執行個體解讀 linux 網卡驅動

來源:互聯網
上載者:User

在此僅僅討論網路裝置驅動的一般寫法,有關硬體部分的相關代碼由於硬體規格不同,予以省略。有什麼地方錯誤,或補充,歡迎大家提出。 

1, 驅動模組的載入和卸載

如果網路裝置(包括wireless)是PCI規範的,則先是向核心註冊該PCI裝置(pci_register_driver),然後由pci_driver資料結構中的probe函數指標所指向的偵測函數來初始化該PCI裝置,並且同時註冊和初始化該網路裝置。

如果網路裝置(包括wireless)是PCMCIA規範的,則先是向核心註冊該PCMCIA裝置 (register_pccard_driver),然後driver_info_t資料結構中的attach函數指標所指向的偵測函數來初始化該 PCMCIA裝置,並且同時註冊和初始化該網路裝置。

static int __init tg3_init(void)
{
//先註冊成PCI裝置,並初始化,如果是其他的ESIA,PCMCIA,用其他函數
return pci_module_init(&tg3_driver);
}

static void __exit tg3_cleanup(void)
{
pci_unregister_driver(&tg3_driver);//登出PCI裝置
}

module_init(tg3_init); //驅動模組的載入
module_exit(tg3_cleanup); //驅動模組的卸載

申明為PCI裝置:
static struct pci_driver tg3_driver = {
.name = DRV_MODULE_NAME,
.id_table = tg3_pci_tbl, //此驅動所支援的網卡系列,vendor_id, device_id
.probe = tg3_init_one, //初始化網路裝置的回呼函數
.remove = __devexit_p(tg3_remove_one), //登出網路裝置的回呼函數
.suspend = tg3_suspend, //裝置掛起函數
.resume = tg3_resume //裝置恢複函數
};

2,PCI裝置探測函數probe,初始化網路裝置
static int __devinit tg3_init_one(struct pci_dev *pdev, const struct pci_device_id *ent)
{

//初始化裝置,使I/O,memory可用,喚醒裝置
pci_enable_device(pdev);

//申請記憶體空間,配置網卡的I/O,memory資源
pci_request_regions(pdev, DRV_MODULE_NAME);
pci_set_master(pdev);

//設定DMA屬性
pci_set_dma_mask(pdev, (u64) 0xffffffffffffffff);

//網卡 I/O,memory資源的啟始地址
tg3reg_base = pci_resource_start(pdev, 0);

//網卡I/O,memory資源的大小
tg3reg_len = pci_resource_len(pdev, 0);

//分配並設定網路裝置
dev = alloc_etherdev(sizeof(*tp));

//申明為核心裝置模組
SET_MODULE_OWNER(dev);

//初始化私人結構中的各成員值
tp = dev->priv;
tp->pdev = pdev;
tp->dev = dev;
……
//鎖的初始化
spin_lock_init(&tp->lock);

//映射I/O,memory地址到私人域中的寄存器結構
tp->regs = (unsigned long) ioremap(tg3reg_base, tg3reg_len);
dev->irq = pdev->irq;

//網路裝置回呼函數賦值
dev->open = tg3_open;
dev->stop = tg3_close;
dev->get_stats = tg3_get_stats;
dev->set_multicast_list = tg3_set_rx_mode;
dev->set_mac_address = tg3_set_mac_addr;
dev->do_ioctl = tg3_ioctl;
dev->tx_timeout = tg3_tx_timeout;
dev->hard_start_xmit= tg3_start_xmit;

//網卡的MAC地址賦值dev->addr
tg3_get_device_address(tp);

//註冊網路裝置
register_netdev(dev);

//把網路裝置指標地址放入PCI裝置中的裝置指標中
pci_set_drvdata(pdev, dev);
}

3,登出網路裝置
static void __devexit tg3_remove_one(struct pci_dev *pdev)
{
struct net_device *dev = pci_get_drvdata(pdev);
//登出網路裝置
unregister_netdev(dev);
//取消地址映射
iounmap((void *) ((struct tg3 *)(dev->priv))->regs);
//釋放網路裝置
kfree(dev);
//釋放PCI資源
pci_release_regions(pdev);
//停用PCI裝置
pci_disable_device(pdev);
//PCI裝置中的裝置指標賦空
pci_set_drvdata(pdev, NULL);
}

4,開啟網路裝置
static int tg3_open(struct net_device *dev)
{
//分配一個中斷
request_irq(dev->irq, tg3_interrupt, SA_SHIRQ, dev->name, dev);

/* int request_irq(unsigned int irq,
                        void (*handler)(int irq, void *dev_id, struct pt_regs *regs), 
                        unsigned long irqflags,
                        const char * devname,
                        void *dev_id);

irq是要申請的硬體中斷號。在Intel平台,範圍0--15。
handler是向系統登記的中斷處理函數。這是一個回呼函數,中斷髮生時,系統調用這個函數,傳入的參數包括硬體中斷號,device id,寄存器值。
dev_id就是下面的request_irq時傳遞給系統的參數dev_id。
irqflags是中斷處理的一些屬性。比較重要的有 SA_INTERRUPT,標明中斷處理常式是快速處理常式(設定SA_INTERRUPT)還是慢速處理常式(不設定SA_INTERRUPT)。快速處理常式被調用時屏蔽所有中斷。慢速處理常式不屏蔽。還有一個SA_SHIRQ屬性,設定了以後運行多個裝置共用中斷。dev_id在中斷共用時會用到。一般設定為這個裝置的device結構本身或者NULL。中斷處理常式可以用dev_id找到相應的控制這個中斷的裝置,或者用rq2dev_map找到中斷對應的裝置。*/

//初始化硬體
tg3_init_hw(tp);

//初始化收包和發包的緩衝區
tg3_init_rings(tp);

//初始化定時器
init_timer(&tp->timer);
tp->timer.expires = jiffies + tp->timer_offset;
tp->timer.data = (unsigned long) tp;
tp->timer.function = tg3_timer; //逾時回呼函數
add_timer(&tp->timer);

//允許網卡開始傳輸包
netif_start_queue(dev);
}

5,關閉網路裝置
static int tg3_close(struct net_device *dev)
{
//停止網卡傳輸包
netif_stop_queue(dev);
netif_carrier_off(tp->dev);
//去除定時器
del_timer_sync(&tp->timer);
//釋放收包和發包的緩衝區
tg3_free_rings(tp);
//釋放中斷
free_irq(dev->irq, dev);
}

6,硬體處理資料包發送
static int tg3_start_xmit(struct sk_buff *skb, struct net_device *dev)
{
len = (skb->len - skb->data_len);
//以DMA方式向網卡物理裝置傳輸包。如果是wireless的話,需要根據802.11協議及硬體的規範從新填充
//硬體幀頭,然後提交給硬體發送。
mapping = pci_map_single(tp->pdev, skb->data, len, PCI_DMA_TODEVICE);
tp->tx_buffers[entry].skb = skb;
pci_unmap_addr_set(&tp->tx_buffers[entry], mapping, mapping);
//硬體發送
tg3_set_txd(tp, entry, mapping, len, base_flags, mss_and_is_end);
//記錄發包開始時間
dev->trans_start = jiffies;
}

7,中斷處理收包,發包
static void tg3_interrupt(int irq, void *dev_id, struct pt_regs *regs)
{
//如果要收包
tg3_rx(tp);
//如果要發包
tg3_tx(tp);
}

8,發包
static void tg3_tx(struct tg3 *tp)
{
struct tx_ring_info *ri = &tp->tx_buffers[sw_idx];
struct sk_buff *skb = ri->skb;
//以DMA方式向網卡傳輸包完畢
pci_unmap_single(tp->pdev, pci_unmap_addr(ri, mapping),
(skb->len - skb->data_len), PCI_DMA_TODEVICE);
ri->skb = NULL;
dev_kfree_skb_irq(skb);
}

9,收包
static int tg3_rx(struct tg3 *tp, int budget)
{
struct sk_buff *copy_skb;
//分配一個包
copy_skb = dev_alloc_skb(len + 2);
copy_skb->dev = tp->dev;
//修改包頭空間
skb_reserve(copy_skb, 2);
//加入資料到包中
skb_put(copy_skb, len);
//以DMA方式從網卡傳輸回資料
pci_dma_sync_single(tp->pdev, dma_addr, len, PCI_DMA_FROMDEVICE);
memcpy(copy_skb->data, skb->data, len);
skb = copy_skb;
//解析包的協議
skb->protocol = eth_type_trans(skb, tp->dev);
//把包送到協議層
netif_rx(skb);
//記錄收包時間
tp->dev->last_rx = jiffies;
}

10, 讀取包的網卡收發包的狀態,統計資料
static struct net_device_stats *tg3_get_stats(struct net_device *dev)
{
//從硬體相關的寄存器讀取資料,累加
//stats->rx_packets, stats->tx_packets, stats->rx_bytes, stats->tx_bytes等
}

11, 使用者的ioctl命令系統調用
static int tg3_ioctl(struct net_device *dev, struct ifreq *ifr, int cmd)
{
struct mii_ioctl_data *data = (struct mii_ioctl_data *)&ifr->ifr_data;
switch(cmd) {
//ethtool程式命令的調用
case SIOCETHTOOL:
return tg3_ethtool_ioctl(dev, (void *) ifr->ifr_data);
//mii程式命令的調用
case SIOCGMIIREG: {
err = tg3_readphy(tp, data->reg_num & 0x1f, &mii_regval)
data->val_out = mii_regval;
return err;
}
……
}
}

12, PCI裝置的掛起和恢複函數
static int tg3_suspend(struct pci_dev *pdev, u32 state)
{
//停用網卡的中斷寄存器
tg3_disable_ints(tp);
//停止網卡收發包
netif_device_detach(dev);
//停止網卡某些硬體,fireware的一些功能
tg3_halt(tp);
//設定網卡的電源狀態
tg3_set_power_state(tp, state);
}

static int tg3_resume(struct pci_dev *pdev)
{
//恢複網卡電源
tg3_set_power_state(tp, 0);
//允許網卡收發包
netif_device_attach(dev);
//初始化收發包的緩衝區
tg3_init_rings(tp);
//初始化網卡硬體
tg3_init_hw(tp);
//開啟網卡中斷寄存器
tg3_enable_ints(tp);
}

13,參數設定
在驅動程式裡還提供一些方法供系統對裝置的參數進行設定和讀取資訊。一般只有超級使用者(root)許可權才能對裝置參數進行設定。設定方法有:

tg3_set_mac_addr (dev->set_mac_address)
當使用者調用ioctl類型為SIOCSIFHWADDR時是要設定這個裝置的mac地址。一般對mac地址的設定沒有太大意義的。

dev->set_config()
當使用者調用ioctl時類型為SIOCSIFMAP時,系統會調用驅動程式的set_config方法
使用者會傳遞一個ifmap結構包含需要的I/O、中斷等參數。

總結:

所有的Linux網路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),它內部有自己的資料和方法。一個網路裝置最基本的方法有初始化,發送和接收。

Linux網路驅動程式的體繫結構可以劃分為四層:
網路通訊協定介面,網路裝置介面,裝置驅動功能,網路裝置和網路媒介層

網路驅動程式,最主要的工作就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。

而由以dev_base為頭指標的裝置鏈表來集體管理所有網路裝置,該裝置鏈表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。

網路裝置在Linux裡做專門的處理。Linux的網路系統主要是基於BSD unix的socket機制。在系統和驅動程式之間定義有專門的資料結構(sk_buff)進行資料的傳遞。系統裡支援對發送資料和接收資料的緩衝,提供流量控制機制,提供對多協議的支援。
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