編寫Linux系統(tǒng)設(shè)備驅(qū)動程序概述

1.1 Linux設(shè)備驅(qū)動程序分類

　　Linux設(shè)備驅(qū)動程序在Linux的內(nèi)核源代碼中占有很大的比例，源代碼的長度日益增加，主要是驅(qū)動程序的增加。在Linux內(nèi)核的不斷升級過程中，驅(qū)動程序的結(jié)構(gòu)還是相對穩(wěn)定。在2.0.xx到2.2.xx的變動里，驅(qū)動程序的編寫做了一些改變，但是從2.0.xx的驅(qū)動到2.2.xx的移植只需做少量的工作。
 
　　Linux系統(tǒng)的設(shè)備分為字符設(shè)備(char device)，塊設(shè)備(block device)和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備(network device)三種。字符設(shè)備是指存取時(shí)沒有緩存的設(shè)備。塊設(shè)備的讀寫都有緩存來支持，并且塊設(shè)備必須能夠隨機(jī)存取(random access)，字符設(shè)備則沒有這個要求。典型的字符設(shè)備包括鼠標(biāo)，鍵盤，串行口等。塊設(shè)備主要包括硬盤軟盤設(shè)備，CD-ROM等。一個文件系統(tǒng)要安裝進(jìn)入操作系統(tǒng)必須在塊設(shè)備上。

　　網(wǎng)絡(luò)設(shè)備在Linux里做專門的處理。Linux的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)主要是基于BSD unix的socket機(jī)制。在系統(tǒng)和驅(qū)動程序之間定義有專門的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(sk_buff)進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳遞。系統(tǒng)里支持對發(fā)送數(shù)據(jù)和接收數(shù)據(jù)的緩存，提供流量控制機(jī)制，提供對多協(xié)議的支持。
 
1.2 編寫驅(qū)動程序的一些基本概念
　　無論是什么操作系統(tǒng)的驅(qū)動程序，都有一些通用的概念。操作系統(tǒng)提供給驅(qū)動程序的支持也大致相同。下面簡單介紹一下網(wǎng)絡(luò)設(shè)備驅(qū)動程序的一些基本要求。
 
1.2.1 發(fā)送和接收

　　這是一個網(wǎng)絡(luò)設(shè)備最基本的功能。一塊網(wǎng)卡所做的無非就是收發(fā)工作。所以驅(qū)動程序里要告訴系統(tǒng)你的發(fā)送函數(shù)在哪里，系統(tǒng)在有數(shù)據(jù)要發(fā)送時(shí)就會調(diào)用你的發(fā) 送程序。還有驅(qū)動程序由于是直接操縱硬件的，所以網(wǎng)絡(luò)硬件有數(shù)據(jù)收到最先能得到這個數(shù)據(jù)的也就是驅(qū)動程序，它負(fù)責(zé)把這些原始數(shù)據(jù)進(jìn)行必要的處理然后送給系統(tǒng)。這里，操作系統(tǒng)必須要提供兩個機(jī)制，一個是找到驅(qū)動程序的發(fā)送函數(shù)，一個是驅(qū)動程序把收到的數(shù)據(jù)送給系統(tǒng)。

1.2.2 中斷

　　中斷在現(xiàn)代計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)中有重要的地位。操作系統(tǒng)必須提供驅(qū)動程序響應(yīng)中斷的能力。 一般是把一個中斷處理程序注冊到系統(tǒng)中去。操作系統(tǒng)在硬件中斷發(fā)生后 調(diào)用驅(qū)動程序 的處理程序。Linux支持中斷的共享，即多個設(shè)備共享一個中斷。
 
1.2.3 時(shí)鐘

　　在實(shí)現(xiàn)驅(qū)動程序時(shí)，很多地方會用到時(shí)鐘。如某些協(xié)議里的超時(shí)處理，沒有中斷機(jī)制的硬件的輪詢等。操作系統(tǒng)應(yīng)為驅(qū)動程序提供定時(shí)機(jī)制。一般是在預(yù)定的時(shí) 間過了以后回調(diào)注冊的時(shí)鐘函數(shù)。在網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動程序中，如果硬件沒有中斷功能，定時(shí)器可以提供輪詢(poll)方式對硬件進(jìn)行存取?；蛘呤菍?shí)現(xiàn)某些協(xié)議時(shí)需要的超時(shí)重傳等。

二.Linux系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備驅(qū)動程序

2.1 網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動程序的結(jié)構(gòu)

　　所有的Linux網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動程序遵循通用的接口。設(shè)計(jì)時(shí)采用的是面向?qū)ο蟮姆椒?。一個設(shè)備就是一個對象(device 結(jié)構(gòu))，它內(nèi)部有自己的數(shù)據(jù)和方法。每一個設(shè)備的方法被調(diào)用時(shí)的第一個參數(shù)都是這個設(shè)備對象本身。這樣這個方法就可以存取自身的數(shù)據(jù)(類似面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)時(shí)的this引用)。
 
一個網(wǎng)絡(luò)設(shè)備最基本的方法有初始化、發(fā)送和接收。

------------------- ---------------------
|deliver packets | |receive packets queue|

|(dev_queue_xmit()) | |them(netif_rx()) |
------------------- ---------------------
| | /
/ | |
-------------------------------------------------------
| methods and variables(initialize,open,close,hard_xmit,|
| interrupt handler,config,resources,status...) |
-------------------------------------------------------
| | /
/ | |
----------------- ----------------------
|send to hardware | |receivce from hardware|
----------------- ----------------------
| | /
/ | |
-----------------------------------------------------
| hardware media |
-----------------------------------------------------

　　初始化程序完成硬件的初始化、device中變量的初始化和系統(tǒng)資源的申請。發(fā)送程序是在驅(qū)動程序的上層協(xié)議層有數(shù)據(jù)要發(fā)送時(shí)自動調(diào)用的。一般驅(qū)動程序中不對發(fā)送數(shù)據(jù)進(jìn)行緩存，而是直接使用硬件的發(fā)送功能把數(shù)據(jù)發(fā)送出去。接收數(shù)據(jù)一般是通過硬件中斷來通知的。在中斷處理程序里，把硬件幀信息填入一個skbuff結(jié)構(gòu)中，然后調(diào)用netif_ rx()傳遞給上層處理。

2.2 網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動程序的基本方法

　　網(wǎng)絡(luò)設(shè)備做為一個對象，提供一些方法供系統(tǒng)訪問。正是這些有統(tǒng)一接口的方法，掩蔽了硬件的具體細(xì)節(jié)，讓系統(tǒng)對各種網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的訪問都采用統(tǒng)一的形式，做到硬件無關(guān)性。 {{分頁}}

下面解釋最基本的方法。

2.2.1 初始化(initialize)

　　驅(qū)動程序必須有一個初始化方法。在把驅(qū)動程序載入系統(tǒng)的時(shí)候會調(diào)用這個初始化程序。它做以下幾方面的工作。檢測設(shè)備。在初始化程序里你可以根據(jù)硬件的特征檢查硬件是否存在，然后決定是否啟動這個驅(qū)動程序。配置和初始化硬件。在初始化程序里你可以完成對硬件資源的配置，比如即插即用的硬件就可以在這個時(shí)候進(jìn)行配置(Linux內(nèi)核對PnP功能沒有很好的支持，可以在驅(qū)動程序里完成這個功能)。配置或協(xié)商好硬件占用的資源以后，就可以向系統(tǒng)申請這些資源。有些資源是可以和別的設(shè)備共享的，如中斷。有些是不能共享的，如IO、DMA。接下來你要初始化device結(jié)構(gòu)中的變量。最后，你可以讓硬件正式開始工作。

2.2.2 打開(open)

open這個方法在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備驅(qū)動程序里是網(wǎng)絡(luò)設(shè)備被激活的時(shí)候被調(diào)用(即設(shè)備狀態(tài)由dow
n-->up)。所以實(shí)際上很多在initialize中的工作可以放到這里來做。比如資源的申請，
硬件的激活。如果dev->open返回非0(error)，則硬件的狀態(tài)還是down。
open方法另一個作用是如果驅(qū)動程序做為一個模塊被裝入，則要防止模塊卸載時(shí)設(shè)備處
于打開狀態(tài)。在open方法里要調(diào)用MOD_INC_USE_COUNT宏。
2.2.3 關(guān)閉(stop)

close方法做和open相反的工作?？梢葬尫拍承┵Y源以減少系統(tǒng)負(fù)擔(dān)。close是在設(shè)備狀
態(tài)由up轉(zhuǎn)為down時(shí)被調(diào)用的。另外如果是做為模塊裝入的驅(qū)動程序，close里應(yīng)該調(diào)用M
OD_DEC_USE_COUNT，減少設(shè)備被引用的次數(shù)，以使驅(qū)動程序可以被卸載。
另外close方法必須返回成功(0==success)。
2.2.4 發(fā)送(hard_start_xmit)
所有的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備驅(qū)動程序都必須有這個發(fā)送方法。在系統(tǒng)調(diào)用驅(qū)動程序的xmit時(shí)，發(fā)送
的數(shù)據(jù)放在一個sk_buff結(jié)構(gòu)中。一般的驅(qū)動程序把數(shù)據(jù)傳給硬件發(fā)出去。也有一些特殊
的設(shè)備比如loopback把數(shù)據(jù)組成一個接收數(shù)據(jù)再回送給系統(tǒng)，或者dummy設(shè)備直接丟棄數(shù)
據(jù)。
如果發(fā)送成功，hard_start_xmit方法里釋放sk_buff，返回0(發(fā)送成功)。如果設(shè)備暫時(shí)
無法處理，比如硬件忙，則返回1。這時(shí)如果dev->tbusy置為非0，則系統(tǒng)認(rèn)為硬件忙，
要等到dev->tbusy置0以后才會再次發(fā)送。tbusy的置0任務(wù)一般由中斷完成。硬件在發(fā)送
結(jié)束后產(chǎn)生中斷，這時(shí)可以把tbusy置0，然后用mark_bh()調(diào)用通知系統(tǒng)可以再次發(fā)送。
在發(fā)送不成功的情況下，也可以不置dev->tbusy為非0，這樣系統(tǒng)會不斷嘗試重發(fā)。如果
hard_start_xmit發(fā)送不成功，則不要釋放sk_buff。傳送下來的sk_buff中的數(shù)據(jù)已經(jīng)包
含硬件需要的幀頭。所以在發(fā)送方法里不需要再填充硬件幀頭，數(shù)據(jù)可以直接提交給硬
件發(fā)送。sk_buff是被鎖住的(locked)，確保其他程序不會存取它。
2.2.5 接收(reception)
驅(qū)動程序并不存在一個接收方法。有數(shù)據(jù)收到應(yīng)該是驅(qū)動程序來通知系統(tǒng)的。一般設(shè)備
收到數(shù)據(jù)后都會產(chǎn)生一個中斷，在中斷處理程序中驅(qū)動程序申請一塊sk_buff(skb)，從
硬件讀出數(shù)據(jù)放置到申請好的緩沖區(qū)里。接下來填充sk_buff中 的一些信息。skb->dev
 = dev，判斷收到幀的協(xié)議類型，填入skb->protocol(多協(xié) 議的支持)。把指針skb->m

ac.raw指向硬件數(shù)據(jù)然后丟棄硬件幀頭(skb_pull)。還要設(shè)置skb->pkt_type，標(biāo)明第二
層(鏈路層)數(shù)據(jù)類型?？梢允且韵骂愋停?
PACKET_BROADCAST : 鏈路層廣播
PACKET_MULTICAST : 鏈路層組播
PACKET_SELF : 發(fā)給自己的幀
PACKET_OTHERHOST : 發(fā)給別人的幀(監(jiān)聽模式時(shí)會有這種幀)
最后調(diào)用netif_rx()把數(shù)據(jù)傳送給協(xié)議層。netif_rx()里數(shù)據(jù)放入處理隊(duì)列然后返回，
真正的處理是在中斷返回以后，這樣可以減少中斷時(shí)間。調(diào)用netif_rx()以后，
驅(qū)動程序就不能再存取數(shù)據(jù)緩沖區(qū)skb。
2.2.6 硬件幀頭(hard_header)
硬件一般都會在上層數(shù)據(jù)發(fā)送之前加上自己的硬件幀頭，比如以太網(wǎng)(Ethernet)就有14
字節(jié)的幀頭。這個幀頭是加在上層ip、ipx等數(shù)據(jù)包的前面的。驅(qū)動程序提供一個hard_
header方法，協(xié)議層(ip、ipx、arp等)在發(fā)送數(shù)據(jù)之前會調(diào)用這段程序。
硬件幀頭的長度必須填在dev->hard_header_len，這樣協(xié)議層回在數(shù)據(jù)之前保留好硬件
幀頭的空間。這樣hard_header程序只要調(diào)用skb_push然后正確填入硬件幀頭就可以了。
 
在協(xié)議層調(diào)用hard_header時(shí)，傳送的參數(shù)包括(2.0.xx)：數(shù)據(jù)的sk_buff，device指針
，protocol，目的地址(daddr)，源地址(saddr)，數(shù)據(jù)長度(len)。數(shù)據(jù)長度不要使用s
k_buff中的參數(shù)，因?yàn)檎{(diào)用hard_header時(shí)數(shù)據(jù)可能還沒完全組織好。saddr是NULL的話
是使用缺省地址(default)。daddr是NULL表明協(xié)議層不知道硬件目的地址。如果hard_h
eader完全填好了硬件幀頭，則返回添加的字節(jié)數(shù)。如果硬件幀頭中的信息還不完全(比
如daddr為NULL，但是幀頭中需要目的硬件地址。典型的情況是以太網(wǎng)需要地址解析(ar

p))，則返回負(fù)字節(jié)數(shù)。hard_header返回負(fù)數(shù)的情況下，協(xié)議層會做進(jìn)一步的build he
ader的工作。目前Linux系統(tǒng)里就是做arp (如果hard_header返回正，dev->arp=1，表明
不需要做arp，返回負(fù)，dev->arp=0，做arp)。
對hard_header的調(diào)用在每個協(xié)議層的處理程序里。如ip_output。
2.2.7 地址解析(xarp)
有些網(wǎng)絡(luò)有硬件地址(比如Ethernet)，并且在發(fā)送硬件幀時(shí)需要知道目的硬件地址。這
樣就需要上層協(xié)議地址(ip、ipx)和硬件地址的對應(yīng)。這個對應(yīng)是通過地址解析完成的。
需要做arp的的設(shè)備在發(fā)送之前會調(diào)用驅(qū)動程序的rebuild_header方法。調(diào)用的主要參數(shù)
包括指向硬件幀頭的指針，協(xié)議層地址。如果驅(qū)動程序能夠解析硬件地址，就返回1，如
果不能，返回0。
對rebuild_header的調(diào)用在net/core/dev.c的do_dev_queue_xmit()里。
2.2.8 參數(shù)設(shè)置和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)
在驅(qū)動程序里還提供一些方法供系統(tǒng)對設(shè)備的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置和讀取信息。一般只有超級
用戶(root)權(quán)限才能對設(shè)備參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。設(shè)置方法有：
dev->set_mac_address()
當(dāng)用戶調(diào)用ioctl類型為SIOCSIFHWADDR時(shí)是要設(shè)置這個設(shè)備的mac地址。一般對mac地址
的設(shè)置沒有太大意義的。
dev->set_config()
當(dāng)用戶調(diào)用ioctl時(shí)類型為SIOCSIFMAP時(shí)，系統(tǒng)會調(diào)用驅(qū)動程序的set_config方法。用戶
會傳遞一個ifmap結(jié)構(gòu)包含需要的I/O、中斷等參數(shù)。
dev->do_ioctl()
如果用戶調(diào)用ioctl時(shí)類型在SIOCDEVPRIVATE和SIOCDEVPRIVATE+15之間，系統(tǒng)會調(diào)用驅(qū)

動程序的這個方法。一般是設(shè)置設(shè)備的專用數(shù)據(jù)。
讀取信息也是通過ioctl調(diào)用進(jìn)行。除次之外驅(qū)動程序還可以提供一個
dev->get_stats方法，返回一個enet_statistics結(jié)構(gòu)，包含發(fā)送接收的統(tǒng)計(jì)信息。ioc
tl的處理在net/core/dev.c的dev_ioctl()和dev_ifsioc()里。
linuxman@263.net
.3 網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動程序中用到的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
最重要的是網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。定義在include/linux/netdevice.h里。它的注釋已經(jīng)
足夠詳盡。
struct device
{
/*
* This is the first field of the "visible" part of this structure
* (i.e. as seen by users in the "Space.c" file). It is the name
* the interface.
*/
char *name;
/* I/O specific fields - FIXME: Merge these and struct ifmap into one */
unsigned long rmem_end; /* shmem "recv" end */
unsigned long rmem_start; /* shmem "recv" start */
unsigned long mem_end; /* shared mem end */
unsigned long mem_start; /* shared mem start */
unsigned long base_addr; /* device I/O address */

unsigned char irq; /* device IRQ number */
/* Low-level status flags. */
volatile unsigned char start, /* start an operation */
interrupt; /* interrupt arrived */
/* 在處理中斷時(shí)interrupt設(shè)為1，處理完清0。 */
unsigned long tbusy; /* transmitter busy must be long for
bitops */
struct device *next;
/* The device initialization function. Called only once. */
/* 指向驅(qū)動程序的初始化方法。 */
int (*init)(struct device *dev);
/* Some hardware also needs these fields, but they are not part of the
usual set specified in Space.c. */
/* 一些硬件可以在一塊板上支持多個接口，可能用到if_port。 */
unsigned char if_port; /* Selectable AUI, TP,..*/
unsigned char dma; /* DMA channel */
struct enet_statistics* (*get_stats)(struct device *dev);
/*
* This marks the end of the "visible" part of the structure. All
* fields hereafter are internal to the system, and may change at
* will (read: may be cleaned up at will).
*/

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/* These may be needed for future network-power-down code. */
/* trans_start記錄最后一次成功發(fā)送的時(shí)間?？梢杂脕泶_定硬件是否工作正常。*/
unsigned long trans_start; /* Time (in jiffies) of last Tx */
unsigned long last_rx; /* Time of last Rx */
/* flags里面有很多內(nèi)容，定義在include/linux/if.h里。*/
unsigned short flags; /* interface flags (a la BSD) */
unsigned short family; /* address family ID (AF_INET) */
unsigned short metric; /* routing metric (not used) */
unsigned short mtu; /* interface MTU value */
/* type標(biāo)明物理硬件的類型。主要說明硬件是否需要arp。定義在
include/linux/if_arp.h里。 */
unsigned short type; /* interface hardware type */
/* 上層協(xié)議層根據(jù)hard_header_len在發(fā)送數(shù)據(jù)緩沖區(qū)前面預(yù)留硬件幀頭空間。*/
unsigned short hard_header_len; /* hardware hdr length */
/* priv指向驅(qū)動程序自己定義的一些參數(shù)。*/
void *priv; /* pointer to private data */
/* Interface address info. */
unsigned char broadcast[MAX_ADDR_LEN]; /* hw bcast add */
unsigned char pad; /* make dev_addr aligned to 8
bytes */
unsigned char dev_addr[MAX_ADDR_LEN]; /* hw address */
unsigned char addr_len; /* hardware address length */

unsigned long pa_addr; /* protocol address */
unsigned long pa_brdaddr; /* protocol broadcast addr */
unsigned long pa_dstaddr; /* protocol P-P other side addr */
unsigned long pa_mask; /* protocol netmask */
unsigned short pa_alen; /* protocol address length */
struct dev_mc_list *mc_list; /* Multicast mac addresses */
int mc_count; /* Number of installed mcasts */
struct ip_mc_list *ip_mc_list; /* IP multicast filter chain */
__u32 tx_queue_len; /* Max frames per queue allowed */
/* For load balancing driver pair support */
unsigned long pkt_queue; /* Packets queued */
struct device *slave; /* Slave device */
struct net_alias_info *alias_info; /* main dev alias info */
struct net_alias *my_alias; /* alias devs */
/* Pointer to the interface buffers. */
struct sk_buff_head buffs[DEV_NUMBUFFS];
/* Pointers to interface service routines. */
int (*open)(struct device *dev);
int (*stop)(struct device *dev);
int (*hard_start_xmit) (struct sk_buff *skb,
struct device *dev);
int (*hard_header) (struct sk_buff *skb,

struct device *dev,
unsigned short type,
void *daddr,
void *saddr,
unsigned len);
int (*rebuild_header)(void *eth, struct device *dev,
unsigned long raddr, struct sk_buff *skb);
#define HAVE_MULTICAST
void (*set_multicast_list)(struct device *dev);
#define HAVE_SET_MAC_ADDR
int (*set_mac_address)(struct device *dev, void *addr);
#define HAVE_PRIVATE_IOCTL
int (*do_ioctl)(struct device *dev, struct ifreq *ifr, int cmd);
#define HAVE_SET_CONFIG
int (*set_config)(struct device *dev, struct ifmap *map);
#define HAVE_HEADER_CACHE
void (*header_cache_bind)(struct hh_cache **hhp, struct device
*dev, unsigned short htype, __u32 daddr);
void (*header_cache_update)(struct hh_cache *hh, struct device
*dev, unsigned char * haddr);
#define HAVE_CHANGE_MTU
int (*change_mtu)(struct device *dev, int new_mtu);

struct iw_statistics* (*get_wireless_stats)(struct device *dev);
};
2.4 常用的系統(tǒng)支持
2.4.1 內(nèi)存申請和釋放
include/linux/kernel.h里聲明了kmalloc()和kfree()。用于在內(nèi)核模式下申請和釋放
內(nèi)存。
void *kmalloc(unsigned int len,int priority);
void kfree(void *__ptr);
與用戶模式下的malloc()不同，kmalloc()申請空間有大小限制。長度是2的整次方。可
以申請的最大長度也有限制。另外kmalloc()有priority參數(shù)，通常使用時(shí)可以為GFP_K
ERNEL，如果在中斷里調(diào)用用GFP_ATOMIC參數(shù)，因?yàn)槭褂肎FP_KERNEL 則調(diào)用者可能進(jìn)入
sleep狀態(tài)，在處理中斷時(shí)是不允許的。
kfree()釋放的內(nèi)存必須是kmalloc()申請的。如果知道內(nèi)存的大小，也可以用kfree_s(
)釋放。
2.4.2 request_irq()、free_irq()
這是驅(qū)動程序申請中斷和釋放中斷的調(diào)用。在include/linux/sched.h里聲明。
request_irq()調(diào)用的定義：
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是要申請的硬件中斷號。在Intel平臺，范圍0--15。handler是向系統(tǒng)登記的中斷處
理函數(shù)。這是一個回調(diào)函數(shù)，中斷發(fā)生時(shí)，系統(tǒng)調(diào)用這個函數(shù)，傳入的參 數(shù)包括硬件中
斷號，device id，寄存器值。dev_id就是下面的request_irq時(shí)傳遞 給系統(tǒng)的參數(shù)dev
_id。irqflags是中斷處理的一些屬性。比較重要的有SA_INTERRUPT，
標(biāo)明中斷處理程序是快速處理程序(設(shè)置SA_INTERRUPT)還是慢速處理程序(不設(shè)置SA_IN
TERRUPT)。快速處理程序被調(diào)用時(shí)屏蔽所有中斷。慢速處理程序不屏蔽。還有 一個SA_
SHIRQ屬性，設(shè)置了以后運(yùn)行多個設(shè)備共享中斷。dev_id在中斷共享時(shí)會用到。一般設(shè)置
為這個設(shè)備的device結(jié)構(gòu)本身或者NULL。中斷處理程序可以用dev_id 找到相應(yīng)的控制這
個中斷的設(shè)備，或者用irq2dev_map找到中斷對應(yīng)的設(shè)備。
void free_irq(unsigned int irq,void *dev_id);
2.4.3 時(shí)鐘
時(shí)鐘的處理類似中斷，也是登記一個時(shí)間處理函數(shù)，在預(yù)定的時(shí)間過后，系統(tǒng)會調(diào)用這
個函數(shù)。在include/linux/timer.h里聲明。
struct timer_list {
struct timer_list *next;
struct timer_list *prev;
unsigned long expires;
unsigned long data;
void (*function)(unsigned long);
};
void add_timer(struct timer_list * timer);
int del_timer(struct timer_list * timer);

void init_timer(struct timer_list * timer);
使用時(shí)鐘，先聲明一個timer_list結(jié)構(gòu)，調(diào)用init_timer對它進(jìn)行初始化。 {{分頁}}
time_list結(jié)構(gòu)里expires是標(biāo)明這個時(shí)鐘的周期，單位采用jiffies的單位。
jiffies是Linux一個全局變量，代表時(shí)間。它的單位隨硬件平臺的不同而不同。
系統(tǒng)里定義了一個常數(shù)HZ，代表每秒種最小時(shí)間間隔的數(shù)目。這樣jiffies的單位就是1
/HZ。Intel平臺jiffies的單位是1/100秒，這就是系統(tǒng)所能分辨的最小時(shí)間間隔了。所
以expires/HZ就是以秒為單位的這個時(shí)鐘的周期。
function就是時(shí)間到了以后的回調(diào)函數(shù)，它的參數(shù)就是timer_list中的data。data這個
參數(shù)在初始化時(shí)鐘的時(shí)候賦值，一般賦給它設(shè)備的device結(jié)構(gòu)指針。
在預(yù)置時(shí)間到系統(tǒng)調(diào)用function，同時(shí)系統(tǒng)把這個time_list從定時(shí)隊(duì)列里清除。所以如
果需要一直使用定時(shí)函數(shù)，要在function里再次調(diào)用add_timer()把這個timer_list加進(jìn)
定時(shí)隊(duì)列。
2.4.4 I/O
I/O端口的存取使用：
inline unsigned int inb(unsigned short port);
inline unsigned int inb_p(unsigned short port);
inline void outb(char value, unsigned short port);
inline void outb_p(char value, unsigned short port);
在include/adm/io.h里定義。
inb_p()、outb_p()與inb()、outb_p()的不同在于前者在存取I/O時(shí)有等待(pause)一適
應(yīng)慢速的I/O設(shè)備。
為了防止存取I/O時(shí)發(fā)生沖突，Linux提供對端口使用情況的控制。在使用端口之前，可

以檢查需要的I/O是否正在被使用，如果沒有，則把端口標(biāo)記為正在使用，使用完后再釋
放。系統(tǒng)提供以下幾個函數(shù)做這些工作。
int check_region(unsigned int from, unsigned int extent);
void request_region(unsigned int from, unsigned int extent,const char *name)
;
void release_region(unsigned int from, unsigned int extent);
其中的參數(shù)from表示用到的I/O端口的起始地址，extent標(biāo)明從from開始的端口數(shù)目。n
ame為設(shè)備名稱。
2.4.5 中斷打開關(guān)閉
系統(tǒng)提供給驅(qū)動程序開放和關(guān)閉響應(yīng)中斷的能力。是在include/asm/system.h中的兩個
定義。
#define cli() __asm__ __volatile__ ("cli"::)
#define sti() __asm__ __volatile__ ("sti"::)
2.4.6 打印信息
類似普通程序里的printf()，驅(qū)動程序要輸出信息使用printk()。在include/linux/ke
rnel.h里聲明。
int printk(const char* fmt, ...);
其中fmt是格式化字符串。...是參數(shù)。都是和printf()格式一樣的。
2.4.7 注冊驅(qū)動程序
如果使用模塊(module)方式加載驅(qū)動程序，需要在模塊初始化時(shí)把設(shè)備注冊 到系統(tǒng)設(shè)備
表里去。不再使用時(shí)，把設(shè)備從系統(tǒng)中卸除。定義在drivers/net/net_init.h里的兩個
函數(shù)完成這個工作。

int register_netdev(struct device *dev);
void unregister_netdev(struct device *dev);
dev就是要注冊進(jìn)系統(tǒng)的設(shè)備結(jié)構(gòu)指針。在register_netdev()時(shí)，dev結(jié)構(gòu)一般填寫前面
11項(xiàng)，即到init，后面的暫時(shí)可以不用初始化。最重要的是name指針和init方法。name
指針空(NULL)或者內(nèi)容為或者name[0]為空格(space)，則系統(tǒng)把你的設(shè)備做為以太網(wǎng)設(shè)
備處理。以太網(wǎng)設(shè)備有統(tǒng)一的命名格式，ethX。對以太網(wǎng)這么特別對待大概和Linux的歷
史有關(guān)。
init方法一定要提供，register_netdev()會調(diào)用這個方法讓你對硬件檢測和設(shè)置。
register_netdev()返回0表示成功，非0不成功。
2.4.8 sk_buff
Linux網(wǎng)絡(luò)各層之間的數(shù)據(jù)傳送都是通過sk_buff。sk_buff提供一套管理緩沖區(qū)的方法，
是Linux系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)高效運(yùn)行的關(guān)鍵。每個sk_buff包括一些控制方法和一塊數(shù)據(jù)緩沖區(qū)。
控制方法按功能分為兩種類型。一種是控制整個buffer鏈的方法，
另一種是控制數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的方法。sk_buff組織成雙向鏈表的形式，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的特點(diǎn)
，對鏈表的操作主要是刪除鏈表頭的元素和添加到鏈表尾。sk_buff的控制
方法都很短小以盡量減少系統(tǒng)負(fù)荷。(translated from article written by Alan Cox
)
常用的方法包括：
.alloc_skb() 申請一個sk_buff并對它初始化。返回就是申請到的sk_buff。
.dev_alloc_skb()類似alloc_skb，在申請好緩沖區(qū)后，保留16字節(jié)的幀頭空間。主要用
在Ethernet驅(qū)動程序。
.kfree_skb() 釋放一個sk_buff。

.skb_clone() 復(fù)制一個sk_buff，但不復(fù)制數(shù)據(jù)部分。
.skb_copy()完全復(fù)制一個sk_buff。
.skb_dequeue() 從一個sk_buff鏈表里取出第一個元素。返回取出的sk_buff，如果鏈表
空則返回NULL。這是常用的一個操作。
.skb_queue_head() 在一個sk_buff鏈表頭放入一個元素。
.skb_queue_tail() 在一個sk_buff鏈表尾放入一個元素。這也是常用的一個操作。網(wǎng)絡(luò)
數(shù)據(jù)的處理主要是對一個先進(jìn)先出隊(duì)列的管理，skb_queue_tail()
和skb_dequeue()完成這個工作。
.skb_insert() 在鏈表的某個元素前插入一個元素。
.skb_append() 在鏈表的某個元素后插入一個元素。一些協(xié)議(如TCP)對沒按順序到達(dá)的
數(shù)據(jù)進(jìn)行重組時(shí)用到skb_insert()和skb_append()。
.skb_reserve() 在一個申請好的sk_buff的緩沖區(qū)里保留一塊空間。這個空間一般是用
做下一層協(xié)議的頭空間的。
.skb_put() 在一個申請好的sk_buff的緩沖區(qū)里為數(shù)據(jù)保留一塊空間。在
alloc_skb以后，申請到的sk_buff的緩沖區(qū)都是處于空(free)狀態(tài)，有一個tail指針指
向free空間，實(shí)際上開始時(shí)tail就指向緩沖區(qū)頭。skb_reserve()
在free空間里申請協(xié)議頭空間，skb_put()申請數(shù)據(jù)空間。見下面的圖。
.skb_push() 把sk_buff緩沖區(qū)里數(shù)據(jù)空間往前移。即把Head room中的空間移一部分到
Data area。
.skb_pull() 把sk_buff緩沖區(qū)里Data area中的空間移一部分到Head room中。
--------------------------------------------------
| Tail room(free) |

--------------------------------------------------
After alloc_skb()
--------------------------------------------------
| Head room | Tail room(free) |
--------------------------------------------------
After skb_reserve()
--------------------------------------------------
| Head room | Data area | Tail room(free) |
--------------------------------------------------
After skb_put()
--------------------------------------------------
|Head| skb_ | Data | Tail room(free) |
|room| push | | |
| | Data area | |
--------------------------------------------------
After skb_push()
--------------------------------------------------
| Head | skb_ | Data area | Tail room(free) |
| | pull | | |
| Head room | | |
--------------------------------------------------
After skb_pull()