Linux Wlan 之FullMAC and SoftMAC

什么是FullMAC and SoftMAC？

SoftMAC 和 FullMAC (或者叫HardMAC) 是两种主流的无线网卡（Wi-Fi芯片）架构。

他们的区别在哪里呢？

核心区别在于 MAC 层（Media Access Control，介质访问控制）的管理功能（MLME，MAC sublayer management entity）由哪里来实现，是交给网卡硬件/固件实现，还是交给主机的操作系统驱动实现

简单描述：FullMAC 是硬实现，硬件负责得更多；SoftMAC 是软实现，更依赖主机内核驱动

基础架构

特性特点对比

如何区分FullMAC还是SoftMAC架构？

在Linux系统中，判断标准是看驱动是否依赖于mac80211框架

• SoftMAC驱动：依赖mac80211，可以检查内核配置或驱动源码，如果定义了ieee80211_ops结构体，大概率就是SoftMAC

• FullMAC驱动：不依赖mac80211，通常需要驱动实现完整的cfg80211_ops回调函数集

在FullMAC角度，还有通过驱动实现的接口来区分fullmac和softmac的：

• SoftMAC 的Linx驱动则是与mac80211连接，对接的接口是struct ieee80211_ops，mac80211负责对接网络子系统 

• FullMAC 的Linux驱动不使用mac80211, 因此其需要与网络设备子系统直接连接，接口是struct net_device_ops

这两种描述之间有什么关系？

FullMAC 驱动实际上实现了两个接口

• net_device_ops - 让网卡能收发数据包

• cfg80211_ops - 让用户能配置无线功能

SoftMAC 驱动则只实现一个

• ieee80211_ops - mac80211 框架会代为提供 net_device_ops 和 cfg80211_ops 的标准实现

主流厂商的选择

不同厂商在两种架构上的倾向性也不同：

• 博通：大多数现代网卡采用FullMAC架构

• 高通：大部分桌面/路由器级别的网卡（如 ath5k, ath9k, ath10k）采用SoftMAC；移动端芯片（如ath6kl）则采用FullMAC

• 瑞昱：绝大多数网卡采用SoftMAC，但驱动代码质量常被我们吐槽

• 美满：部分网卡支持在两种模式间切换

SoftMAC

在SoftMAC架构中，无线网卡的固件只负责最基本的硬件操作（如发送和接收数据包），而无线协议栈的复杂逻辑（如扫描、加密、关联、漫游、电源管理等）由操作系统内核中的软件实现，所以SoftMAC架构使得驱动程序和协议栈的开发更加灵活和可控

核心分工逻辑

要弄清楚硬件和软件各自承担什么角色，以ath9k高通SoftMAC驱动为例：

到这里，我们就很清楚了各个功能的分工，对于后期的代码学习和修改，是非常有帮助的。

SoftMAC驱动工程师所做的主要工作

1. 实现一组硬件操作回调函数 (ieee80211_ops)，如发送帧、配置信道、设置密钥等，作为mac80211控制硬件接口

2. 向mac80211汇报硬件能力 (如支持的加密类型、是否支持多队列等)，以便框架做出最佳调度决策

工作流程

上层通过cfg80211发来一个请求：扫描所有wifi

• mac80211框架接手，在mac80211软件中构造并发送Probe Request帧，通过调用底层ath9k驱动提供的硬件操作接口tx()发送函数，mac80211解析收到的Probe Response帧，最后整理成结果返回上层

在整个过程中，ath9k驱动主要负责把mac80211准备好的帧，交给硬件去发送；以及把硬件收到的原始帧，传递给mac80211去解析

FullMAC

FullMAC架构中，无线网卡固件（Firmware）负责实现大部分的无线协议栈功能（比如802.11的管理帧处理、加密解密、扫描等），驱动程序的主要职责:

• 与固件通信

• 提供用户空间（如 iw 或 wpa_supplicant）与固件交互的接口

FullMAC的主要思路是将无线协议的复杂逻辑尽可能地放到网卡的fw中，而驱动程序只需要处理基本的硬件控制和数据传输

工作流程

用户执行连接wifi

1. cfg80211将连接命令转换为一个特定的NL80211_CMD_CONNECT消息，通过nl80211接口发送给驱动

2. FullMAC驱动将这个命令打包成一个内部协议消息，通过（PCIe/USB/SDIO）总线发送给网卡固件

3. 网卡固件自主完成剩下的所有工作：扫描信道、认证、关联、握手的wifi连接流程

4. 建立连接后，固件通知驱动已连接wifi状态

5. 驱动收到通知，通过 cfg80211 上报给上层，用户看到连接成功

在整个过程中，主机端的mac80211完全没有参与

FullMAC的优点

1. 降低驱动复杂性：由于大部分功能由固件实现，驱动程序的代码量和复杂性显著降低

2. 更高的稳定性：固件运行在网卡内部，与操作系统隔离，减少了因内核更新或驱动问题导致的不稳定性

3. 跨平台支持：固件与操作系统无关，因此 FullMAC 驱动程序可以更容易地支持不同的操作系统（如 Linux、Windows、Android）

4. 节省host资源：大部分协议处理在网卡内部完成，减少了host CPU 的负担

FullMAC的缺点

1. 灵活性较低：固件是由硬件厂商开发的，无法轻松修改或扩展功能，对于一些高级功能（如 Mesh 网络等），需要厂商支持

2. 依赖厂商支持：固件的更新和维护完全依赖厂商，导致功能更新滞后等安全问题

3. 调试困难：固件是封闭的，开发者无法直接查看或修改其实现，调试问题时受限

结语

看到这里，两者没有绝对的优劣，只有适合的场景。如果你需要灵活性（研究、开发学习等），SoftMAC更适合。如果你需要低功耗、低 CPU 占用、更稳定的商业产品，FullMAC 会是更普遍的选择

拓展

学习和理解：UMAC和LMAC