openwifi

openwifi: 基于SDR（软件定义无线电）的Linux mac80211兼容全栈IEEE802.11/Wi-Fi设计。

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本仓库包含Linux驱动和软件。openwifi-hw仓库包含FPGA设计。您有责任遵守当地频谱法规或使用有线连接以避免潜在的无线干扰。

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Openwifi代码采用双重许可。AGPLv3是开源许可。非开源和高级功能许可请联系Filip.Louagie@UGent.be。Openwifi项目还利用了一些第三方模块。用户有责任根据使用目的/用途检查并遵守这些模块的许可。您可以查看Analog Devices的示例说明了解这些复合许可条件。[如何贡献]。

特性：

• 802.11a/g/n [IEEE 802.11n (Wi-Fi 4)]
• 20MHz带宽；70 MHz到6 GHz频率范围
• 已测试模式：Ad-hoc；Station; AP，Monitor
• DCF (CSMA/CA) 低MAC层在FPGA中实现（实现10us SIFS）
• 802.11数据包注入和模糊测试
• CSI：信道状态信息、频偏、均衡器传输到计算机
• CSI模糊器：在WiFi发射机中创建人工信道响应
• CSI雷达：移动检测。联合雷达和通信
• [IQ捕获]：实时AGC、RSSI、IQ采样传输到计算机。[双天线版本]
• 可配置信道接入优先级参数：
  • CCA阈值、接收器灵敏度等
  • RTS/CTS、CTS-to-self的持续时间
  • SIFS/DIFS/xIFS/时隙时间/CW等
• 基于MAC地址的时间切片（时间门控/调度的FPGA队列）
• 轻松更改带宽和频率：
  • 亚GHz频段的802.11ah使用2MHz
  • 5.9GHz的802.11p/车载使用10MHz
• 802.11ax正在开发中

性能（最佳情况：聚合/AMPDU开启）：

• iperf：TCP 40~50Mbps；UDP 50Mbps
• EVM -38dB；MCS0灵敏度-92dBm；MCS7 -73dBm。（FMCOMMS2 2.4GHz；有线和OTA测试）

支持的SDR平台：

• 如果您的新开发板不在列表中，请查看移植指南。
• 开发板名称用于识别openwifi-hw/boards/中的FPGA设计和openwifi-hw-img/boards中的FPGA镜像。
• 没有任何开发板？或者您更喜欢JTAG启动而不是SD卡？请查看我们的测试平台w-iLab.t教程。

[下载镜像和快速开始] [基本操作] [更新FPGA] [更新驱动程序] [更新sdrctl] [便捷访问等]

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下载镜像和快速开始

• 下载 openwifi 镜像，解压后烧录到 SD 卡（>=16GB）。完成后，SD 卡应有两个分区:BOOT 和 rootfs。可以使用 SD 卡工具软件（如 Ubuntu 中的 Startup Disk Creator）或 dd 命令刷写 SD 卡:

  sudo dd bs=512 count=31116288 if=openwifi-xyz.img of=/dev/your_sdcard_dev
  （为确保 count 值正确，最好用 "fdisk -l img_filename" 检查 .img 文件的实际情况）
  

• 根据你的开发板型号，在电脑上正确配置 BOOT 分区中的文件:

  • 将 BOOT/openwifi/board_name 中的文件复制到 BOOT 分区的根目录。
  • 删除 rootfs/root/kernel_modules 目录（如果存在）。
  • 删除 rootfs/etc/network/interfaces.new 目录（如果存在）。

• 将 SD 卡插入开发板。将开发板设置为从 SD 卡启动模式。连接天线。开机。

• 从你的电脑（电脑以太网 IP 应为 192.168.10.1）登录开发板，密码为 openwifi。

  ssh root@192.168.10.122
  

• 如果登录失败，请查看已知问题

• 然后，运行 openwifi AP 和板载 Web 服务器

  raspi-config --expand-rootfs （仅当 SD 卡 > 16GB 时需要。运行后重启）
  ./openwifi/setup_once.sh （重启开发板。新开发板只需运行一次）
  cd openwifi
  ./wgd.sh
  ./fosdem.sh
  （使用 "./wgd.sh 1" 可在 11n 基础上启用实验性的 AMPDU 聚合）
  （使用 "./fosdem-11ag.sh" 可强制使用 11a/g 模式）
  

  注意 adrv9361z7035 在 5GHz 下发射功率极低。使用该开发板在 5GHz 下时请靠近！！！

• 当你的设备（手机/笔记本等）看到 "openwifi" SSID 后，连接它（如果没有自动获取到 192.168.13.* 的 IP，请查看已知问题。在设备上浏览 192.168.13.1，你应该能看到开发板上 Web 服务器托管的网页。

  • 注 1：如果你的设备不支持 5GHz（ch44），请修改开发板上的 hostapd-openwifi.conf 并重新运行 fosdem.sh。
  • 注 2：约 2 小时后，维特比解码器会停止（Xilinx 评估许可）。只需重新加载 FPGA（方法）或简单地重启开发板即可。（如果 "./sdrctl dev sdr0 get reg rx 20" 的输出始终相同，则表示解码器已停止）

• 要给 Wi-Fi 客户端提供互联网访问，请在电脑上配置路由/NAT：

  sudo sysctl -w net.ipv4.ip_forward=1
  sudo iptables -t nat -A POSTROUTING -o NICY -j MASQUERADE
  sudo ip route add 192.168.13.0/24 via 192.168.10.122 dev ethX
  

  ethX 是连接开发板以太网的电脑网卡名。NICY 是连接互联网的电脑网卡名（Wi-Fi 或另一个以太网）。

  如果需要，可以在 /etc/sysctl.conf 中取消注释 "net.ipv4.ip_forward=1" 以使 IP 转发在电脑上持久化。

• 要监控实时 CSI（芯片状态信息），如时间戳、频率偏移、信道状态、均衡器等，请参考 CSI 说明。

基本操作

该开发板实际上是一台 Linux/Ubuntu 计算机，运行 hostapd 通过 Wi-Fi 网络接口（NIC）提供 Wi-Fi AP 功能。该 NIC 由 openwifi-hw FPGA 设计实现。我们使用术语**"开发板上"表示命令应在 ssh 登录开发板后执行。"电脑上"**表示命令应在电脑上运行。

• 启动 openwifi NIC sdr0：

  cd ~/openwifi && ./wgd.sh
  （使用 "./wgd.sh 1" 可启用实验性的 AMPDU 聚合）
  

• 使用 openwifi 作为客户端连接其他 AP（首先修改开发板上的 wpa-connect.conf）：

  route del default gw 192.168.10.1
  wpa_supplicant -i sdr0 -c wpa-connect.conf &
  dhclient sdr0
  

• 在 ad-hoc 模式下使用 openwifi：请查看 sdr-ad-hoc-up.sh、sdr-ad-hoc-join.sh 和此应用说明。
• 在监听模式下使用 openwifi：请查看 monitor_ch.sh 和此应用说明。
• Linux 原生 Wi-Fi 工具/应用（iwconfig/ifconfig/iwlist/iw/hostapd/wpa_supplicant 等）可以像使用商业 Wi-Fi 芯片一样在 openwifi NIC 上运行。
• sdrctl 是一个专门用于访问 openwifi 驱动程序/FPGA 的工具，更多信息请查看项目文档。

更新 FPGA

由于预构建的 SD 卡镜像可能没有最新的错误修复/更新，建议始终将 user_space 目录中的最新文件复制到开发板上。然后按照此应用说明的快速开始部分更新 FPGA 和驱动程序。以下说明与之相同，但提供了额外的环境设置信息。

（查看驱动程序和 FPGA 动态重载应用说明以更好地理解如何在不重启/断电的情况下更新 FPGA 和驱动程序文件）

• 安装Vivado 2021.1。确保同时安装Vitis。你应该有这个目录:your_Xilinx_install_directory/Vitis（不是Vitis_HLS!）
• 如果没有安装Vitis，你可以通过在操作系统开始菜单的Xilinx程序组/菜单中运行"Xilinx Design Tools --> Add Design Tools for Devices 2021.1"来添加它。
• 设置环境变量（使用绝对路径）:

  export XILINX_DIR=你的Xilinx安装目录
  （例如：export XILINX_DIR=/opt/Xilinx。Xilinx目录应包含如Downloads、Vitis等内容）
  export OPENWIFI_HW_IMG_DIR=你的openwifi-hw-img目录
  （通过git clone获取open-sdr/openwifi-hw-img仓库的目录）
  export BOARD_NAME=你的板卡名称
  

• 从openwifi-hw-img中选择FPGA比特流，生成system_top.bit.bin并通过ssh通道传输到板上:

  cd openwifi/user_space; ./boot_bin_gen.sh $XILINX_DIR $BOARD_NAME $OPENWIFI_HW_IMG_DIR/boards/$BOARD_NAME/sdk/system_top.xsa
  scp ./system_top.bit.bin root@192.168.10.122:openwifi/
  

• 现在system_top.bit.bin已经在板上的/root/openwifi/目录中。当从该目录运行wgd.sh时，它会发现FPGA镜像文件system_top.bit.bin并在加载驱动.ko文件之前加载它。

更新驱动

由于预构建的SD卡镜像可能没有最新的错误修复/更新，建议始终将user_space目录中的最新文件复制到板上。然后根据此应用说明的快速入门更新FPGA和驱动程序。以下说明执行相同的操作，并提供有关环境设置的额外信息。

（查看驱动程序和FPGA动态重载应用说明以更好地理解如何在不重启/断电的情况下更新FPGA和驱动程序文件）

• 准备Analog Devices Linux内核源代码（只需运行一次）:

  sudo apt install flex bison libssl-dev device-tree-compiler u-boot-tools -y
  cd openwifi/user_space; ./prepare_kernel.sh $XILINX_DIR ARCH_BIT
  （对于Zynq 7000，ARCH_BIT应为32，对于Zynq MPSoC，ARCH_BIT应为64）
  

• 编译最新的openwifi驱动程序

  cd openwifi/driver; ./make_all.sh $XILINX_DIR ARCH_BIT
  （对于Zynq 7000，ARCH_BIT应为32，对于Zynq MPSoC，ARCH_BIT应为64）
  （超过上述两个参数的更多参数（最多5个）将被转换为pre_def.h中的"#define 参数"用于条件编译）
  

• 通过ssh通道将驱动程序文件复制到板上

  cd openwifi/driver; scp `find ./ -name \*.ko` root@192.168.10.122:openwifi/
  

  现在你可以在板上使用wgd.sh来加载新的openwifi驱动程序。如果同一目录中存在system_top.bit.bin，wgd.sh也会尝试重新加载FPGA镜像。 在驱动程序和FPGA动态重载应用说明中查找更多信息。

  注意：如果在加载驱动程序时遇到符号或版本错误，可能是因为SD卡镜像中的内核太旧。在这种情况下，你需要将prepare_kernel.sh生成的Linux内核镜像（参见[更新驱动程序]）放入SD卡的BOOT分区。内核镜像文件名：adi-linux/arch/arm/boot/uImage（32位）；adi-linux-64/arch/arm64/boot/Image（64位）。

更新sdrctl

• 通过ssh通道将sdrctl源文件复制到板上

  cd openwifi/user_space/sdrctl_src; scp `find ./ -name \*` root@192.168.10.122:openwifi/sdrctl_src/
  

• 在板上编译sdrctl:

  cd ~/openwifi/sdrctl_src/ && make clean && make && cp sdrctl ../ && cd ..
  

便捷访问等

• 查看驱动程序和FPGA动态重载应用说明以了解更方便的方式更新FPGA和驱动程序文件，无需重启/断电。
• 板上FPGA和驱动程序更新脚本
  • 在PC上设置ftp服务器，允许匿名访问并将ftp根目录更改为openwifi目录。
  • 在板上：

  ./sdcard_boot_update.sh $BOARD_NAME
  （上述命令下载uImage、BOOT.BIN和devicetree.dtb，然后将它们复制到引导分区。记得断电重启）
  ./wgd.sh remote
  （上述命令下载驱动程序文件，并启动sdr0）
  

• 像访问磁盘一样访问板的磁盘/根文件系统：
  • 在PC上："文件管理器 --> 连接到服务器..."，输入：sftp://root@192.168.10.122/root
  • 输入密码"openwifi"

从头构建openwifi Linux镜像

• 关于最新的ADI Kuiper镜像，请查看kuiper.md

11b特别说明

Openwifi仅使用OFDM作为其调制方案，因此不向后兼容802.11b客户端或操作模式。这通常发生在信标传输、连接建立和稳健通信期间。

作为解决这个问题的方法，openwifi只能在与使用hostapd/wpa_supplicant用户空间程序实例化的AP/客户端通信时得到完全控制。

对于hostapd程序，可以使用配置命令（即supported_rates、basic_rates）抑制802.11b速率，并提供了一个示例配置文件（即hostapd-openwifi.conf）。这个方法的一个小缺点来自于fullMAC Wi-Fi卡，因为它们必须在设备驱动程序级别实现NL80211_TXRATE_LEGACY NetLink处理程序。

另一方面，客户端（商业Wi-Fi dongle/板）上的wpa_supplicant程序在2.4GHz频段中无法直接抑制802.11b速率，因此在连接openwifi（仅OFDM）时会出现问题。应在客户端使用打过补丁的wpa_supplicant。

sudo apt-get install libssl1.0-dev
cd openwifi/user_space; ./build_wpa_supplicant_wo11b.sh

移植指南

本节通过展示openwifi和Analog Devices参考设计之间的差异来解释移植工作。openwifi基于HDL参考设计的2021_r1版本。

• 在hdl/projects/fmcomms2/zc706打开fmcomms2 + zc706参考设计（请阅读Analog Devices帮助）
• 在openwifi-hw/boards/zc706_fmcs2打开openwifi设计zc706_fmcs2（请阅读openwifi-hw仓库）
• "打开块设计"，你将看到openwifi和参考设计之间的差异。这些差异体现在"图表"和"地址编辑器"中。
• 连接到ARM总线的FPGA块的地址/中断应放置/对齐到设备树文件openwifi/kernel_boot/boards/zc706_fmcs2/devicetree.dts中。Linux在启动时会解析devicetree.dtb以了解所连接设备（在我们的情况下是FPGA块）的信息。
• 我们使用dtc命令将Analog Devices Linux镜像中的devicetree.dtb转换为devicetree.dts，然后根据我们对参考设计的添加/修改进行相应的修改。
• 请学习[从头构建openwifi Linux镜像]中的脚本，以了解我们如何生成devicetree.dtb、BOOT.BIN、Linux内核，并将它们组合在一起构建完整的SD卡镜像。

许可证

本项目作为开源项目提供，遵循AGPL 3.0或更高版本的条款。然而，某些元素采用GPL 2-0或更高版本和BSD 3许可证授权。有关准确信息，请查看各个文件。