Linux網路裝置驅動概述

一、概述      

       Linux網路裝置驅動程式遵循通用的介面，設計時採用的是物件導向的方法，一個裝置就是一個對象（net_device結構）。一個網路裝置最基本的方法有初始化、發送和接收等。

      Linux網路裝置驅動程式的體繫結構可以分為四層：網路通訊協定介面層、網路裝置介面層、裝置驅動功能層和網路裝置與媒介層，1所示。網路裝置驅動程式最主要的工作是完成裝置驅動功能層。在Linux中，所有網路裝置都抽象為一個介面，這個介面提供了對所有網路裝置的操作集合。由資料結構struct net_device來表示網路裝置在核心中的運行情況，即網路裝置介面。它既包括純軟體網路裝置介面，如環路(loopback)，也包括硬體網路裝置介面，如乙太網路卡。由以dev_base為頭指標的裝置鏈來集體管理所有網路裝置，該裝置鏈中的每個元素代表一個網路裝置介面。資料結構net_device中有很多供系統訪問和協議層調用的裝置方法，包括初始化，開啟和關閉網路裝置的open和stop函數，處理資料包發送的hard_start_xmit函數，以及中斷處理函數等。

                                                 

                                                                                           圖1 網路裝置驅動體繫結構

二、資料包發送流程

        當網路子系統上層有資料包要發送時，通過調用網路裝置驅動中的實現的ndo_start_xmit函數，將要發送的資料包封裝在通訊端緩衝區skb參數中。在驅動程式的發送資料包函數的具體實現中，它將首先在skb資料包所在主存中的資料區塊和網路裝置記憶體之間建立一個DMA通道，然後啟動該DMA通道將資料包由主存傳輸到裝置記憶體，之後由網路裝置硬體通過網路介面或者天線將資料包發送出去。資料包發送成功後會向處理器發出一個硬體中斷，在中斷處理常式裡做一些善後處理工作，2所示。

                                                 

                                                                                 圖2 網路裝置驅動程式資料包發送流程

三、資料包接收流程

        資料包的接收是一個非同步過程，正因為這樣，出於系統效能的考慮，絕大部分網路裝置都支援資料接收中斷，因此在驅動程式中是通過中斷處理常式來接收資料包的。由於系統主存與網路裝置之間已經建立好DMA通道，所有當有資料包到達網路裝置時，資料包會被自動傳輸到系統主存，此時將產生一個中斷訊號，從而進入驅動程式的中斷處理函數，在中斷處理函數裡驅動首先會分配一個通訊端緩衝區skb來容納收到的資料包，然後將skb傳遞到網路子系統的上層代碼中，具體傳遞的過程是驅動程式通過調用netif_rx(skb)函數實現的，上層代碼負責釋放該skb所佔用的記憶體，3所示。

                                       

                                                                                  圖3 網路裝置驅動資料包接收流程