软件设计方案

1. 系统整体架构

1.1 分层架构

系统采用分层设计，从上到下依次为：

• 应用层 (Application)：提供用户接口，通过 Android API 与透传服务交互。

• Android Framework & JNI：封装 Native 服务接口，桥接应用层与 Native 层。

• Native Service (C++)：核心透传服务，负责数据路由、设备管理和通信逻辑。

• HAL层 (硬件抽象层)：封装 RTL8822 WiFi 模块的操作，屏蔽底层硬件差异。

• Linux Kernel Driver (RTL8822)：基于 RTL8822 驱动，提供 USB WiFi 设备支持。

• 硬件层 (RK3568)：运行在 RK3568 平台，集成 USB WiFi 模块。

PlantUML 分层架构图：

image.png

1.2 核心模块设计

A端架构 (STA模式)

• 功能：A端作为 WiFi 客户端（STA模式），通过串口或 APP 接收数据，聚合后通过 USB 控制 RTL8822 模块发送到 B端；同时接收 B端数据，分发到串口或 APP。

• 数据流：

• 输入：外部设备通过串口发送数据，或 APP 直接发送数据。

• 处理：数据聚合器封装数据，USB 控制模块通过 RTL8822 (STA) 发送。

• 输出：接收到的数据经数据分发器分发到串口或推送至 APP。

PlantUML A端数据流图：

image.png

B端架构 (AP模式)

• 功能：B端作为 WiFi 接入点（AP模式），通过以太网接收网络客户端数据，发送到 A端；接收 A端数据后转发到网络客户端。

• 数据流：

• 输入：网络客户端通过以太网发送数据到 TCP 服务器。

• 处理：TCP 服务器处理数据，USB 控制模块通过 RTL8822 (AP) 发送。

• 输出：接收到的数据经网络转发器发送到 TCP 客户端。

PlantUML B端数据流图：

image.png

2. 详细技术实现方案

2.1 驱动层实现

2.1.1 RTL8822 驱动集成

• 内核模块编译：

• 修改 Makefile 适配 Android 内核版本。

• 配置 Kconfig 启用 USB 接口支持。

• 编译生成 rtl8822cu.ko 内核模块，加载到系统。

• USB 设备识别：

• 在 include/autoconf.h 中配置 RTL8822 参数。

• 在 os_dep/linux/usb_intf.c 中添加设备 Vendor ID 和 Product ID。

• 确保系统正确识别两个 USB WiFi 设备（A端 STA 模式，B端 AP 模式）。

• 权限配置：

• 在 system/etc/permissions 中添加 USB 主机功能权限。

• 声明 android.hardware.usb.host 和 android.permission.USB_PERMISSION。

2.1.2 HAL 层封装

• 功能：定义标准接口，封装 RTL8822 模块的初始化、数据收发和网络配置功能。

• 接口描述：

• 初始化 WiFi 模块，指定设备 ID 和模式（STA 或 AP）。

• 发送数据接口，将数据通过 USB 传输到 WiFi 模块。

• 注册数据接收回调，处理接收到的数据。

• 配置网络参数，如 SSID、密码等。

2.2 Native Service 实现

2.2.1 核心透传服务

• 功能：管理 WiFi、串口和网络模块，协调数据路由。

• 组件：

• WiFi Manager：管理 USB WiFi 设备，处理设备初始化和模式切换。

• Serial Manager（A端）：处理串口数据读写。

• Network Manager（B端）：处理 TCP 网络数据。

• Data Router：根据数据来源和目标进行路由。

2.2.2 数据路由引擎

• 功能：

• A端：将串口或 APP 数据封装后通过 STA 模式发送；接收数据后分发到串口或 APP。

• B端：将网络数据封装后通过 AP 模式发送；接收数据后转发到网络客户端。

• 实现要点：

• 数据包封装/解封装，包含头部信息（如序列号、类型）。

• 使用 CRC32 校验确保数据完整性。

• 支持重传机制处理丢包。

2.2.3 USB 通信管理

• 功能：

• 枚举 USB 设备，初始化 RTL8822 模块。

• 管理 STA 和 AP 模式的设备，处理数据收发。

• 支持动态模式切换（STA ↔ AP）。

• 实现要点：

• 维护设备列表，记录设备文件描述符和模式。

• 使用异步 I/O 避免阻塞。

• 实现设备互斥锁，防止并发访问冲突。

2.3 Framework 层实现

2.3.1 Android Service

• 功能：作为系统服务运行，桥接 Native 层和应用层。

• 实现要点：

• 通过 Binder 机制与 Native 服务通信。

• 提供数据发送和回调注册接口。

• 确保服务在系统启动时自动运行。

2.3.2 应用接口 API

• 功能：为应用层提供简洁的 API，屏蔽底层复杂性。

• 接口描述：

• sendData(byte[] data)：发送数据到透传服务。

• registerCallback(WifiTransparentCallback callback)：注册数据接收回调。

2.4 系统集成配置

2.4.1 系统启动配置

• 定义 init.rc 文件，启动 WiFi 透传服务。

• 设置服务运行用户和权限（system, net_admin, net_raw, wifi）。

2.4.2 SELinux 权限配置

• 定义 wifi_transparent 域，允许访问 USB 设备和网络套接字。

• 配置 chr_file 和 usb_device 的读写权限。

2.4.3 网络路由配置

• 功能：隔离 WiFi 和以太网流量，避免冲突。

• 实现：

• 创建独立路由表（table 100 用于 WiFi，table 101 用于以太网）。

• 使用 ip rule 配置策略路由，确保流量正确分发。

3. 开发流程和里程碑

1. 基础驱动适配：

• 完成 RTL8822 驱动编译和内核集成。

• 实现 USB 设备枚举和通信。

• 验证设备模式切换（STA/AP）。

2. HAL 和 Native Service：

• 开发 HAL 层接口。

• 实现核心透传服务和 USB 通信管理。

• 开发数据路由引擎。

3. Framework 集成：

• 实现 Android 系统服务。

• 封装应用层 API。

• 配置系统权限和 SELinux 策略。

4. 系统集成和优化：

• 实现后台保活机制。

• 添加异常恢复逻辑。

• 优化性能和网络路由。

4. 关键技术挑战及解决方案

1. USB 设备并发访问：

• 挑战：两个 RTL8822 设备同时操作可能导致冲突。

• 解决方案：

• 使用设备队列管理 USB 操作。

• 实现互斥锁机制。

• 采用异步 I/O 避免阻塞。

2. 网络接口冲突：

• 挑战：WiFi 和以太网流量可能混淆。

• 解决方案：

• 配置策略路由表分离流量。

• 使用 iptables 管理流量规则。

• 启用网络命名空间隔离。

3. 后台保活：

• 挑战：Android 11 以上版本对后台服务限制严格。

• 解决方案：

• 注册为系统级服务。

• 实现 Native 守护进程。

• 备选方案：使用 WakeLock 或前台服务。

4. 数据完整性：

• 挑战：无线传输可能出现丢包或乱序。

• 解决方案：

• 应用层添加序列号管理。

• 使用 CRC32 校验数据。

• 实现重传机制。

• 优化缓冲区管理。

5. 总结

该方案基于 RK3568 平台和 RTL8822 WiFi 模块，实现了一个高效、模块化的 WiFi 透传系统。关键特点包括：

• 简洁高效：聚焦核心功能，避免复杂设计。

• 模块化：分层架构便于维护和扩展。

• Android 原生集成：利用标准 Android 服务框架。

• 稳定可靠：包含错误恢复和数据校验机制。

PlantUML 系统交互总览图：

image.png