openvela 网络驱动适配指南
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一、网络驱动简介
openvela 内置了一套轻量级的 TCP/IP 网络协议栈，并提供了一套网络驱动框架。通过该框架，内置的 TCP/IP 协议栈可以与芯片驱动交互，实现网络数据包的收发。
在网络驱动架构中，openvela 提供了通用的 上半部分实现（UpperHalf），厂商只需实现驱动的 下半部分（LowerHalf），即可完成驱动适配工作，从而赋予 openvela 访问互联网的能力。
二、配置说明
openvela 使用 Kconfig 工具进行功能配置。以下是与网络相关的主要配置选项：
1、网络协议栈配置
根据需求启用所需的网络协议：
/* 网络协议栈配置相关，按需启用所需协议 */
CONFIG_NET
CONFIG_NET_TCP
CONFIG_NET_UDP
CONFIG_NET_ICMP
CONFIG_NET_IGMP
CONFIG_NET_IPv4
CONFIG_NET_IPv6
CONFIG_NET_MLD
CONFIG_NET_ROUTE
CONFIG_NET_ETHERNET
2、驱动相关配置
以下选项用于配置网络驱动功能：
/* Driver配置相关 */
CONFIG_NETDEVICES
CONFIG_NETDEV_IOCTL
CONFIG_NETDEV_WIRELESS_HANDLER
三、数据收发流程
1、发送流程
2、接收流程
四、驱动适配接口说明
本节介绍 openvela 网络驱动适配接口的设计与实现，主要基于 nuttx/net/netdev_lowerhalf.h 文件。通过这些接口，开发者可以实现网络设备的驱动适配工作。
1、驱动接口
驱动接口定义
以下是网络设备操作接口的定义，包含设备启动、关闭、数据收发、MAC 地址管理等功能。
struct netdev_ops_s
{
CODE int (*ifup)(FAR struct netdev_lowerhalf_s *dev);
CODE int (*ifdown)(FAR struct netdev_lowerhalf_s *dev);
CODE int (*transmit)(FAR struct netdev_lowerhalf_s *dev, FAR netpkt_t *pkt);
CODE FAR netpkt_t (*receive)(FAR struct netdev_lowerhalf_s *dev);
CODE int (*addmac)(FAR struct netdev_lowerhalf_s *dev, FAR const uint8_t *mac);
CODE int (*rmmac)(FAR struct netdev_lowerhalf_s *dev, FAR const uint8_t *mac);
CODE int (*ioctl)(FAR struct netdev_lowerhalf_s *dev, int cmd, unsigned long arg);
CODE void (*reclaim)(FAR struct netdev_lowerhalf_s *dev);
}
无线网络操作接口
无线网络设备的操作接口定义如下，支持无线网络的连接、断开以及相关参数的读写操作。
struct wireless_ops_s
{
CODE int (*connect)(FAR struct netdev_lowerhalf_s *dev);
CODE int (*disconnect)(FAR struct netdev_lowerhalf_s *dev);
iw_handler_rw essid;
iw_handler_rw bssid;
iw_handler_rw passwd;
iw_handler_rw mode;
iw_handler_rw auth;
iw_handler_rw freq;
iw_handler_rw bitrate;
iw_handler_rw txpower;
iw_handler_rw country;
iw_handler_rw sensitivity;
iw_handler_rw scan;
iw_handler_ro range;
};
网络设备结构体
网络设备的核心结构体 netdev_lowerhalf_s 定义如下：
struct netdev_lowerhalf_s
{
FAR const struct netdev_ops_s *ops;
FAR const struct wireless_ops_s *iw_ops;
atomic_int quota[NETPKT_TYPENUM]; /* Max # of buffer held by driver */
...
};
驱动适配 API
以下是网络设备适配的主要 API：
int netdev_lower_register(FAR struct netdev_lowerhalf_s *dev,
enum net_lltype_e lltype);
int netdev_lower_unregister(FAR struct netdev_lowerhalf_s *dev);
void netdev_lower_carrier_on(FAR struct netdev_lowerhalf_s *dev);
void netdev_lower_carrier_off(FAR struct netdev_lowerhalf_s *dev);
void netdev_lower_rxready(FAR struct netdev_lowerhalf_s *dev);
void netdev_lower_txdone(FAR struct netdev_lowerhalf_s *dev);
网络设备操作说明
以下是网络设备操作的 API 说明：
- ifup()：启动网络设备。
- ifdown()：关闭网络设备。
- transmit()：通知驱动可以发送数据包，驱动返回发送结果。
- receive()：从驱动获取接收到的数据包，驱动返回接收结果（报文）。
- addmac()（可选）：向网络设备添加接收组播的 MAC 地址。如果设备不涉及 MAC 地址过滤，可不实现。
- rmmac()（可选）：从网络设备移除接收组播的 MAC 地址。如果设备不涉及 MAC 地址过滤，可不实现。
- ioctl()（可选）：实现其他控制命令，主要用于无线网络相关命令（与 wireless_ops_s 二选一实现即可）。
- reclaim()（可选）：用于资源回收。当发送缓冲区（TX Quota）耗尽时，上层会调用该接口。主要用于辅助设备的轮询模式资源回收。如果设备能及时释放缓冲区并调用 TX Done，则无需实现。
2、NetPKT 接口
NetPKT 是 transmit 和 receive 接口与上层交换网络报文使用的数据结构。本节将介绍 NetPKT 的相关接口及其使用方法。
NetPKT Buffer 结构
- reserved：保留字段，可能被驱动使用。
- base：Buffer 的起始地址。
- data：数据的起始地址。
- free：Buffer 的空闲部分。
- datalen：当前数据的长度。
- data end：Buffer 的结束地址。
- next：指向下一个 Buffer 的指针（用于链式结构）。
Buffer 接口
以下是与 NetPKT Buffer 操作相关的接口定义：
#define NETPKT_BUFLEN 1518 /* 不同产品上配置不同，128 ~ 1600 均有可能 */
enum netpkt_type_e
{
NETPKT_TX,
NETPKT_RX,
NETPKT_TYPENUM
};
FAR netpkt_t *netpkt_alloc(FAR struct netdev_lowerhalf_s *dev,
enum netpkt_type_e type);
void netpkt_free(FAR struct netdev_lowerhalf_s *dev, FAR netpkt_t *pkt,
enum netpkt_type_e type);
/* 与pkt buffer互相copy数据，任何场景可用，无需关心内部buffer结构 */
int netpkt_copyin(FAR struct netdev_lowerhalf_s *dev, FAR netpkt_t *pkt,
FAR const uint8_t *src, unsigned int len, int offset);
int netpkt_copyout(FAR struct netdev_lowerhalf_s *dev, FAR uint8_t *dest,
FAR const netpkt_t *pkt, unsigned int len, int offset);
/* 直接获取buffer中的地址，直接操作单个连续buffer（用来减少一次copy）时使用 */
FAR uint8_t *netpkt_getdata(FAR struct netdev_lowerhalf_s *dev,
FAR netpkt_t *pkt);
FAR uint8_t *netpkt_getbase(FAR netpkt_t *pkt);
/* 当前data长度 */
void netpkt_setdatalen(FAR struct netdev_lowerhalf_s *dev,
FAR netpkt_t *pkt, unsigned int len);
unsigned int netpkt_getdatalen(FAR struct netdev_lowerhalf_s *dev,
FAR netpkt_t *pkt);
/* 重设data起始点 */
void netpkt_reset_reserved(FAR struct netdev_lowerhalf_s *dev,
FAR netpkt_t *pkt, unsigned int len);
/* 判断是否连续（数据在一个还是多个buffer里） */
bool netpkt_is_fragmented(FAR netpkt_t *pkt);
TX Buffer 布局
在 openvela 的网络驱动中，TX Buffer（Transmit Buffer，发送缓冲区）用于存储即将发送的数据。以下是 TX Buffer 的布局结构及相关说明。
以下是 TX Buffer 的布局结构：
- reserved：保留字段，可能被驱动使用。
- tx data：发送数据的起始地址。
- base：Buffer 的起始地址。
- data：数据的起始地址。
- free：Buffer 的空闲部分。
- datalen：当前数据的长度。
- data end：Buffer 的结束地址。
说明：TX_RESERVED = LL_GUARDSIZE - LL_HDRLEN
RX Buffer 布局
在 openvela 的网络驱动中，RX Buffer（Receive Buffer，接收缓冲区）用于存储接收到的数据。以下是 RX Buffer 的布局结构及相关说明。
以下是 RX Buffer 的布局结构：
- rx head：接收数据的头部信息。
- rx data：接收数据的起始地址。
- base：Buffer 的起始地址。
- data：数据的起始地址。
- free：Buffer 的空闲部分。
- datalen：当前数据的长度。
- data end：Buffer 的结束地址。
- reserved：保留字段。
3、其他接口
-
wdog：
- 内核实现的定时操作机制，可用于定时回调某函数。例如，定时任务的执行。
- 参考文档：System Time and Clock — NuttX latest documentation (apache.org)
-
work_queue： 内核利用独立线程实现的异步执行机制，与 Linux 的工作队列类似，可用于任务的异步处理。例如：
- 网络数据包的收发处理
- 中断的下半部处理
-
ninfo，nwarn，nerr： 用于打印不同等级的日志（Log），便于调试网络模块。 打开网络模块的日志功能需要启用以下配置选项：
CONFIG_DEBUG_NET CONFIG_DEBUG_NET_ERROR CONFIG_DEBUG_WARN CONFIG_DEBUG_NET_WARN CONFIG_DEBUG_INFO CONFIG_DEBUG_NET_INFO
五、驱动实现
本节介绍 Openvela 驱动实现的关键部分，包括驱动数据结构、网络数据包发送和接收的实现方法。示例代码基于 arch/sim/src/sim/sim_netdriver.c。
1、驱动数据结构
以下是驱动数据结构的定义和初始化方法：
struct <chip>_priv_s
{
/* This holds the information visible to the Vela network */
struct netdev_lowerhalf_s dev;
...
};
static const struct netdev_ops_s g_ops =
{
.ifup = <chip>_ifup,
.ifdown = <chip>_ifdown,
.transmit = <chip>_transmit,
.receive = <chip>_receive,
.addmac = <chip>_addmac,
.rmmac = <chip>_rmmac,
.ioctl = <chip>_ioctl,
.reclaim = <chip>_reclaim
};
/* Wi-Fi 驱动注册函数可以按照如下方式实现，<chip>指芯片名称
* netdev_lower_register() 为vela提供的网络设备接口，用于注册网络设备驱动
*/
int <chip>_netdev_init(FAR struct <chip>_priv_s *priv)
{
FAR struct netdev_lowerhalf_s *dev = &priv->dev;
dev->ops = &g_ops;
/* 当前驱动最多可以同时持有的buffer数
* 发送：每当上层transmit交给驱动一个pkt时，相当于驱动持有了一个pkt，会减少tx配额。
* tx配额用完时，上层不会再调用transmit，驱动通过netpkt_free释放pkt后配额恢复，transmit继续
* 接收：每当驱动通过netpkt_alloc获取pkt时，相当于驱动持有了一个pkt，会减少rx配额。
* rx配额用完后，netpkt_alloc会失败，通过receive接口向上层提交pkt即可恢复配额
* （可以通过调用netdev_lower_rxready触发receive）
* 如果驱动对每个包都单独处理（使用后立即释放），可以设置为1
*/
dev->quota[NETPKT_TX] = 1;
dev->quota[NETPKT_RX] = 1;
return netdev_lower_register(dev, NET_LL_ETHERNET);
}
2、网络数据包发送
数据发送流程
- 上半部分（Upper Half）：调用 transmit 接口发送数据包。
- 下半部分（Lower Half）：驱动处理数据包并完成发送。
- 发送完成通知：通过 txdone 通知上层发送完成。
数据发送代码示例
struct <chip>_txhead_s; /* 假定硬件在数据前需要一些头部 */
static int <chip>_transmit(FAR struct netdev_lowerhalf_s *dev, FAR netpkt_t *pkt)
{
FAR struct <chip>_priv_s *priv = (FAR struct <chip>_priv_s *)dev;
unsigned int len = netpkt_getdatalen(dev, pkt);
if (netpkt_is_fragmented(pkt))
{
/* 内存不连续，需要用Copy出来的方式，直接向devbuf中copy L2数据 */
uint8_t devbuf[1600];
netpkt_copyout(dev, devbuf + sizeof(struct <chip>_txhead_s), pkt, len, 0);
/* Transmit */
}
else
{
/* 内存连续情况下也可以直接使用buffer（可选，可以一直用上面的分支copy） */
FAR uint8_t *databuf = netpkt_getdata(dev, pkt);
FAR uint8_t *devbuf = databuf - sizeof(struct <chip>_txhead_s);
/* 检查是否越界 或 不符合硬件对齐要求（取决于网卡硬件要求，可省略） */
if (devbuf < netpkt_getbase(pkt) || check_align(devbuf) != OK)
{
/* Fail or fallback to copyout */
}
/* Transmit */
}
return OK;
}
static void <chip>_txdone_interrupt(FAR struct <chip>_priv_s *priv)
{
FAR struct netdev_lowerhalf_s *dev = &priv->dev;
/* 驱动进行一些处理（如果需要） */
/* 释放buffer并通知上层 */
netpkt_free(dev, pkt, NETPKT_TX);
netdev_lower_txdone(dev);
}3、网络数据包接收
本节介绍网络数据包接收的实现流程，包括中断处理和数据包接收的具体实现。
struct <chip>_rxhead_s;
/* 中断处理 */
static void <chip>_rxready_interrupt(FAR struct <chip>_priv_s *priv)
{
FAR struct netdev_lowerhalf_s *dev = &priv->dev;
netdev_lower_rxready(dev);
}
/* 数据包接收 */
static FAR netpkt_t *<chip>_receive(FAR struct netdev_lowerhalf_s *dev)
{
/* 也可以提前申请pkt，提前收完数据再调用rxready并通过receive返回 */
FAR netpkt_t *pkt = netpkt_alloc(dev, NETPKT_RX);
if (pkt)
{
#if NETPKT_BUFLEN < 15xx
uint8_t devbuf[1600];
/* 从src进行copy的方式，len对应L2的完整数据长度 */
len = receive_data_into(devbuf);
netpkt_copyin(dev, pkt, devbuf + sizeof(struct <chip>_rxhead_s), len, 0);
#else
/* 直接写入pkt对应buffer的方式，len对应L2的完整数据长度 */
len = receive_data_into(netpkt_getbase(pkt));
netpkt_resetreserved(&priv->dev, pkt, sizeof(struct <chip>_rxhead_s));
netpkt_setdatalen(&priv->dev, pkt, len);
#endif
}
return pkt;
}
4、WAPI 命令对接
WAPI（Wireless Application Protocol Interface） 命令依赖驱动的 ioctl() 接口实现。上层通过 WAPI 命令设置或获取 Wi-Fi 参数，控制 Wi-Fi 的行为。常用功能已被抽象为接口，在初始化时将其设置到 dev->iw_ops 即可。
WAPI 接口定义
typedef int (*iw_handler_rw)(FAR struct netdev_lowerhalf_s *dev,
FAR struct iwreq *iwr, bool set);
typedef int (*iw_handler_ro)(FAR struct netdev_lowerhalf_s *dev,
FAR struct iwreq *iwr);
struct wireless_ops_s
{
/* Connect / disconnect operation, should exist if essid or bssid exists */
int (*connect)(FAR struct netdev_lowerhalf_s *dev);
int (*disconnect)(FAR struct netdev_lowerhalf_s *dev);
/* The following attributes need both set and get. */
iw_handler_rw essid;
iw_handler_rw bssid;
iw_handler_rw passwd;
iw_handler_rw mode;
iw_handler_rw auth;
iw_handler_rw freq;
iw_handler_rw bitrate;
iw_handler_rw txpower;
iw_handler_rw country;
iw_handler_rw sensitivity;
/* Scan operation: start scan (set=1) / get scan result (set=0). */
iw_handler_rw scan;
/* Get-only attributes. */
iw_handler_ro range;
};说明：
- 驱动需要完成列表中所有 WAPI 命令的适配，完成上述接口后，WAPI 命令即可用于验证。
WAPI 命令列表
| 序号 | Item | Usage | Results |
|---|---|---|---|
| 1 | Show info | wapi show <ifname> | 打印当前 <ifname> 对应网卡的相关信息。 |
| 2 | Scan | wapi scan <ifname> | 打印扫描到的 AP 信息。 |
| 3 | Scan SSID | wapi scan <ifname> <essid> | 打印指定 ESSID 的扫描信息。 |
| 4 | Set channel or frequency | wapi freq <ifname> <frequency/channel> <index/flag> | 在多个相同 SSID 但频道（Channel）不同的场景下，指定频道。 |
| 5 | Set ESSID | wapi essid <ifname> <essid> <index/flag> | 设置 ESSID 并完成配网操作。 Flag 说明： 0：断开连接 1：连接 2：设置 ESSID，但暂不连接，待设置 BSSID 后连接。 |
| 6 | Set PSK | wapi psk <ifname> <passphrase> <index/flag> | 设置 AP 密码及加密类型（开放网络无需此命令）。 Flag 说明： 1：WEP 2：TKIP 3：CCMP |
| 7 | Disconnect | wapi disconnect <ifname> | 断开当前无线连接（STA/AP 模式），断开后网络通信将中断。 |
| 8 | Set mode (STA/AP) | wapi mode <ifname> <index/mode> | 设置无线网络的工作模式。 Mode 说明： 2：STA 模式 3：AP 模式 |
| 9 | Set BSSID | wapi ap <ifname> <``MAC`` address> | 指定 BSSID（基本服务集标识符）连接，防止路由 AP 修改 ESSID。 |
| 10 | Save config to wapi.conf | wapi save_config <ifname> | 保存当前联网信息到 /data/wapi.conf 文件。 |
| 11 | Reconnect from wapi.conf | wapi reconnect <ifname> | 从 /data/wapi.conf 加载配置并重新联网。 |
| 12 | Set Country Code | wapi country <ifname> <country code> | 设置国家码。 |
| 13 | Sensitivity(RSSI) | wapi sense <ifname> | 获取当前连接的信号强度（RSSI，接收信号强度指示）。 |
WAPI 命令使用示例
以下是 WAPI 命令的常见使用场景：
AP 模式
wapi disconnect wlan0
ifup wlan0
wapi mode wlan0 3
wapi psk wlan0 <psk> 3
wapi essid wlan0 <ssid> 1
dhcpd wlan0 &STA 模式
-
通过 ESSID 连接：
ifup wlan0 wapi mode wlan0 2 wapi psk wlan0 <psk> 3 wapi freq wlan0 1 1 wapi essid wlan0 <ssid> 1 renew wlan0 -
通过 BSSID 连接：
ifup wlan0 wapi mode wlan0 2 wapi psk wlan0 <psk> 3 wapi freq wlan0 1 1 wapi ap wlan0 <bssid> renew wlan0
配置保存与加载
wapi save_config wlan0 # 保存当前配置到 wapi.conf
wapi reconnect wlan0 # 从 wapi.conf 加载配置并重新联网5、如何实现双网卡（AP/STA）
在 openvela 的 Wi-Fi 框架中，支持 AP（Access Point，接入点） 和 STA（Station，站点） 模式的共存。通过在驱动初始化阶段枚举两个网卡实例（如 wlan0 和 wlan1），可以分别固定为 STA 模式和 AP 模式。
双网卡模式的功能说明
- 双重功能支持： 模组既可以连接到环境中的无线热点（STA 模式），又可以允许外部无线终端接入（AP 模式）。
- DHCP 功能支持：
- 在 wlan0 接口上支持 DHCP Client 功能，从外部无线热点动态获取 IP 地址。
- 在 wlan1 接口上支持 DHCP Server 功能，为外部无线终端动态分配 IP 地址。
- 接口独立性： STA 和 AP 两个网络接口独立工作，互不干扰：
- 一个接口的 UP/DOWN 状态发生变化时，另一个接口不受影响。
- 一个接口上有 Wi-Fi 连接建立或释放时，另一个接口上的 Wi-Fi 连接不受影响。
驱动实现注意事项
- 弃用方法：
- WAPI_ESSID_DELAY_ON 方式已经弃用。
- 新的连接逻辑：
- 设置 AP 的 MAC 地址时，如果没有设置过 ESSID（扩展服务集标识符），则不会触发任何动作。
- 当设置 ESSID 时，会触发连接操作。
- 如果之前已经设置过 ESSID，再设置 AP 的 MAC 地址时，也会触发新的连接。
参考实现代码
以下是 Linux 中相关实现的参考代码链接：
- wext-sme.c（具体实现）
- wext-compat.c（兼容性实现）
六、测试工具
openvela 提供了多个网络测试工具，用于驱动移植和网络吞吐量（Throughput）调试。以下是相关工具的说明和用法。
1、ping (Packet Internet Groper)
功能说明
- ping 的作用：用于测试网络连通性和响应时间。
- 配置启用：通过配置 CONFIG_NETUTILS_PING 选项可以启用 ping 功能。
使用方法
Usage: ping [-c <count>] [-i <interval>] [-W <timeout>] [-s <size>] <hostname>
ping -h
Where:
<hostname> is either an IPv4 address or the name of the remote host
that is requested the ICMPv4 ECHO reply.
-c <count> determines the number of pings. Default 10.
-i <interval> is the default delay between pings (milliseconds).
Default 1000.
-W <timeout> is the timeout for wait response (milliseconds).
Default 1000.
-s <size> specifies the number of data bytes to be sent. Default 56.
-h shows this text and exits.
> r //此命令表示每个包携带1400字节数据以100毫秒的间隔给 www.xiaomi.com 发送50次，等待response的超时时间为200毫秒2、iperf2/3
有关 iperf2 和 iperf3 的详细使用说明，请参考以下文档：
3、tcpdump
有关 tcpdump 的详细使用说明，请参考以下文档：
openvela 操作系统专为 AIoT 领域量身定制，以轻量化、标准兼容、安全性和高度可扩展性为核心特点。openvela 以其卓越的技术优势，已成为众多物联网设备和 AI 硬件的技术首选，涵盖了智能手表、运动手环、智能音箱、耳机、智能家居设备以及机器人等多个领域。
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