Android Wi-Fi工作原理
刘 洋
第一部分  Android概述
    在介绍Wi-Fi之前，先简要介绍一下Android系统，主要分析一下Android的按层实现的原理。Android层次结构是整个Android体系中所有应用实现的基础框架，而Android源代码结构则与Wi-Fi的实现细节有关。
1.1  基础知识
    Android是一款当前最为流行的手机操作系统，它本身的开放性加上Google公司的大力推广，使其获得了大量手机生产厂商、科研院校、软件公司以及个人开发者的青睐，它属于一个全开放的平台，因此开发者可以得到整个系统的源代码，并能对其进行修改，修改的结果可以通过互联网上传到Android，倘若被审核通过，就能加入到Android的源代码中，这绝对是一件令人兴奋的事情。
1.2  Android层次结构
Android系统是在Linux系统的基础上，经过了层层封装，最终提供给开发者的是大量的Java API，在这里被叫做Android API，于是，开发者就可以像开发一般的Java程序那样开发Android应用程序，这样的设计不仅降低了开发Android应用程序的难度，还增加了Android系统的界面友好度。
    和一般的操作系统一样，Android也是对硬件进行了多层的封装，使得应用程序的开发者和用户能轻松地操作硬件，完成他们所希望完成的事情。Android所针对的硬件就是手机，这里主要指智能手机，这种智能手机与传统的手机相比电话功能被弱化，而更偏向于一台笔记本电脑，因此它的CPU、内存等硬件配置要比传统的手机高。它需要提供给用户一些电脑所拥有的功能，比如说Wi-Fi上网、鼠标或触屏控制的界面、收发、玩大型游戏等，但同时又必须拥有传统手机所支持的电话、摄像头、蓝牙等功，这些挑战都增加了Android的设计难度。
    Android从下至上可以分为这样几个层次：
（1）Linux内核及驱动层（C实现）；
    （2）本地库（C库和C++库）和Java运行时环境层（主要由C、C++实现）；
    （3）Java框架层（主要由Java实现）；
    （4）Java应用程序层（Java实现）。
第3层和第4层之间就是上文所说的Android API，这也是Android提供给应用程序开发人员的接口，我们只要熟悉了这些API，就可以进行Android应用程序的开发工作了。
Android手机中所有的额应用程序，包括核心应用程序和用户开发的应用程序，它们都属于第4层次，用户可以得到系统自带的所有程序的源代码，比如初始界面管理程序、短信程序、日历、联系人管理程序等，并能随意修改这些程序，甚至还可以删除其中的一两个，然后重新编译源代码，这样便生成了自己定制的Android系统。
1.3  Android源代码结构
虽然只看API就可以编写Android的应用程序了，但是无论对Android系统的研究人员还是应用程序的开发者来说，Android的源代码都是一笔值得好好研究的财富。
Android的源代码可以从其上下载到，在此之前，本机上需要装Linux系统，然后根
据上的步骤逐步执行，包括初始化系统环境、下载源码、编译源码，就可以在本机上下载并编译整个Android系统的源代码。讲述如何下载并编译Android源代码的地址如下：source.android/source/initializing.html。
纵观整个Android源码的结构，在其根目录下有大约10多个文件夹，其中可以大致分为以下三部分：
（1）关键部分
这部分的实现代码位于根目录下除了external和package之外的所有文件夹中，这些代码实现了Linux内核 (kernel文件夹)、核心驱动、Android驱动、Android系统的建立 (build文件夹)、Dalvik虚拟机 (dalvik文件夹)、C和C++本地库 (bionic文件夹)、硬件抽象、无线硬件接口 (hardware/ril文件夹)、Java运行环境的支持等功能，是整个Android系统的启动和运行所必须的。
（2）扩展部分
这部分的实现代码位于external文件夹中，这里边存放着许多其他开源项目，这些项目都已
经过修改而融入到Android系统中。
（3）应用程序包
这部分代码位于package文件夹中，由应用程序（apps）、提供器（providers）、输入法（input methods）三部分组成。
tablet monitor驱动程序Android手机自带的应用程序就位于./package/apps中，这里有Browser（浏览器）,  AlarmClock（闹钟）, Camera（照相机）, Contacts（联系人）, Settings（设置）, Launcher（初始界面）等，还有一些，在此不再一一罗列。
第二部分  Wi-Fi层次结构
    Android中Wi-Fi驱动程序被编译成内核的模块，通过应用程序设置开关进行加载和卸载，具体来说就是Settings --> Wireless & networks --> Wi-Fi。同时，要使Wi-Fi正常工作，驱动中还需要实现烧写固件程序和配置信息到Wi-Fi的芯片中。
2.1  Wi-Fi程序模块
    在Android的源代码中，有多处地方涉及到Wi-Fi，跨越了前文中所说的1、2、3、4层。下面介绍几个与实现Wi-Fi功能密切相关的程序模块。
2.1.1  开源库wpa_supplicant
它是一个开源的库，加入到Android源码中，经过修改后成为Android实现Wi-Fi功能的基础。它的代码位于./external/wpa_supplicant文件夹中，主要用C和C++写成，实现了从上层接到命令后，发送给硬件驱动程序，接着操作硬件完成需要的操作，这里是通过socket来与硬件驱动进行通信的。下图2-1是wpa_supplicant的框架图。
图2-1  wpa_supplicant开源项目框架图
2.1.2  硬件驱动程序
前文所说的wpa_supplicant与之通信的硬件驱动的代码位于./hardware/libhardware_legacy/wifi/wifi.c中。

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