Linux網(wǎng)卡驅(qū)動程序編寫

工作需要寫了我們公司一塊網(wǎng)卡的Linux驅(qū)動程序。經(jīng)歷一個(gè)從無到有的過程，深感技術(shù)交流的重要。Linux作為挑戰(zhàn)微軟壟斷的強(qiáng)有力武器，日益受到大家的喜愛。真希望她能在中國迅速成長。把程序文檔貼出來，希望和大家探討Linux技術(shù)和應(yīng)用，促進(jìn)Linux在中國的普及。

Linux操作系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動程序編寫

一.Linux系統(tǒng)設(shè)備驅(qū)動程序概述

1.1Linux設(shè)備驅(qū)動程序分類

1.2編寫驅(qū)動程序的一些基本概念

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)

2.2網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動程序的基本方法

2.3網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動程序中用到的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

2.4常用的系統(tǒng)支持

三.編寫Linux網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動程序中可能遇到的問題

3.1中斷共享

3.2硬件發(fā)送忙時(shí)的處理

3.3流量控制(flowcontrol)

3.4調(diào)試

四.進(jìn)一步的閱讀

五.雜項(xiàng)

一.Linux系統(tǒng)設(shè)備驅(qū)動程序概述

1.1Linux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(chardevice)，塊設(shè)備(blockdevice)和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備(networkdevice)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(randomaccess)，字符設(shè)備則沒有這個(gè)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(gè)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BSDunix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(gè)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(gè)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(gè)機(jī)制，一個(gè)是找到驅(qū)動程序的發(fā)送函數(shù)，一個(gè)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(gè)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(gè)設(shè)備共享一個(gè)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。或者是實(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(gè)設(shè)備就是一個(gè)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(gè)設(shè)備的方法被調(diào)用時(shí)的第一個(gè)參數(shù)都是這個(gè)設(shè)備對象本身。這樣這個(gè)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(gè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備最基本的方法有初始化、發(fā)送和接收。

----------------------------------------

|deliverpackets||receivepacketsqueue|

|(dev_queue_xmit())||them(netif_rx())|

----------------------------------------

||/

/||

-------------------------------------------------------

|methodsandvariables(initialize,open,close,hard_xmit,|

|interrupthandler,config,resources,status...)|

-------------------------------------------------------

||/

/||

---------------------------------------

|sendtohardware||receivcefromhardware|

---------------------------------------

||/

/||

-----------------------------------------------------

|hardwaremedia|

-----------------------------------------------------

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(gè)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(gè)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。

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(gè)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(gè)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(gè)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(gè)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(gè)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。