[EASY-EAl-Nano-TB性能测试]WI-FI性能测试操作流程

1.SDIO

SDIO（Secure Digital Input Output）是一种用于连接输入输出设备的接口标准，最初被设计为SD卡的一种扩展，允许设备通过SD卡插槽连接额外的外设。

SDIO总线和USB总线类似，SDIO总线也有两端，其中一端是【主机（HOST）端】，另一端是【设备端（DEVICE）】，采用HOST- DEVICE这样的设计是为了简化DEVICE的设计，所有的通信都是由HOST端发出命令开始的。在DEVICE端只要能解析HOST的命令，就可以同HOST进行通信了，SDIO的HOST可以连接多个DEVICE。（市面上常见的WI-FI模组，通常也会支持SDIO或USB协议。但本文仅介绍采用SDIO协议的WI-FI模组）

1.1硬件简介

SDIO的信号传输模式有【SPI】、【1-bit模式】、【4-bit模式】三种。SDIO的每个脚位在不同信号模式下的定义如下图：

在SPI模式中：第8脚位被当成中断信号。其它脚位的功能和通信协定与SD记忆卡的标准规范一样。

在SDIO总线定义中：DAT1信号线复用为中断线。在SDIO的1-BIT模式下DAT0用来传输数据，DAT1用作中断线；在SDIO的4BIT模式下DAT0-DAT3用来传输数据，其中DAT1复用作中断线。

SD总线协议按版本划分：目前分为SDIO2.0和SDIO3.0。

1.2SDIO2.0

SDIO2.0按照速度可以划分为：低速模式(Low-Speed)、全速模式(Full-Speed)、高速模式(High-Speed)。

1.2.1 低速模式(Low-Speed)

支持模式：SPI、1-bit SD模式

时钟频率范围：0~400kHz

理论上限带宽：1(bit)*400k(Hz)=400kbit/s=50kByte/s

1.2.2 全速模式(Full-Speed)

支持模式：SPI、1-bit SD模式、4-bit SD模式

时钟频率范围：0~25MHz

理论上限带宽：4(bit)*25M(Hz)=100Mbit/s=12.5MByte/s

1.2.3 高速模式(High-Speed)

支持模式：SPI、1-bit SD模式、4-bit SD模式

时钟频率范围：0~50MHz

理论上限带宽：4(bit)*50M(Hz)=200Mbit/s=25MByte/s

1.3SDIO3.0

SDIO3.0支持的模式上完全兼容SDIO2.0协议标准，但值得注意的是SDIO3.0采用的电平是1.8V。而在通信速度方面，又在SDIO2.0的高速模式(High-Speed)基础上，做了进一步的提升，叫做Ultra-High-Speed，缩写UHS。那么这个UHS目前也发展了3代标准规范，它们分别为：UHS-I、UHS-II、UHS-III。

在UHS-I的规范里，也向下兼容了SDIO2.0中的某些模式，比如：UHS-SDR12和UHS-SDR25。

SDR12：就是SDIO2.0的全速模式，12代表着12.5MByte/s

SDR25：就是SDIO2.0的高速模式，25代表着25MByte/s

以下是UHS-I规范里所有的标准：

* SDR(Single Data Rate)：单倍数据速率，指时钟的每个周期传输一次数据。

* DDR(Double Data Rate)：双倍数据速率，指时钟的每个周期传输两次次数据。

SDR理论上限带宽计算公式（以SDR104为例）：1*4(bit)*208M(Hz)=832Mbit/s=104MByte/s

DDR理论上限带宽计算公式（以DDR50为例）：2*4(bit)*50M(Hz)=400Mbit/s=50MByte/s

若要启用主控芯片的SDIO3.0协议，在【设备树配置】的过程中，有以下要点需要注意一下：

1.4协议特性

有关Linux系统的SDIO驱动，对于支持SDIO协议外部设备，采取的是【自动协商速率】的管理策略。因此对应某一路SDIO的工作速率是多少，应当【以最终协商出来的速率为准】。需采取下方命令进行查看核实：

cat /sys/kernel/debug/mmcX/ios

X：要改成具体需要查看的SDIO资源（如：mmc0、mmc2等）

根据公式可以确认该路SDIO工作速率为：1*4*198Mbit/s = 792Mbit/s = 99MByte/s

2.WIFI性能评估

2.1测试工具及关键指标

2.1.1 测试工具

常用的wifi测试工具有：iperf3、iw

安装命令如下：

sudo apt-get update && sudo apt-get install iperf3 iw -y

2.1.2 关键指标

一般要确认关键指标有：频段、信号强度、wifi协议版本、wifi协商速率

【频段】：2.4G频段、5G频段

【信号强度】：屏蔽房信号强度rssi一般在-35dBm以上，办公室环境-52dBm

【wifi协议版本】，对应如下表：

【wifi协商速率】：分上行/下行。下行是rx；上行是tx。这个速度，与协议标准（如802.11ax）、信道数量（单信道-20MHz，2信道-40MHz，…，8信道-160MHz）、Symbol、GI以及空间流的数量（1/2/3空间流）有关系。比如：采用了802.11ax标准，双信道，单空间流，GI为800ns的理论速率为286.7Mbps。具体可以通过这个网站去查询表格：https://mcsindex.com

如果想【快速知道】wifi模组的理论速率，可【直接】查模组规格书。

2.22.4G频段WI-FI

2.2.1 确认SDIO总线速率

在【开发板】上执行下方命令：

cat /sys/kernel/debug/mmc2/ios

计算结果：1*4*50Mbit/s = 200Mbit/s = 12.5MByte/s。也就是说明接在该路SDIO总线上的WI-FI模组吞吐量不可能超过200Mbit/s。

2.2.2 确认WI-FI关键指标

在【开发板】上执行下方命令：

iw wlan0 link

freq(频段)：2472，即工作在2.4GHz频段

signal(信号强度)：-41dBm

tx bitrate(下行自协商速率)：114.7Mbit/s，一般要跑过iperf3打流，才会有这个协商速度，自协商速率要等于规格书里的那个理论值才算正常。

2.2.3 吞吐量测试操作

在PC（最好是直接的Linux系统，不是虚拟机）上运行一个iperf3服务端，命令如下所示：

iperf3 -s

然后在【开发板】上用以下命令运行一个客户端，进行吞吐量测试：

iperf3 -c 192.168.3.52 -u -b 0 -i 1 -t 0

参数解析：

-b n：n==0表示采用极限速率测试，n=1000m表示每秒以1000m的数据量去发包。

-i n：n==1表示发送间隔为1s一次。

-t n：n==0表示测试总时间为无穷大(Ctrl+C停止)，n为具体值表示总共测试n秒。

最后在【服务端】查看实际吞吐量和丢包率：

*注：在办公室环境测试，同在2.4GHz频段的干扰设备较多，丢包率会相对较高。若要降低丢包率，建议把设备放入信号屏蔽房进行测试。

2.35G频段WI-FI

2.3.1 确认SDIO总线速率

在【开发板】上执行下方命令：

cat /sys/kernel/debug/mmc2/ios

计算结果：1*4*198Mbit/s = 792Mbit/s = 99MByte/s。也就是说明接在该路SDIO总线上的WI-FI模组吞吐量不可能超过792Mbit/s。

2.3.2 确认WI-FI关键指标

在【开发板】上执行下方命令：

iw wlan0 link

freq(频段)：5220，即工作在5GHz频段

signal(信号强度)：-54dBm

HE-xxx(Wi-Fi版本)：Wi-Fi 6，对应协议标准：802.11ax

rx bitrate(下行自协商速率)：243.7Mbit/s，一般要跑过iperf3打流，才会有这个协商速度，自协商速率要等于规格书里的那个理论值才算正常。

tx bitrate(下行自协商速率)：154.8Mbit/s，一般要跑过iperf3打流，才会有这个协商速度，自协商速率要等于规格书里的那个理论值才算正常。

2.3.3 吞吐量测试操作

在PC（最好是直接的Linux系统，不是虚拟机）上运行一个iperf3服务端，命令如下所示：

iperf3 -s

然后在【开发板】上用以下命令运行一个客户端，进行吞吐量测试：

iperf3 -c 192.168.3.52 -u -b 0 -i 1 -t 0

参数解析：

-b n：n==0表示采用极限速率测试，n=1000m表示每秒以1000m的数据量去发包。

-i n：n==1表示发送间隔为1s一次。

-t n：n==0表示测试总时间为无穷大(Ctrl+C停止)，n为具体值表示总共测试n秒。

如果要用多线程进行测试，也可以再在命令末尾增加-P参数，如：

iperf3 -c 192.168.3.52 -u -b 0 -i 1 -t 0 -P 8 ##8线程运行

最后在【服务端】查看实际吞吐量和丢包率：