【Atheros】网卡驱动速率调整算法概述

我做网卡驱动，最主要的内容就是设计和改进速率调整算法，随着802.11协议簇的新标准越来越多，速率越来越高，调制编码方式也越来越多，一般来说，速率越高越可能丢包，速率越低越稳定，这是整体状况，但不是必然的规律，所以，只用固定的速率来发送显然是不合适的，这就需要速率调整算法来自己调节，信号比较好的时候，就用高速率来发送，信道状况不好了，就换用低速率来发，atheros驱动中提供了两种可选的速率调整算法，ath9k和minstrel，其中minstrel要好一些，后面我会分别根据源码解读minstrel和ath9k这两种算法，这一篇文章，只介绍一个重要的结构体，从而引出速率调整算法的任务。

接触过网络编程的朋友都不会对socket感到陌生，在数据链路层，有一个与之对应的结构体，叫做sk_buff，一般记作skb，skb中有一个域叫做control_buffer，也就是skb->cb，是一个48字节长度的内存区域，这个区域的设计，是为了协议栈中各个层存储一些私有的数据，数据包在不同层之间传递时，比如从网络层传输到链路层之后，这个域的数据就没有用了，可以放心地被链路层写入新的数据，链路层在把这个数据包交给物理层去发送的时候，需要指定一些参数，比如这个数据包要用20MHz还是40MHz去发送，用哪个速率去发送，如果发送失败了需要重传的话，最多重传多少次等等的信息，这些信息就存储在skb->cb中，存储的格式，是按照下面这个结构体来存的：

struct ieee80211_tx_info {
    /* common information */
    u32 flags;
    u8 band;

    u8 antenna_sel_tx;

    u16 ack_frame_id;

    union {
        struct {
            union {
                /* rate control */
                struct {
                    struct ieee80211_tx_rate rates[
                        IEEE80211_TX_MAX_RATES];
                    s8 rts_cts_rate_idx;
                };
                /* only needed before rate control */
                unsigned long jiffies;
            };
            /* NB: vif can be NULL for injected frames */
            struct ieee80211_vif *vif;
            struct ieee80211_key_conf *hw_key;
            struct ieee80211_sta *sta;
        } control;
        struct {
            struct ieee80211_tx_rate rates[IEEE80211_TX_MAX_RATES];
            u8 ampdu_ack_len;
            int ack_signal;
            u8 ampdu_len;
            /* 15 bytes free */
        } status;
        struct {
            struct ieee80211_tx_rate driver_rates[
                IEEE80211_TX_MAX_RATES];
            void *rate_driver_data[
                IEEE80211_TX_INFO_RATE_DRIVER_DATA_SIZE / sizeof(void *)];
        };
        void *driver_data[
            IEEE80211_TX_INFO_DRIVER_DATA_SIZE / sizeof(void *)];
    };
};

其中，很多字段的意义不需要操心，只需要关注其中union的一部分（标红的union），这段内存区域可以通过control和status等方式访问，这个control和status就是我们关注的重点！

他们的核心又是同样的一个字段：我标红的ieee80211_tx_rate：

struct ieee80211_tx_rate {
    s8 idx;
    u8 count;
    u8 flags;
} __packed;

这个结构体代表一个速率，看字段名就很明显了：速率号、发送次数和一个标志位（标识带宽、SGI/LGI等），网卡可能会支持多速率重传，就是先用某个速率发送，如果几次都失败了就换第二个速率发，因此，底层在发包过程中，需要一个ieee80211_tx_rate的数组，速率调整算法的任务，就是把前面结构体中的这个字段填充好交给底层：

struct ieee80211_tx_rate rates[IEEE80211_TX_MAX_RATES];

回到前面那个结构体tx_info，它拥有一个union，主要包括control和status两个部分，control部分是在发送过程中被使用的，速率调整算法会：

struct ieee80211_tx_info *tx_info = IEEE80211_SKB_CB(skb);
struct ieee80211_tx_rate *rates = tx_info->control.rates;

rates[].idx=0; rates[].count=2; rates[].flags=zzz0;
rates[].idx=1; rates[].count=4; rates[].flags=zzz1;
rates[].idx=2; rates[].count=8; rates[].flags=zzz2;

这样，我就指定了，发送时数据包依次使用0、1、2这三个速率最多发送2、4、8次，直到发送成功为止。那么发送完成之后，我们需要知道发送到底成功了没有，最后是哪个速率发送成功的等信息。所以这个结构体又会被底层返回给我们，此时，我们可以通过status访问之前设置的这些数据，只是每一项的count域被底层重写了，之前是表示每个速率的最大发送次数是多少，现在变成了每个速率的实际发送次数是多少。

struct ieee80211_tx_info *tx_info = IEEE80211_SKB_CB(skb);
struct ieee80211_tx_rate *rates = tx_info->status.rates;

// rates[0].count == 4
// rates[1].count == 1
// rates[2].count == 0

这就代表速率0发了4次，最终都失败了，速率1发了1次就成功了，当然速率2没有用到，发了0次。

所以速率调整算法的任务就是在发送过程中把tx_info->control.rates填充好，等发送结束后根据tx_info->status.rates来做速率的调整。

下面就依次介绍这两种算法：Minstrel、Ath9k。