OpenHarmony輕量化系統ANY技術實踐

作者：X丶昕雪 2023-03-10 09:32:31

系統 OpenHarmony

ANY功能是一種華為私有的短數據通信功能，允許處于同一信道的2個Wi-Fi設備進行直接的點對點無連接通信。

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概述

ANY功能是一種華為私有的短數據通信功能，允許處于同一信道的2個Wi-Fi設備進行直接的點對點無連接通信。

ANY可以應用于智能開關控制燈泡、傳感器數據采集、遙控器控制家用電器等無線控制場景。

ANY功能特點

每個設備可以選擇一個接口（例如：wlan0或ap0）用于ANY報文的收發。
ANY報文采用接口當前所在信道進行收發，和通信對端需要處于同一信道。
單個ANY報文最多可以支持250byte的用戶層數據。
單個ANY設備最多支持同時和16個ANY對端設備進行通信，其中最多允許和6個對端進行加密通信。
ANY設備可以收發ANY單播報文和ANY廣播報文，不支持組播報文。
ANY設備可以掃描發現附近的其他ANY設備。

環境

OpenHarmony-3.1
潤和hispark_pegasus Hi3861開發板
DevEco Device Tool
串口調試助手

總體流程

總體流程為：

ANY功能初始化。
注冊收發回調函數。
創建收發線程T1處理收發回調（將收發回調函數用此線程完成，避免長期占用主線程）。
進行ANY設備掃描。
調用hi_wifi_any_deinit，去初始化ANY。

1、初始化

首先設備需要完成STA或者SoftAP的初始化；再以此作為ANY收發通信的接口，初始化ANY功能。初始化ANY功能之后，ANY會采用其所在的信道進行通信，并采用MAC地址作為發送接收的地址。

對于SoftAP模式下,所在的信道就是創建的時候指定的信道。
對于STA模式，若已連接到了SoftAP，所在信道為該SoftAP指定的信道。
對于STA模式，若未連接，可以采用設置信道的API函數hi_wifi_set_channel給STA指定一個信道。

對于ANY功能初始化，步驟為：啟動STA或SoftAP調用?hi_wifi_any_init，選擇STA接口（wlan0）或AP接口（ap0）作為ANY通信接口。

調用hi_wifi_any_deinit，去初始化ANY（關閉WiFi會自動關閉ANY）。
對于初始化函數，返回值為0即執行成功，1則為執行失敗。

/* STA接口的信息 */
    hi_char ifname[16 + 1] = {0};
    hi_s32 len = sizeof(ifname);
    /*WIFI_STA功能啟動*/
    hi_wifi_sta_start(ifname, &len);
    /* 初始化并注冊發送完成和接收回調函數 */
    hi_wifi_any_init(ifname);

/* AP接口的信息 */
    hi_wifi_softap_config hapd_conf = {
        "my_wifi", "", 1, 0, HI_WIFI_SECURITY_OPEN, HI_WIFI_PARIWISE_UNKNOWN};
    hi_char ifname[16 + 1] = {0}; /* 創建的SoftAP接口名 */
    hi_s32 len = sizeof(ifname);                    /* SoftAP接口名長度 */
    struct netif *netif_p = HI_NULL;
    ip4_addr_t st_gw;
    ip4_addr_t st_ipaddr;

    ip4_addr_t st_netmask;
    /* 這里用戶配置自己的網關、IP、掩碼 */
    IP4_ADDR(&st_gw, 0, 0, 0, 0);
    IP4_ADDR(&st_ipaddr, 0, 0, 0, 0);
    IP4_ADDR(&st_netmask, 0, 0, 0, 0);
    hi_u8 ap_msg[] = "msg from my_wifi";
    /* 配置SoftAP網絡參數,beacon周期修改為200ms */
    hi_wifi_softap_set_beacon_period(200);
    /* 啟動SoftAP接口 */
    hi_wifi_softap_start(&hapd_conf, ifname, &len);
    /* 配置DHCP服務器 */
    netif_p = netif_find(ifname);
    if (netif_p == HI_NULL)
    {
        (hi_void) hi_wifi_softap_stop();
        return HISI_FAIL;
    }
    if (netifapi_netif_set_addr(netif_p, &st_ipaddr, &st_netmask, &st_gw) != HISI_OK)
    {
        (hi_void) hi_wifi_softap_stop();
        return HISI_FAIL;
    }
    if (netifapi_dhcps_start(netif_p, NULL, 0) != HISI_OK)
    {
        (hi_void) hi_wifi_softap_stop();
        return HISI_FAIL;
    }
    /* 初始化并注冊發送完成和接收回調函數 */
    hi_wifi_any_init(ifname);

2、注冊ANY收發回調函數

ANY設備能夠與同信道的其他ANY設備進行通信。其中單個ANY報文最多支持250Byte的用戶數據。支持加密通信或不加密通信，加密通信需要要求雙方提前配置同樣的16Byte長度密鑰。

在通信前需要確保：ANY功能初始化，以及通信雙方處于同一個信道。

接受和發送回調函數同樣是運行于驅動線程，建議新建一個線程T1(第三步驟)處理收發報文,所以回調函數內的任務只是將msg數據通過消息隊列傳到收發線程T1。

實現接收回調函數&& 發送完成回調函數，hi_wifi_any_recv_cb? && hi_wifi_any_send_complete_cb。
回調函數內調用write_any_msg函數,msg數據將會在收發線程T1里面處理。
調用hi_wifi_any_set_callback向驅動注?冊回調函數，其中發送回調函數反饋發送結果（成功為1），若不需要該函數，注冊時可以設置為HI_NULL。

ANY只在當前信道通信，想要與其他信道設備通信，需要下調用切信道API
一個ANY設備支持和16個對端通信，最多6個對端加密通信，并且需要雙方配置相同密鑰。
接收回調函數的數據內存由驅動自行管理。

hi_wifi_any_set_callback(wifi_any_send_cb, wifi_any_recv_cb);

/*發送完成回調函數*/
void wifi_any_send_cb(unsigned char *mac, unsigned char status, unsigned char seqnum)
{
    any_msg_stru msg = {0};
    memcpy_s(msg.mac, sizeof(msg.mac), mac, sizeof(msg.mac));
    msg.type = ANY_SEND_COMPLETE_CALLBACK;
    msg.status = status;
    msg.seqnum = seqnum;

    //調用write_any_msg函數
    write_any_msg(&msg);
}
/* 接收回調函數*/
void wifi_any_recv_cb(unsigned char *mac, unsigned char *data, unsigned short len, unsigned char seqnum)
{
    any_msg_stru msg = {0};
    msg.type = ANY_RECV_CALLBACK;
    memcpy_s(msg.mac, sizeof(msg.mac), mac, sizeof(msg.mac));
    msg.len = len;
    msg.seqnum = seqnum;
    msg.data = (unsigned char *)hi_malloc(HI_MOD_ID_WIFI_DRV, len);
    if (msg.data == NULL)
        return;
    if (memcpy_s(msg.data, len, data, len) != EOK)
    {
        hi_free(HI_MOD_ID_WIFI_DRV, msg.data);
        return;
    }
    //調用write_any_msg函數
    if (write_any_msg(&msg) != HI_ERR_SUCCESS)
        hi_free(HI_MOD_ID_WIFI_DRV, msg.data);
}
/* 向收發線程T1發送msg */
hi_u32 write_any_msg(any_msg_stru *msg)
{
    hi_u32 ret;
    if ((g_any_msg_queue == 0) || (g_task_running == 0))
    {
        printf("msg queue or task is not working!\r\n");
        return HI_ERR_FAILURE;
    }
    //將msg消息發送到消息隊列
    ret = hi_msg_queue_send(g_any_msg_queue, msg, 0, sizeof(any_msg_stru));
    return ret;
}

3、處理子線程T1

由于接收回調、發送回調、掃描回調都不易過多占用主線程的運行，所以我們需要創建一個新的線程用于實現接收回調、發送回調、掃描回調的活。
創建線程&&線程實現：

/*創建處理子線程T1*/
hi_u32 any_start_callback_task(hi_void)
{
    hi_u32 ret;
    if (g_any_msg_task_id != 0)
    {
        return HI_ERR_FAILURE;
    }
    hi_task_attr task_init = {0};
    task_init.task_prio = ANY_TASK_PRIORITY;
    task_init.stack_size = ANY_TASK_STACK_SIZE;
    task_init.task_name = ANY_TASK_NAME;
    g_task_running = 1;
    ret = hi_task_create(&g_any_msg_task_id, &task_init, handle_any_msg, HI_NULL);
    if (ret != HI_ERR_SUCCESS)
    {
        printf("create any msg task ret:%d\r\n", ret);
        return ret;
    }

    printf("create any msg task success!\r\n");
    return ret;
}
hi_u32 any_destory_callback_task(hi_void)
{
    printf("destory any callback task\r\n");
    g_task_running = 0;
    return HI_ERR_FAILURE;
}
/*處理子線程T1*/
static hi_void *handle_any_msg(hi_void *data)
{
    (hi_void) data;
    int ret;
    any_msg_stru msg = {0};
    if (g_any_msg_queue == 0)
    {
        ret = hi_msg_queue_create(&g_any_msg_queue, ANY_MSG_QUEUE_MAX_LEN, sizeof(any_msg_stru));
        if (ret != HI_ERR_SUCCESS)
        {
            printf("create any message queue ret:%d\r\n", ret);
            g_any_msg_task_id = 0;
            return HI_NULL;
        }
    }
    while (1)
    {
        hi_u32 msg_size = sizeof(any_msg_stru);
        ret = hi_msg_queue_wait(g_any_msg_queue, (hi_pvoid)&msg, ANY_TASK_SLEEP_TIME,&msg_size);
        if (ret == HI_ERR_SUCCESS)
        {

            switch (msg.type)
            {
            case ANY_SCAN_CALLBACK:
                /*掃描回調*/
                wifi_any_scan_success_proc(msg.mac, msg.channel);
                break;
            case ANY_RECV_CALLBACK:
                /*接收回調*/
                wifi_any_recv_proc(msg.mac, msg.data, msg.len, msg.seqnum);
                hi_free(HI_MOD_ID_WIFI_DRV, msg.data);
                break;
            case ANY_SEND_COMPLETE_CALLBACK:
                /*發送完成回調*/
                wifi_any_send_complete_proc(msg.mac, msg.status, msg.seqnum);
                break;
            default:
                break;
            }
        }
        else
        {
            if (g_task_running == 0)
            {
                break;
            }
        }
    }
    g_any_msg_task_id = 0;
    hi_u8 trycount = 3;
    while (trycount > 0)
    {
        if (hi_msg_queue_delete(g_any_msg_queue) == HI_ERR_SUCCESS)
        {
            g_any_msg_queue = 0;
            return HI_NULL;
        }
        trycount--;
    }
    printf("delete any msg queue failed!\r\n");
    return HI_NULL;
}

真正的接收回調、發送回調、掃描回調(可參考文章末尾的源碼)：

/* 接收回調 */
void wifi_any_recv_proc(const unsigned char *mac, unsigned char *data, unsigned short len,unsigned char seqnum)
{}
/* 發送完成回調 */
void wifi_any_send_complete_proc(const unsigned char *mac, unsigned char status, unsigned char seqnum)
{}
/* 掃描回調 */
void wifi_any_scan_success_proc(const unsigned char *mac, unsigned char channel)
{}

4、ANY設備掃描

完成ANY初始化后，STA端可以進行設備的掃描：

首先實現hi_wifi_any_scan_result_cb掃描回調函數，用于處理掃描完成之后的結果。對于該回調函數，驅動傳入的輸入參數為發現的ANY設備的指針數組和數組元素個數，每個元素指向一個發現的ANY設備相關信息。
調用hi_wifi_any_discover_peer，向驅動注冊回調函數，并**啟動一次ANY掃描。

掃描過程中，發現的設備是SoftAP，則設備信息會包括SSID信息，STA則為空字符串。
回調函數運行于驅動線程，不能阻塞或長時間?等待，使用第三步驟的處理子線程T1進行處理。
單次掃描最多通過回調函數返回32個對端設備信息，回調函數傳入的數組內存由驅動自行管理，在回調函數中不應釋放。

//g_find_any_device初始值為0,完成掃描回調函數退出whil循環
while (!g_find_any_device)
    {
        /* wifi_any_scan_result_cb : 掃描回調函數 */
        hi_wifi_any_discover_peer(wifi_any_scan_result_cb);
        hi_sleep(2000);    //延時2s
    }
/*掃描回調函數*/
void wifi_any_scan_result_cb(hi_wifi_any_device *devices[], unsigned char num)
{
    unsigned char target_ssid[] = "my_wifi";
    any_msg_stru msg = {0};
    unsigned char loop;
    if ((devices == NULL) || (num == 0))
    {
        printf("Total scanned ANY dev num: 0\r\n");
        return;
    }

    for (loop = 0; (loop < num) && (devices[loop] != NULL); loop++)
    {
        if (strcmp((char *)devices[loop]->ssid, (char *)target_ssid) != 0)
        {
            continue;
        }
        g_find_any_device = 1;
        msg.type = ANY_SCAN_CALLBACK;
        msg.channel = devices[loop]->channel;
        memcpy_s(msg.mac, WIFI_ANY_MAC_LEN, devices[loop]->bssid, WIFI_ANY_MAC_LEN);
        if (write_any_msg(&msg) != HI_ERR_SUCCESS)
        {
            printf("write scan result failed\r\n");
        }
        break;
    }
    printf("Total scanned ANY dev num: %d\r\n", num);
    return;
}

5、加密

ANY設備支持加密通信，要求通信雙方采用同樣的16byte長度密鑰進行加解密，一個密鑰對應一個對端MAC地址，即采用該密鑰加解密來自該MAC地址的ANY報文。用戶應根據產品應用場景確定ANY設備之間如何產生和共享同樣的密鑰。

設備1和設備2的配對協商消息均是采用ANY報文。協商請求消息中攜帶了隨機數R1，協商應答消息攜帶了隨機數R2和Cookie值。參與協商的2個設備需要采用同樣的預共享密鑰PSK，設備獲取到隨機數R1和R2之后結合PSK生成一個臨時密鑰用于加密密鑰協商消息。設備1采用該臨時密鑰加密密鑰請求消息，密鑰請求消息中包括來自設備2的Cookie和隨機生成的密鑰因子K1。設備2采用臨時密鑰解密消息之后驗證Cookie是否正確，驗證通過則回復密鑰應答消息。密鑰應答消息中包含隨機生成密鑰因子K2，并采用臨時密鑰加密。雙方完成上述交互之后，通過隨機數R1和R2、密鑰因子K1和K2采用同樣的算法生成用于通信的最終的密鑰。?

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6、發送函數

向指定MAC地址的設備發送ANY數據。

int hi_wifi_any_send(const unsigned char *mac, unsigned char mac_len, unsigned char *data,unsigned short data_len, unsigned char seq);

mac：6字節長度目的MAC地址, 可為單播或者廣播地址, 不支持組播地址。
mac_len：MAC地址長度, 需為6字節。
data：待發送數據的緩存地址。
len：待發送的數據長度, 最大為250字節。
seqnum：待發送的ANY幀的序列號,范圍0-255。

效果

此樣例連接后互相發送信息。

這里可以看到AP端的mac地址為0x8e，STA端的mac地址為0x32。

STA端掃描發現ANY設備：

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互相發送信息：

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