VxWorks系統(tǒng)下的RTL8139驅(qū)動(dòng)程序改進(jìn)

0 引言

rtl8139是臺灣realtek半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的一種快速以太網(wǎng)控制器，提供符合pci2.2標(biāo)準(zhǔn)的接口，兼容ieee802.3u 100base－t規(guī)范，支持ieee－802.3x全雙工流量控制，支持10mbit.s－1/100mbit.s－1全雙工、半雙工自適應(yīng)，價(jià)格便宜，性能穩(wěn)定，是pc機(jī)、電信終端產(chǎn)品中應(yīng)用最多的以太網(wǎng)控制器之一。rtl8139在各種操作系統(tǒng)下的驅(qū)動(dòng)都能從realtek公司網(wǎng)頁下載，其中包括vxworks系統(tǒng)下的驅(qū)動(dòng)，而且提供c源代碼。但是在嵌入式系統(tǒng)下，針對不同的硬件平臺，往往需要修改該驅(qū)動(dòng)程序以提高其穩(wěn)定性和效率?；趍pc8241 cpu的硬件平臺，本文提出rtl8139在vxworks系統(tǒng)下驅(qū)動(dòng)程序的改進(jìn)措施。

1 硬件平臺簡介

圖1所示為某交換機(jī)終端設(shè)備的部分硬件框圖。

cpu采用motorola公司的powerpc系列處理器之一的mpc8241，該芯片除嵌入32位powerpc處理器內(nèi)核外，還集成了mpc107橋，提供pci接口與rtl8139連接，橋上有內(nèi)存控制器，掛16mb sdram和4 mbflash。cpu時(shí)鐘是166mhz，sdram時(shí)鐘是66mhz，pci時(shí)鐘是33mhz，rtl8139工作在10mbit/s，半雙工方式，通過集線器（hub）連入internet，其作用是轉(zhuǎn)發(fā)由話音信號打成的數(shù)據(jù)包，要求1200pps（每秒數(shù)據(jù)包），且cpu占用率不高于50％。

vxworks支持end（增加型網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)）格式的以太網(wǎng)控制器驅(qū)動(dòng)，提供mux層作為網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和以太網(wǎng)控制器驅(qū)動(dòng)間的接口，mux規(guī)定了驅(qū)動(dòng)的接口函數(shù)，rtl8139驅(qū)動(dòng)程序rtl8139end.c是完全按照end格式編寫的代碼，提供了所有mux層規(guī)定的接口函數(shù)，只要寫好rtl8139 pci配制空間寄存器，在sysrtl8139end.c中傳入pci空間首地址、中斷向量號和中斷優(yōu)先級參數(shù)，按照end格式驅(qū)動(dòng)裝載程序，裝載成功后rtl8139就能順利運(yùn)行。

2 驅(qū)動(dòng)程序中需要解決的問題

如果數(shù)據(jù)包的收發(fā)速率是均勻的，rtl8139完全可以達(dá)到前文提出的要求，但是internet上經(jīng)常有突發(fā)的數(shù)據(jù)包，而rtl8139的接收fifo和發(fā)送fifo都只有2kb，加之rtl8139對收發(fā)數(shù)據(jù)包采取完全拷貝方式，在數(shù)據(jù)包突發(fā)期間，cpu占用率過高，來不及處理過多的數(shù)據(jù)包，從而造成丟包。在rtl8139end.c中，驅(qū)動(dòng)的數(shù)據(jù)包緩沖和協(xié)議棧的內(nèi)存池是完全分開的，數(shù)據(jù)包接收和發(fā)送都有1次拷貝過程，而高性能以太網(wǎng)控制器一般只在發(fā)送時(shí)需要拷貝1次，這樣每收發(fā)一個(gè)包，cpu需要多拷貝1次，這是導(dǎo)致rtl8139性能不高的重要原因，但這種包處理方式是由硬件決定的，驅(qū)動(dòng)程序不能改變。事實(shí)上，在突發(fā)包很多的情況下，以太網(wǎng)控制器丟包是允許的，但突發(fā)時(shí)間過后，應(yīng)恢復(fù)正常的收發(fā)包流程。但在前文介紹的硬件平臺上運(yùn)行rtl8139end.c，在pc機(jī)上用sniffer以連續(xù)方式給rtl8139發(fā)數(shù)據(jù)包，測試時(shí)間為數(shù)十秒，停止發(fā)包后，在pc機(jī)上用ping命令測試rtl8139能否正?；匕Y(jié)果不能ping通，表明rtl8139的收發(fā)包流程因突發(fā)包太多而中斷，且不能恢復(fù)。

分析rtl8139end.c程序，其發(fā)送數(shù)據(jù)包流程如圖2所示。

rtl8139有4個(gè)發(fā)送描述符，有各自的發(fā)送狀態(tài)寄存器tsd0～tsd3和發(fā)送起始地址寄存器tsad0～tsad3，每個(gè)發(fā)送描述符可發(fā)送1個(gè)數(shù)據(jù)包。在函數(shù)rtl8139send()中申請1個(gè)發(fā)送數(shù)據(jù)包緩沖區(qū)，將協(xié)議棧傳下來的數(shù)據(jù)包拷貝進(jìn)該緩沖區(qū)，然后將該緩沖區(qū)的首地址寫入發(fā)送起始地址寄存器，最后填寫發(fā)送狀態(tài)寄存器，并將其own位置0，表示將該緩沖區(qū)交給rtl8139的發(fā)送dma管理，啟動(dòng)發(fā)送操作。發(fā)送完成后rtl8139產(chǎn)生中斷，進(jìn)人中斷服務(wù)程序rtl8139int()，調(diào)用rtl8139handlesendint()，在該函數(shù)中讀取發(fā)送狀態(tài)寄存器。如果own位為1，則表示發(fā)送dma操作完成，釋放相應(yīng)的發(fā)送緩沖；否則表示發(fā)送dma操作未完成，該發(fā)送緩沖仍由rtl8139硬件所有，下次進(jìn)入發(fā)送中斷再重新查看own位。如此循環(huán)往復(fù)，直到own位變?yōu)?，才能釋放相應(yīng)的發(fā)送緩沖，其占用的發(fā)送描述符變?yōu)榭捎谩?/p>

以上過程可歸結(jié)為兩點(diǎn)：

a)在rtl8139send()中申請1個(gè)數(shù)據(jù)包緩沖區(qū)，占用1個(gè)發(fā)送描述符；

b)在rtl8139int()中釋放相應(yīng)的數(shù)據(jù)包緩沖區(qū)和發(fā)送描述符。

從以上分析可以看出，只要發(fā)包的這兩個(gè)環(huán)節(jié)不出問題，發(fā)包流程就不會(huì)中斷，另外，在rtl8139handlesendint()中，不是僅僅釋放1個(gè)包緩沖和描述符，而是將所有啟動(dòng)過發(fā)包操作、發(fā)送狀態(tài)寄存器的own位變?yōu)?的描述符和相應(yīng)包緩沖都釋放掉。這樣可增強(qiáng)程序的穩(wěn)定性，在有突發(fā)包的情況下，cpu可能來不及響應(yīng)中斷，即造成中斷丟失，但只要還有1個(gè)描述符可用，發(fā)包完成后能進(jìn)中斷，就可以把以前占用的緩沖和描述符全部釋放掉。如果突發(fā)包太多，cpu連續(xù)4個(gè)發(fā)包中斷未響應(yīng)，發(fā)送描述符全被占用，下次進(jìn)入rtl8139send()將無發(fā)送描述符可用，也就不會(huì)再有發(fā)包中斷，rtl8139handlesendint()不會(huì)被調(diào)用，發(fā)送描述符無法釋放，發(fā)包流程就此中斷，不能恢復(fù)，這就是上述rtl8139不能ping通的原因。

3 解決辦法

根據(jù)以上分析，只有將被占用的發(fā)送描述符和發(fā)送緩沖釋放，發(fā)包流程才能恢復(fù)，這只要調(diào)用一次rtl8139handlesendint()就能實(shí)現(xiàn)。mpc8241片內(nèi)集成有4個(gè)定時(shí)器(timero～timer3)，可以使用其中的timero來產(chǎn)生硬件定時(shí)中斷。在中斷服務(wù)程序中，以rtl8139handlesendint函數(shù)指針作為入口參數(shù)調(diào)用netjobadd()，這樣就可以定時(shí)執(zhí)行rtl8139handlesendint()，及時(shí)釋放被占用的發(fā)送描述符。這需要在rtl8139start()中添加如下代碼：