进制库模块。

WPA Supplicant:

包含wpa_supplicant和hosapd两个子模块，wpa_supplicant和hostapd实现了定义好的驱动API，对外提供控制接口，框架就能通过其控制接口来实现Wifi的各种操作。wpa_supplicant支持STA及P2P模式，hostapd则支持AP模式。

HDF：

HDF 驱动框架主要由驱动基础框架、驱动程序、驱动配置文件和驱动接口这四个部分组成，实现WIfi驱动功能，加载驱动，驱动接口部署等。

Wi-Fi Kernel：

包含Wi-Fi 驱动，包括了对设备的一些基本的读写操作由Wi-Fi驱动移植人员编译进内核。

代码结构:

/foundation/communication/wifi
├── figures            # 图片资源目录
├── interfaces         # 接口适配目录
│   ├── innerkits      # 内部接口适配目录
│   └── kits           # WLAN组件接口的适配代码存放目录
├── services           # service适配目录
│   └── wifi_standard  # service实现目录
├── tests              # 测试代码目录
│   └── wifi_standard  # service实现模块测试代码
└── utils              # 实用函数目录
    ├── inc            # 实用函数头文件目录
    └── src            # 实用函数实现目录

关键模块实现

IPC通信

Native JS和Wifi框架通过IPC(Inter-Process Communication)进行通信，实现接口调用及事件传递。IPC通信采用客户端-服务器(Client-Server)模型，服务请求方(Client)可获取提供服务提供方(Server)的代理 (Proxy)，并通过此代理读写数据来实现进程间的数据通信。

在鸿蒙系统中，首先服务端注册系统能力(System Ability)到系统能力管理者(System Ability Manager，缩写SAMgr)，SAMgr负责管理这些SA并向客户端提供相关的接口。客户端要和某个具体的SA通信，必须先从SAMgr中获取该SA的代理，然后使用代理和服务端通信，Proxy表示服务请求方，Stub表示服务提供方。

Wifi系统对不同模式各实现了一套Proxy-Stub类，STA模式分别是WifiDeviceProxy和WifiDeviceStub，WifiScanProxy和WifiScanStub，对扫描和其他STA流程进行了分离。

OpenHarmony3.1-WIFI子系统之STA模式源码解析

<center>IPC通信图</center>

由图所示，首先WifiDeviceImpl是Native JS层WifiDevice的实现类，是服务请求方，作为IPC服务客户端，WifiDeviceProxy作为代理类，通过它来向服务方发起请求;WifiDeviceStub作为服务方接收请求并处理;WifiDeviceServiceImpl继承WifiDeviceStub类和SystemAbility类，是IPC通信服务方的具体实现。

以WifiDeviceProxy和WifiDeviceStub为例，分别从代理方和服务方说明实现过程。

WiFi Native JS作为服务请求方发起流程时，WifiDeviceImpl初始化通过Init函数构造代理WifiDeviceProxy，步骤如下：

首先，获取SAMgr。

然后，通过SAMgr及相应的ability id获取到对应SA的代理IRemoteObject。

最后，使用IRemoteObject构造WifiDeviceProxy。

目录：foundation/communication/wifi/interfaces/innerkits/native_cpp/wifi_standard/src/wifi_device_impl.cpp.

bool WifiDeviceImpl::Init()
{
    //获取SAMgr
    sptr<ISystemAbilityManager> sa_mgr = SystemAbilityManagerClient::GetInstance().GetSystemAbilityManager();
    if (sa_mgr == nullptr) {
        WIFI_LOGE("failed to get SystemAbilityManager");
        return false;
    }
    //通过SAMgr及相应的ability id获取到对应SA的代理IRemoteObject
    sptr<IRemoteObject> object = sa_mgr->GetSystemAbility(systemAbilityId_);
    if (object == nullptr) {
        WIFI_LOGE("failed to get DEVICE_SERVICE");
        return false;
    }
    //使用IRemoteObject构造WifiDeviceProxy
    client_ = iface_cast<IWifiDevice>(object);
    if (client_ == nullptr) {
        client_ = new (std::nothrow) WifiDeviceProxy(object); //构造代理
    }

    if (client_ == nullptr) {
        WIFI_LOGE("wifi device init failed. %{public}d", systemAbilityId_);
        return false;
    }

    return true;
}

我们以打开WiFi为例看看其调用过程，客户端发起请求后，接口层提供WifiDeviceProxy作为代理发送打开WiFi请求：

目录：foundation/communication/wifi/interfaces/innerkits/native_cpp/wifi_standard/src/wifi_device_proxy.cpp。

ErrCode WifiDeviceProxy::EnableWifi()
{
    if (mRemoteDied) {
        WIFI_LOGD("failed to `%{public}s`,remote service is died!", __func__);
        return WIFI_OPT_FAILED;
    }
    MessageOption option;
    MessageParcel data;
    MessageParcel reply;
    data.WriteInt32(0);

    int error = Remote()->SendRequest(WIFI_SVR_CMD_ENABLE_WIFI, data, reply, option);  //向服务方发送WIFI_SVR_CMD_ENABLE_WIFI请求
    if (error != ERR_NONE) {
        WIFI_LOGE("Set Attr(%{public}d) failed,error code is %{public}d", WIFI_SVR_CMD_ENABLE_WIFI, error);
        return WIFI_OPT_FAILED;
    }

    int exception = reply.ReadInt32();
    if (exception) {
        return WIFI_OPT_FAILED;
    }
    return ErrCode(reply.ReadInt32());
}

WifiDeviceProxy继承自IRemoteProxy，封装WiFi Station模式相关业务函数，调用SendRequest将请求发到服务端Stub。

WiFi框架提供服务方WifiDeviceStub，继承IRemoteStub，实现了IWifiDevice接口类中未实现的方法，并重写了OnRemoteRequest方法。Proxy请求方发来的请求就在OnRemoteRequest中处理。

目录：foundation/communication/wifi/services/wifi_standard/wifi_framework/wifi_manage/wifi_device_stub.cpp。

int WifiDeviceStub::OnRemoteRequest(uint32_t code, MessageParcel &data, MessageParcel &reply, MessageOption &option)
{
    int exception = data.ReadInt32();
    if (exception) {
        return WIFI_OPT_FAILED;
    }
    HandleFuncMap::iterator iter = handleFuncMap.find(code);
    if (iter == handleFuncMap.end()) {
        WIFI_LOGI("not find function to deal, code %{public}u", code);
        reply.WriteInt32(0);
        reply.WriteInt32(WIFI_OPT_NOT_SUPPORTED);
    } else {
        (this->*(iter->second))(code, data, reply);
    }
    return 0;
}

WifiDeviceStub对proxy请求事件和相应处理函数进行了映射。

void WifiDeviceStub::InitHandleMap()
{
    handleFuncMap[WIFI_SVR_CMD_ENABLE_WIFI] = &WifiDeviceStub::OnEnableWifi;  //打开wifi
    handleFuncMap[WIFI_SVR_CMD_DISABLE_WIFI] = &WifiDeviceStub::OnDisableWifi;
    ......
    return;
}

根据映射关系调用其OnEnableWifi方法：

void WifiDeviceStub::OnEnableWifi(uint32_t code, MessageParcel &data, MessageParcel &reply)
{
    WIFI_LOGD("run %{public}s code %{public}u, datasize %{public}zu", __func__, code, data.GetRawDataSize());
    ErrCode ret = EnableWifi();
    reply.WriteInt32(0);
    reply.WriteInt32(ret);

    return;
}

这里调用EnableWifi()，其具体实现在子类WifiDeviceServiceImpl。

WifiDeviceServiceImpl作为IPC通信服务方的具体实现，如以下代码所示，WifiDeviceServiceImpl通过MakeAndRegisterAbility将WifiDeviceServiceImpl实例注册到SAMgr。接下来，服务请求方就可以通过从SAMgr获取代理来和服务提供方通信。

const bool REGISTER_RESULT = SystemAbility::MakeAndRegisterAbility(WifiDeviceServiceImpl::GetInstance().GetRefPtr());
sptr<WifiDeviceServiceImpl> WifiDeviceServiceImpl::GetInstance()
{
    if (g_instance == nullptr) {
        std::lock_guard<std::mutex> autoLock(g_instanceLock);
        if (g_instance == nullptr) {
            auto service = new (std::nothrow) WifiDeviceServiceImpl;
            g_instance = service;
        }
    }
    return g_instance;
}
WifiDeviceServiceImpl::WifiDeviceServiceImpl()
    : SystemAbility(WIFI_DEVICE_ABILITY_ID, true), mPublishFlag(false), mState(ServiceRunningState::STATE_NOT_START)
{}

状态机管理

Wifi框架维护了四个状态机，分别是sta statemachine、scan statemachine、p2p statemachine和ap statemachine。Wifi各个模式工作流程中会涉及到各个不同的阶段，需要对不同阶段的状态进行管理。对于Native JS通过代理发送到Wifi框架的请求以及HAL回送的WPA Supplicant的响应，需要在相应模式的相应状态下做合适的处理。

本章仅介绍Wifi基本模式STA和Scan的状态机。

OpenHarmony3.1-WIFI子系统之STA模式源码解析

<center>STA状态机树状图</center>

STA状态机维护了wifi打开、关闭、连接、获取IP及漫游的状态及切换。Wifi打开时，会启动staService，构造sta statemachine并初始化。如STA状态机树状图所示，sta statemachine在初始化时，会创建状态树，创建子状态必须保证相应的父状态被创建。当迁移到子状态，子状态激活，也就是执行GoInState后，其父节点会同时处于激活状态，不会调用GoOutState，子节点共同需要处理的事件或者不关心的事件由父状态处理，子状态只负责处理自己感兴趣的消息。

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<center>STA状态迁移图</center>

比如wifi打开时，状态机从InitState迁移到目标状态SeparatedState，这时处于激活状态的有WpaStartedState及LinkState。

当wifi关闭时，WpaStartedState处理WIFI_SVR_CMD_STA_DISABLE_WIFI事件，关闭wifi，回到InitState状态。

当用户连接网络时，LinkState处理CMD_START_CONNECT_SELECTED_NETWORK事件进行连接网络的动作，收到WIFI_SVR_CMD_STA_NETWORK_CONNECTION_EVENT后，状态迁移到GetIpState状态，同时ApLinkedState状态处于激活。在GetIpState状态，如果IP地址分配成功，则进入LinkedState。如果分配失败，则回到SeparatedState。

不管是在GetIpState还是在LinkedState，只要收到断开网络请求WIFI_SVR_CMD_STA_DISCONNECT，都由ApLinkedState处理，进入SeparatedState。

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<center>Scan状态机树状图</center>

Scan状态机维护了wifi普通扫描，pno扫描(硬件扫描和软件扫描)的状态及切换过程。

这里对PNO扫描稍加说明，PNO扫描即Preferred Network Offload，用于系统在休眠的时候连接WiFi，当手机休眠时，存在已经保存的网络并且没有连接时，进行PNO扫描，只扫描已保存的网络。PNO模式能让设备在熄屏时通过搜索最近连接过的Wifi网络，从而优先连接至Wifi网络，达到延长续航时间并且减少手机数据流量消耗的目的。

Wifi打开后，启动scanService同时构造scan statemachine并初始化，与sta statemachine相同，scan statemachine按照Scan状态机树状图所示创建状态机各个状态。

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<center>Scan状态机迁移图

scan statemachine初始化时设置状态为InitState，随后发送CMD_SCAN_PREPARE给InitState，进入HardwareReady状态。

处于HardwareReady状态时Native JS调用scan接口进行扫描，HardwareReady会收到CMD_START_COMMON_SCAN消息进入CommonScanning状态，扫描成功、失败或者超时后进入CommonScanUnworked状态，如果这时候再次发起扫描则会回到CommonScanning状态。

处于HardwareReady状态时发起PNO扫描时，首先判断系统是否支持硬件PNO扫描，如果支持，则进入PnoScanHardware状态，向底层下发PNO扫描命令。

在PnoScanHardware状态，如果收到PNO扫描结果通知，并且NeedCommonScanAfterPno为true，则进入CommonScanAfterPno状态，等收到CMD_START_COMMON_SCAN进入CommonScanning，或者收到普通扫描命令，进入HardwareReady状态准备进行普通扫描，否则一直处于PNO硬件扫描状态。

当发起PNO扫描后，如果系统不支持硬件PNO扫描，则进入PnoScanSoftware状态，启动一次软件PNO扫描，进入PnoSwScanning状态，扫描成功或者失败或者超时后进入PnoSwScanFree状态。

在PnoSwScanFree状态，收到CMD_START_COMMON_SCAN命令，则回到HardwareReady状态准备进行一次普通扫描;如果收到PNO扫描命令则回到PnoSwScanning状态。

STA业务代码流程

前面讲过，Native Js发起调用，经过IPC通信，调用到WifiDeviceServiceImpl作为服务端的实现。

Wifi打开流程

OpenHarmony3.1-WIFI子系统之STA模式源码解析

<center>Wifi打开流程时序图

目录：foundation/communication/wifi/services/wifi_standard/wifi_framework/wifi_manage/wifi_device_service_impl.cpp。

ErrCode WifiDeviceServiceImpl::EnableWifi()
{
   ...
    errCode = WIFI_OPT_FAILED;
    do {
        if (WifiServiceManager::GetInstance().CheckAndEnforceService(WIFI_SERVICE_STA) < 0) {//加载STA服务
            break;
        }
        IStaService *pService = WifiServiceManager::GetInstance().GetStaServiceInst();  //构建StaService
        if (pService == nullptr) {
            WIFI_LOGE("Create %{public}s service failed!", WIFI_SERVICE_STA);
            break;
        }
        errCode = pService->RegisterStaServiceCallback(WifiManager::GetInstance().GetStaCallback());  //注册回调函数
        if (errCode != WIFI_OPT_SUCCESS) {
            WIFI_LOGE("Register sta service callback failed!");
            break;
        }

        errCode = pService->EnableWifi();    //打开wifi
        if (errCode != WIFI_OPT_SUCCESS) {
            WIFI_LOGE("service enable sta failed, ret %{public}d!", static_cast<int>(errCode));
            break;
        }
    } while (false);
    ...
    return WIFI_OPT_SUCCESS;
}

这里主要做了四件事情：

  1. 加载STA服务，在WifiServiceManager中根据服务名称WIFI_SERVICE_STA，调用LoadStaService方法加载STA服务。
  2. 构建StaService,获取接口IStaService实例。
  3. 注册回调函数。
  4. 调用StaService打开Wifi。

StaService是Wifi框架层Station服务的主要实现，通过创建StaStateMachine和StaMonitor对Wifi Station命令和事件进行处理。

目录：foundation/communication/wifi/services/wifi_standard/wifi_framework/wifi_manage/wifi_sta/sta_service.cpp。

StaService首先在调用之前，首先会初始化：

ErrCode StaService::InitStaService(const StaServiceCallback &callbacks)
{
    WIFI_LOGI("Enter StaService::InitStaService.n");
    pStaStateMachine = new (std::nothrow) StaStateMachine();     //构造StaStateMachine状态机
    ...
    RegisterStaServiceCallback(callbacks);                      //注册事件回调函数
    
    pStaMonitor = new (std::nothrow) StaMonitor();              //构造StaMonitor并初始化
    ...
    pStaMonitor->SetStateMachine(pStaStateMachine);             
     
    pStaAutoConnectService = new (std::nothrow) StaAutoConnectService(pStaStateMachine); //构造自动连接服务
    ...
    WIFI_LOGI("Init staservice successfully.n");

    return WIFI_OPT_SUCCESS;
}

初始化主要会做四件事：

1.构造StaStateMachine状态机

2.注册回调函数

3.构造StaMonitor

4.构造自动连接服务

这些准备工作做完后，就是真正执行EnableWifi的流程。

ErrCode StaService::EnableWifi() const
{
    WIFI_LOGI("Enter StaService::EnableWifi.n");
    pStaStateMachine->SendMessage(WIFI_SVR_CMD_STA_ENABLE_WIFI, STA_CONNECT_MODE);  //向StaStateMachine发送WIFI_SVR_CMD_STA_ENABLE_WIFI消息
    return WIFI_OPT_SUCCESS;
}

目录：foundation/communication/wifi/services/wifi_standard/wifi_framework/wifi_manage/wifi_sta/sta_state_machine.cpp。

StaStateMachine在初始化时设置初始状态为InitState ，”SetFirstState(pInitState)“，故接收到WIFI_SVR_CMD_STA_ENABLE_WIFI在InitState状态中处理：

bool StaStateMachine::InitState::ExecuteStateMsg(InternalMessage *msg)
{
    if (msg == nullptr) {
        return false;
    }
    bool ret = NOT_EXECUTED;
    switch (msg->GetMessageName()) {
        case WIFI_SVR_CMD_STA_ENABLE_WIFI: {     //StastateMachine接收到WIFI_SVR_CMD_STA_ENABLE_WIFI消息
            ret = EXECUTED;
            pStaStateMachine->operationalMode = msg->GetParam1();
            pStaStateMachine->StartWifiProcess();  //调用StartWifiProcess()方法
            break;
        }
        case WIFI_SVR_CMD_STA_OPERATIONAL_MODE:
            break;
        default:
            LOGI("InitState-msgCode=%d not handled.n", msg->GetMessageName());
            break;
    }
    return ret;
}
void StaStateMachine::StartWifiProcess()
{
    WifiSettings::GetInstance().SetWifiState(static_cast<int>(WifiState::ENABLING));
    staCallback.OnStaOpenRes(OperateResState::OPEN_WIFI_OPENING);
    int res = WifiStaHalInterface::GetInstance().StartWifi();    //调用WifiStaHalInterface的StartWifi()
    //下面是对返回结果的处理
    ...
}

WifiStaHalInterface是框架调用Wifi Hal的接口。

框架与Wifi Hal的通信主要是借助IDL Client组件，采用RPC服务实现其交互。

无论是框架调用Wifi Hal还是Wifi Hal回调消息到框架，都要经过IDL Clinet，从架构图来看，它属于Wifi框架的一部分，我们先来看看它。

IDL客户端初始化：

目录：foundation/communication/wifi/services/wifi_standard/wifi_framework/wifi_manage/idl_client/wifi_base_hal_interface.cpp。

bool WifiBaseHalInterface::InitIdlClient(void)
{
    if (mIdlClient == nullptr) {
        mIdlClient = new (std::nothrow) WifiIdlClient;
    }
    if (mIdlClient == nullptr) {
        LOGE("Failed to create idl client");
        return false;
    }
    if (mIdlClient->InitClient() != 0) {
        LOGE("Failed to init idl client");
        return false;
    }
    return true;
}

复制IDL客户端初始化主要做了两件事：

1.构造WifiIdlClient实例。

2.初始化RPC通信客户端。

int WifiIdlClient::InitClient(void)
{
    const std::string idlSockPath = "/data/misc/wifi/unix_sock.sock";
    pRpcClient = CreateRpcClient(idlSockPath.c_str());
    if (pRpcClient == nullptr) {
        LOGE("init rpc client failed!");
        return -1;
    }
    return 0;
}

有了WifiIdlClient实例，调用其StartWifi()。

目录：foundation/communication/wifi/services/wifi_standard/wifi_framework/wifi_manage/idl_client/wifi_sta_hal_interface.cpp。

WifiErrorNo WifiStaHalInterface::StartWifi(void)
{
    return mIdlClient->StartWifi();
}

通过wifi_idl_client向wifi hal发起RPC调用“Start”。

目录：foundation/communication/wifi/services/wifi_standard/wifi_framework/wifi_manage/idl_client/wifi_idl_client.cpp。

WifiErrorNo WifiIdlClient::StartWifi(void)
{
    CHECK_CLIENT_NOT_NULL;
    return Start();
}

目录：foundation/communication/wifi/services/wifi_standard/wifi_framework/wifi_manage/idl_client/idl_interface/i_wifi.c。

WifiErrorNo Start(void)
{
    RpcClient *client = GetStaRpcClient();
    LockRpcClient(client);
    Context *context = client->context;
    WriteBegin(context, 0);
    WriteFunc(context, "Start");
    WriteEnd(context);
    if (RpcClientCall(client, "Start") != WIFI_IDL_OPT_OK) {
        return WIFI_IDL_OPT_FAILED;
    }
    int result = WIFI_IDL_OPT_FAILED;
    ReadInt(context, &result);
    ReadClientEnd(client);
    UnlockRpcClient(client);
    return result;
}

这里主要操作是获取RPC调用客户端，然后通过RemoteCall(client)方法发起远程调用。

Wifi Hal作为RPC服务端，启动后调用InitRpcFunc初始化RPC函数，然后CreateRpcServer创建RPC服务，最后调用RunRpcLoop循环读取远程调用信息，处理客户端请求。

目录：foundation/communication/wifi/services/wifi_standard/wifi_hal/main.c。

int main(void)
{
    char rpcSockPath[] = "/data/misc/wifi/unix_sock.sock";
    if (access(rpcSockPath, 0) == 0) {
        unlink(rpcSockPath);
    }
    if (InitRpcFunc() < 0) {                            //
        LOGE("Init Rpc Function failed!");
        return -1;
    }
    RpcServer *server = CreateRpcServer(rpcSockPath);  //framework中server.c
    if (server == NULL) {
        LOGE("Create RPC Server by %{public}s failed!", rpcSockPath);
        return -1;
    }
    SetRpcServerInited(server);
    setvbuf(stdout, NULL, _IOLBF, 0);
    signal(SIGINT, SignalExit);
    signal(SIGTERM, SignalExit);
    signal(SIGPIPE, SIG_IGN);

    RunRpcLoop(server);
    /* stop wpa_supplicant, hostapd, and other resources */
    ForceStop();
    StopSoftAp();
    P2pForceStop();
    ReleaseWifiHalVendorInterface();
    /* clear RPC Server */
    SetRpcServerInited(NULL);
    ReleaseRpcServer(server);
    ReleaseRpcFunc();
    LOGI("hal service exists!");
    return 0;
}

InitRpcFunc中Map了“Start”消息的处理函数，PushRpcFunc(“Start”, RpcStart)。

目录：foundation/communication/wifi/services/wifi_standard/wifi_hal/wifi_hal_crpc_server.c。

static int InitRpcFuncMapSta(void)
{
    int ret = 0;
    ret += PushRpcFunc("Start", RpcStart);
    ret += PushRpcFunc("Stop", RpcStop);
    ......
    return ret;
}

根据配对关系调用到RpcStart。

目录：foundation/communication/wifi/services/wifi_standard/wifi_hal/wifi_hal_crpc_sta.c。

int RpcStart(RpcServer *server, Context *context)
{
    if (server == NULL || context == NULL) {
        return -1;
    }
    WifiErrorNo err = Start(); //调用Start方法
    WriteBegin(context, 0);
    WriteInt(context, err);
    WriteEnd(context);
    return 0;
}

调用Start()实际操作实现在wifi_hal_sta_interface的Start函数，调用完成。

目录：foundation/communication/wifi/services/wifi_standard/wifi_hal/wifi_hal_sta_interface.c。

WifiErrorNo Start(void)
{
    LOGD("Ready to start wifi");
    if (StartSupplicant() != WIFI_HAL_SUCCESS) {    //start supplicant
        LOGE("wpa_supplicant start failed!");
        return WIFI_HAL_OPEN_SUPPLICANT_FAILED;
    }
    LOGD("wpa_supplicant start successfully!");

    if (AddWpaIface(0) != WIFI_HAL_SUCCESS) {       //Add a new interface wlan0
        LOGE("Failed to add wpa interface!");
        StopWpaAndWpaHal(0);
        return WIFI_HAL_CONN_SUPPLICANT_FAILED;
    }

    if (ConnectSupplicant() != WIFI_HAL_SUCCESS) { //构造并初始化WifiWpaStaInterface
        LOGE("SupplicantHal connect wpa_supplicant failed!");
        StopWpaAndWpaHal(0);
        return WIFI_HAL_CONN_SUPPLICANT_FAILED;
    }
    LOGD("SupplicantHal connect wpa_supplicant successfully!");
    LOGD("Start wifi successfully");
    return WIFI_HAL_SUCCESS;
}

主要做了三步操作：

start supplicant：

命令：wpa_supplicant -iglan0 -g/data/misc/wifi/sockets。

const char *wpaConf = "/data/misc/wifi/wpa_supplicant/wpa_supplicant.conf";

Add a new interface wlan0：

命令：interface_add wlan0 /data/misc/wifi/wpa_supplicant/wpa_supplicant.conf。

pWpaInterface->wpaCliAddIface(pWpaInterface, &argv)

构造并初始化WifiWpaStaInterface，封装了wpa_supplicant关于STA的操作命令。

WifiWpaStaInterface *pStaIfc = GetWifiStaInterface(0);

以上三步成功后，RPC调用返回WIFI_HAL_SUCCESS，日志会打印”Start wifi successfully”。

StaStateMachine在EnableWifi成功后，设置wifistate为ENABLED并执行OnStaOpenRes回调：

WifiSettings::GetInstance().SetWifiState(static_cast<int>(WifiState::ENABLED));
staCallback.OnStaOpenRes(OperateResState::OPEN_WIFI_SUCCEED);

回调在WifiManager中处理，广播wifi状态改变消息，构造ScanService并初始化，初始化过程做了这几件事：

  1. 构造ScanStateMachine并初始化，调用EnrollScanStatusListener绑定Scan状态上报事件的处理函数。
  2. 构造ScanMonitor并初始化，在初始化函数中调用RegisterSupplicantEventCallback，注册supplicant事件回调。

目录：foundation/communication/wifi/services/wifi_standard/wifi_framework/wifi_manage/wifi_scan/scan_service.cpp。

bool ScanService::InitScanService(const IScanSerivceCallbacks &scanSerivceCallbacks)
{
    WIFI_LOGI("Enter ScanService::InitScanService.n");
     
    mScanSerivceCallbacks = scanSerivceCallbacks;
    //构造ScanStateMachine
    pScanStateMachine = new (std::nothrow) ScanStateMachine();
    if (pScanStateMachine == nullptr) {
        WIFI_LOGE("Alloc pScanStateMachine failed.n");
        return false;
    }
    //初始化ScanStateMachine
    if (!pScanStateMachine->InitScanStateMachine()) {
        WIFI_LOGE("InitScanStateMachine failed.n");
        return false;
    }
    //绑定Scan状态上报事件的处理函数
    if (!pScanStateMachine->EnrollScanStatusListener(
        std::bind(&ScanService::HandleScanStatusReport, this, std::placeholders::_1))) {
        WIFI_LOGE("ScanStateMachine_->EnrollScanStatusListener failed.n");
        return false;
    }
    //构造ScanMonitor
    pScanMonitor = new (std::nothrow) ScanMonitor();
    if (pScanMonitor == nullptr) {
        WIFI_LOGE("Alloc pScanMonitor failed.n");
        return false;
    }
    //初始化ScanMonitor
    if (!pScanMonitor->InitScanMonitor()) {
        WIFI_LOGE("InitScanMonitor failed.n");
        return false;
    }
    //获取支持频段
    if ((WifiStaHalInterface::GetInstance().GetSupportFrequencies(SCAN_BAND_24_GHZ, freqs2G) != WIFI_IDL_OPT_OK) ||
        (WifiStaHalInterface::GetInstance().GetSupportFrequencies(SCAN_BAND_5_GHZ, freqs5G) != WIFI_IDL_OPT_OK) ||
        (WifiStaHalInterface::GetInstance().GetSupportFrequencies(SCAN_BAND_5_GHZ_DFS_ONLY, freqsDfs) !=
        WIFI_IDL_OPT_OK)) {
        WIFI_LOGE("GetSupportFrequencies failed.n");
    }

    pScanMonitor->SetScanStateMachine(pScanStateMachine);
    //向ScanStateMachine发送CMD_SCAN_PREPARE
    pScanStateMachine->SendMessage(static_cast<int>(CMD_SCAN_PREPARE));
    GetScanControlInfo();

    return true;
}

ScanStateMachine初始化状态为InitState,然后接收到CMD_SCAN_PREPARE消息，调用LoadDriver()。

bool ScanStateMachine::InitState::ExecuteStateMsg(InternalMessage *msg)
{   
    ......
    switch (msg->GetMessageName()) {
        case CMD_SCAN_PREPARE:
            LoadDriver();
            return true;

        case CMD_SCAN_FINISH:
            UnLoadDriver();
            return true;
        ......
        default:
            return false;
    }
}
void ScanStateMachine::InitState::LoadDriver()
{
    WIFI_LOGI("Enter ScanStateMachine::LoadDriver.n");
    pScanStateMachine->SwitchState(pScanStateMachine->hardwareReadyState);
    pScanStateMachine->ReportStatusChange(SCAN_STARTED_STATUS);
    WIFI_LOGI("Start Scan Service Success.n");
}

LoadDriver()做了两件事情：

  1. ScanStateMAchine切换状态为为HardwareReadyState。
  2. 上报SCAN_STARTED_STATUS状态。

然后就可以发起扫描的流程了。

扫描流程

OpenHarmony3.1-WIFI子系统之STA模式源码解析

<center>Wifi扫描流程时序图

应用调用Native JS的Scan接口，会通过获取WifiScan实例，调用C++接口，发起IPC通信，通过WifiScanProxy向服务框架发送WIFI_SVR_CMD_FULL_SCAN请求。WifiScanStub作为服务端接收到请求，WifiScanServiceImpl作为服务端的主要实现。

目录：foundation/communication/wifi/services/wifi_standard/wifi_framework/wifi_manage/wifi_scan_service_impl.cpp。

ErrCode WifiScanServiceImpl::Scan()
{
    WIFI_LOGI("Scan");
    .....
    //判断ScanService是否启动    
    if (!IsScanServiceRunning()) {
        return WIFI_OPT_SCAN_NOT_OPENED;
    }
    //获取IScanService实例
    IScanService *pService = WifiServiceManager::GetInstance().GetScanServiceInst();
    if (pService == nullptr) {
        return WIFI_OPT_SCAN_NOT_OPENED;
    }
    return pService->Scan(true);
}

构造ScanService，通过IScanService接口调用其Scan方法：

ErrCode ScanService::Scan(bool externFlag)
{
    WIFI_LOGI("Enter ScanService::Scan.n");
    if (!scanStartedFlag) {
        WIFI_LOGE("Scan service has not started.n");
        return WIFI_OPT_FAILED;
    }
    if (externFlag) {
        ErrCode rlt = ApplyScanPolices(ScanType::SCAN_TYPE_EXTERN);
        if (rlt != WIFI_OPT_SUCCESS) {
            return rlt;
        }
    }    
    ScanConfig scanConfig;
    /*
     * Invoke the interface provided by the configuration center to obtain the
     * hidden network list.
     */
    if (!GetHiddenNetworkSsidList(scanConfig.hiddenNetworkSsid)) {
        WIFI_LOGE("GetHiddenNetworkSsidList failed.n");
    }
    //构造ScanConfig
    scanConfig.scanBand = SCAN_BAND_BOTH_WITH_DFS;
    scanConfig.fullScanFlag = true;
    scanConfig.externFlag = externFlag;
    scanConfig.scanStyle = SCAN_TYPE_HIGH_ACCURACY;
    if (!SingleScan(scanConfig)) {
        WIFI_LOGE("SingleScan failed.n");
        return WIFI_OPT_FAILED;
    }
    return WIFI_OPT_SUCCESS;
}

这里首先构造scanConfig，然后调用SingleScan向ScanStateMachine发送CMD_START_COMMON_SCAN命令并携带scanConfig。

//保存scanConfig
int requestIndex = StoreRequestScanConfig(scanConfig, interConfig);
//生成Message
InternalMessage *interMessage = pScanStateMachine->CreateMessage(static_cast<int>(CMD_START_COMMON_SCAN), requestIndex);
//发送消息
pScanStateMachine->SendMessage(interMessage);

ScanService初始化完成后，ScanStateMachine处于HardwareReady是可以发起扫描的激活状态，

目录：foundation/communication/wifi/services/wifi_standard/wifi_framework/wifi_manage/wifi_scan/scan_state_machine.cpp。

bool ScanStateMachine::HardwareReady::ExecuteStateMsg(InternalMessage *msg)
{
    WIFI_LOGI("ScanStateMachine::HardwareReady::ExecuteStateMsg.n");
    if (msg == nullptr) {
        WIFI_LOGE("msg is null.n");
        return true;
    }
    switch (msg->GetMessageName()) {
        //处理CMD_START_COMMON_SCAN消息  
        case CMD_START_COMMON_SCAN:
            pScanStateMachine->CommonScanRequestProcess(msg);
            return true;
        case CMD_START_PNO_SCAN:
            pScanStateMachine->PnoScanRequestProcess(msg);
            return true;
        default:
            return false;
    }
}

接收CMD_START_COMMON_SCAN并处理，进行获取扫描参数的操作，并校验Scan类型是否合法，之后转换扫描参数，通过RPC调用HAL的scan操作。

WIFI_LOGI("Begin call Scan.n");
WifiErrorNo ret = WifiStaHalInterface::GetInstance().Scan(scanParam);
if ((ret != WIFI_IDL_OPT_OK) && (ret != WIFI_IDL_OPT_SCAN_BUSY)) {
    WIFI_LOGE("WifiStaHalInterface::GetInstance().scan failed.");
    return false;
}
WIFI_LOGI("End call Scan.n");

HAL得到scan配置参数后，通过wpaCliCmdScan向supplicant发送SCAN命令。

目录：foundation/communication/wifi/services/wifi_standard/wifi_hal/wifi_hal_sta_interface.c。

WifiErrorNo StartScan(const ScanSettings *settings)
{
    LOGD("Ready to start scan with param.");
    WifiWpaStaInterface *pStaIfc = GetWifiStaInterface(0);
    if (pStaIfc == NULL) {
        return WIFI_HAL_SUPPLICANT_NOT_INIT;
    }
    int ret = pStaIfc->wpaCliCmdScan(pStaIfc, settings);   //向supplicant发送SCAN命令
    if (ret < 0) {
        LOGE("StartScan failed! ret=%{public}d", ret);
        return WIFI_HAL_FAILED;
    }
    if (ret == WIFI_HAL_SCAN_BUSY) {
        LOGD("StartScan return scan busy");
        return WIFI_HAL_SCAN_BUSY;
    }
    LOGD("StartScan successfully!");
    return WIFI_HAL_SUCCESS;
}

扫描成功，HAL返回WIFI_HAL_SUCCESS。

调用成功StaStateMachine切换状态为CommonScanningState。

扫描结果获取

OpenHarmony3.1-WIFI子系统之STA模式源码解析

<center>扫描结果获取流程时序图

Supplicant执行扫描成功后，调用WifiHalCbNotifyScanEnd(WPA_CB_SCAN_OVER_OK)通知扫描成功。ScanMonitor执行回调，向ScanStateMachine发送SCAN_RESULT_EVENT事件：

void ScanMonitor::SendScanInfoEvent()
{
    pScanStateMachine->SendMessage(static_cast<int>(SCAN_RESULT_EVENT));
    return;
}

ScanStateMachine此时状态为CommonScanning，接收消息并处理，发起RPC远程调用wifi hal获取扫描结果。

case SCAN_RESULT_EVENT:
            pScanStateMachine->CommonScanInfoProcess();
            pScanStateMachine->SwitchState(pScanStateMachine->commonScanUnworkedState); //切换状态为CommonScanUnworkedState
            return true;
void ScanStateMachine::CommonScanInfoProcess()
{
    WIFI_LOGI("Enter ScanStateMachine::CommonScanInfoProcess.n");
    //构造ScanStatusReport
    ScanStatusReport scanStatusReport;
    //获取扫描结果
    if (!GetScanInfos(scanStatusReport.scanInfoList)) {
        WIFI_LOGE("GetScanInfos failed.");
        ReportCommonScanFailedAndClear(true);
        return;
    }
    GetRunningIndexList(scanStatusReport.requestIndexList);
    //设置扫描状态为COMMON_SCAN_SUCCESS
    scanStatusReport.status = COMMON_SCAN_SUCCESS;
    if (scanStatusReportHandler) {
        scanStatusReportHandler(scanStatusReport);
    }
    runningScans.clear();
    return;
}
bool ScanStateMachine::GetScanInfos(std::vector<InterScanInfo> &scanInfos)
{
    WIFI_LOGI("Enter ScanStateMachine::GetScanInfos.n");
    WIFI_LOGI("Begin: QueryScanInfos.");
    //发起RPC远程调用wifi hal获取扫描结果
    if (WifiStaHalInterface::GetInstance().QueryScanInfos(scanInfos) != WIFI_IDL_OPT_OK) {
        WIFI_LOGE("WifiStaHalInterface::GetInstance().GetScanInfos failed.");
        return false;
    }
    WIFI_LOGI("End: QueryScanInfos.");
    GetSecurityTypeAndBand(scanInfos);

    return true;
}

WifiHal返回扫描结果给ScanStateMachine后，ScanStateMachine构造ScanStatusReport，包含scanInfoList和status为COMMON_SCAN_SUCCESS，通过scanStatusReportHandler上报，在ScanService::HandleScanStatusReport中处理。

oid ScanService::HandleScanStatusReport(ScanStatusReport &scanStatusReport)
{
    WIFI_LOGI("Enter ScanService::HandleScanStatusReport.n");
    switch (scanStatusReport.status) {
      ......
        case COMMON_SCAN_SUCCESS: {
            HandleCommonScanInfo(scanStatusReport.requestIndexList, scanStatusReport.scanInfoList);
            break;
        }
      ......
    }
    return;
}

ScanService拿到扫描结果，主要做的事是调用WifiSettings的SaveScanInfoList(filterScanInfo)，将扫描结果保存。

之后，应用调用native js的GetScanInfos接口，通过WifiScanServiceImpl调用WifiSettings的GetScanInfoList获取到保存的扫描结果。

扫描结果中包含的信息如下，一般常用到的信息有：

Bssid – 扫描到的AP的mac地址。

Ssid – 扫描到的AP的标识名称。

Band – 支持频段为2.4G还是5G。

securityType – 安全类型: OPEN/WEP/PSK/SAE。

struct WifiScanInfo {
    std::string bssid;
    std::string ssid;
    /**
     * Network performance, including authentication,
     * key management, and encryption mechanisms
     * supported by the access point
     */
    std::string capabilities;
    int frequency;
    int band;  /* ap band: 1 - 2.4GHZ, 2 - 5GHZ */
    WifiChannelWidth channelWidth;
    int centerFrequency0;
    int centerFrequency1;
    int rssi; /* signal level */
    WifiSecurity securityType;
    std::vector<WifiInfoElem> infoElems;
    int64_t features;
    int64_t timestamp;
}

连接流程

OpenHarmony3.1-WIFI子系统之STA模式源码解析

<center>Wifi连接流程时序图

应用获取到扫描结果后，选择一个Wifi网络进行连接，调用Native Js的connectToDevice接口调用到WifiDevice，然后通过IPC通信，WifiDeviceProxy作为客户端代理发送WIFI_SVR_CMD_CONNECT2_TO消息，WifiDeviceStub作为服务端接收到消息后调用IPC服务的实现类WifiDeviceServiceImpl进行发起连接流程。

目录：foundation/communication/wifi/services/wifi_standard/wifi_framework/wifi_manage/wifi_device_service_impl.cpp。

ErrCode WifiDeviceServiceImpl::ConnectToDevice(const WifiDeviceConfig &config)
{
    ......
    if (!IsStaServiceRunning()) {
        return WIFI_OPT_STA_NOT_OPENED;
    }
    IStaService *pService = WifiServiceManager::GetInstance().GetStaServiceInst();
    if (pService == nullptr) {
        return WIFI_OPT_STA_NOT_OPENED;
    }
    return pService->ConnectToDevice(config);  //调用StaService的ConnectToDevice
}

获取StaService的接口实例，调用其ConnectToDevice方法。

目录：foundation/communication/wifi/services/wifi_standard/wifi_framework/wifi_manage/wifi_sta/sta_service.cpp。

ErrCode StaService::ConnectToDevice(const WifiDeviceConfig &config) const
{
    LOGI("Enter StaService::ConnectToDevice.n");
    int netWorkId = AddDeviceConfig(config);//调用AddDeviceConfig
    if(netWorkId == INVALID_NETWORK_ID) {
        LOGD("StaService::ConnectTo  AddDeviceConfig failed!");
        return WIFI_OPT_FAILED;
    }
    LOGD("StaService::ConnectTo  AddDeviceConfig succeed!");
    pStaStateMachine->SendMessage(WIFI_SVR_CMD_STA_CONNECT_NETWORK, netWorkId, NETWORK_SELECTED_BY_THE_USER);//向StaStateMachine发送WIFI_SVR_CMD_STA_CONNECT_NETWORK消息
    return WIFI_OPT_SUCCESS;
}

StaService首先调用AddDeviceConfig，在这个函数中主要做了两件事：

1).调用GetNextNetworkId，通过HAL向supplicant发送ADD_NETWORK命令，得到netwrok id，保存在WifiDeviceConfig。

2)调用ConvertDeviceCfg，在StaStateMachine中将网络配置参数转换为idl参数，然后调用HAL的SetDeviceConfig函数，向supplicant发送SET_NETWORK命令。

StaService在调用AddDeviceConfig得到networkid并且设置配置参数到supplicant成功后，向StaStateMachine发送“WIFI_SVR_CMD_STA_CONNECT_NETWORK”消息，

目录：foundation/communication/wifi/services/wifi_standard/wifi_framework/wifi_manage/wifi_sta/sta_state_machine.cpp。

StaStateMachine接收WIFI_SVR_CMD_STA_CONNECT_NETWORK消息调用DealConnectToUserSelectedNetwork。

staSmHandleFuncMap[WIFI_SVR_CMD_STA_CONNECT_NETWORK] = &StaStateMachine::DealConnectToUserSelectedNetwork;
void StaStateMachine::DealConnectToUserSelectedNetwork(InternalMessage *msg)
{
    LOGI("enter DealConnectToUserSelectedNetwork.n");
    ...... //一些状态设置
    StartConnectToNetwork(networkId); //开启连接
}

StartConnectToNetwork：

void StaStateMachine::StartConnectToNetwork(int networkId)
{
    targetNetworkId = networkId;   
    SetRandomMac(targetNetworkId); //设置随机Mac
    //EnableNetwork
    if (WifiStaHalInterface::GetInstance().EnableNetwork(targetNetworkId) != WIFI_IDL_OPT_OK) {
        LOGE("EnableNetwork() failed!");
        return;
    }
    //Connect
    if (WifiStaHalInterface::GetInstance().Connect(targetNetworkId) != WIFI_IDL_OPT_OK) {
        LOGE("Connect failed!");
        staCallback.OnStaConnChanged(OperateResState::CONNECT_SELECT_NETWORK_FAILED, linkedInfo);
        return;
    }
    //SaveDeviceConfig
    if (WifiStaHalInterface::GetInstance().SaveDeviceConfig() != WIFI_IDL_OPT_OK) {
        LOGE("SaveDeviceConfig() failed!");
    }

    StopTimer(static_cast<int>(CMD_NETWORK_CONNECT_TIMEOUT));
    StartTimer(static_cast<int>(CMD_NETWORK_CONNECT_TIMEOUT), STA_NETWORK_CONNECTTING_DELAY);
}

这里主要做了三个操作：发起RPC调用EnableNetwork，Connect，SaveDeviceConfig。

目录：foundation/communication/wifi/services/wifi_standard/wifi_hal/wifi_hal_sta_interface.c。

EnableNetwork:

WifiErrorNo EnableNetwork(int networkId)
{
    LOGD("EnableNetwork() networkid [%{public}d]", networkId);
    WifiWpaStaInterface *pStaIfc = GetWifiStaInterface(0);
    if (pStaIfc == NULL) {
        return WIFI_HAL_SUPPLICANT_NOT_INIT;
    }
    int ret = pStaIfc->wpaCliCmdEnableNetwork(pStaIfc, networkId);
    if (ret < 0) {
        LOGE("WpaCliCmdEnableNetwork failed! ret=%{public}d", ret);
        return WIFI_HAL_FAILED;
    }
    return WIFI_HAL_SUCCESS;
}

Connect:

WifiErrorNo Connect(int networkId)
{
    LOGD("Connect() networkid %{public}d", networkId);
    WifiWpaStaInterface *pStaIfc = GetWifiStaInterface(0);
    if (pStaIfc == NULL) {
        return WIFI_HAL_SUPPLICANT_NOT_INIT;
    }
    int ret = pStaIfc->wpaCliCmdSelectNetwork(pStaIfc, networkId);
    if (ret < 0) {
        LOGE("WpaCliCmdSelectNetwork failed! ret=%{public}d", ret);
        return WIFI_HAL_FAILED;
    }
    return WIFI_HAL_SUCCESS;
}

SaveDeviceConfig:

WifiErrorNo SaveNetworkConfig(void)
{
    LOGD("SaveNetworkConfig()");
    WifiWpaStaInterface *pStaIfc = GetWifiStaInterface(0);
    if (pStaIfc == NULL) {
        return WIFI_HAL_SUPPLICANT_NOT_INIT;
    }
    int ret = pStaIfc->wpaCliCmdSaveConfig(pStaIfc);
    if (ret < 0) {
        LOGE("WpaCliCmdSaveConfig failed! ret=%{public}d", ret);
        return WIFI_HAL_FAILED;
    }
    return WIFI_HAL_SUCCESS;
}

这里按调用先后向supplicant发送EnableNetwork、SELECT_NETWORK以及SAVE_CONFIG命令，supplicant根据收到的命令完成AP的连接管理。

Supplicant连接成功后，回送WPA_EVENT_CONNECTED事件，调用WifiHalCbNotifyConnectChanged(WPA_CB_CONNECTED,id,pMacPos)通知连接成功，经过Hal再由StaMonitor的处理回调，发送消息WIFI_SVR_CMD_STA_NETWORK_CONNECTION_EVENT给StaStateMachine，调用DealConnectionEvent方法来处理连接事件，状态机进入getIpState状态，获取ip地址，静态ip或者dhcp动态获取成功后，继续调用StaNetworkCheck检查网络连接状态。

Wifi-STA接口说明及使用

接口说明

WLAN基础功能由@ohos.wifi类提供，其接口(JS接口)说明如下。

表 1 WLAN功能接口(JS接口)。

OpenHarmony3.1-WIFI子系统之STA模式源码解析

OpenHarmony3.1-WIFI子系统之STA模式源码解析

表 1 WLAN事件接口(JS接口)。

OpenHarmony3.1-WIFI子系统之STA模式源码解析

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上一篇 2024年1月17日 下午4:28
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