Linux網(wǎng)卡驅動(dòng)程序編寫(xiě)

工作需要寫(xiě)了我們公司一塊網(wǎng)卡的Linux驅動(dòng)程序。經(jīng)歷一個(gè)從無(wú)到有的過(guò)程，深感技術(shù)交流的重要。Linux作為挑戰微軟壟斷的強有力武器，日益受到大家的喜愛(ài)。真希望她能在中國迅速成長(cháng)。把程序文檔貼出來(lái)，希望和大家探討Linux技術(shù)和應用，促進(jìn)Linux在中國的普及。

Linux操作系統網(wǎng)絡(luò )驅動(dòng)程序編寫(xiě)

一.Linux系統設備驅動(dòng)程序概述

1.1Linux設備驅動(dòng)程序分類(lèi)

1.2編寫(xiě)驅動(dòng)程序的一些基本概念

二.Linux系統網(wǎng)絡(luò )設備驅動(dòng)程序

2.1網(wǎng)絡(luò )驅動(dòng)程序的結構

2.2網(wǎng)絡(luò )驅動(dòng)程序的基本方法

2.3網(wǎng)絡(luò )驅動(dòng)程序中用到的數據結構

2.4常用的系統支持

三.編寫(xiě)Linux網(wǎng)絡(luò )驅動(dòng)程序中可能遇到的問(wèn)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調試

四.進(jìn)一步的閱讀

五.雜項

一.Linux系統設備驅動(dòng)程序概述

1.1Linux設備驅動(dòng)程序分類(lèi)

Linux設備驅動(dòng)程序在Linux的內核源代碼中占有很大的比例，源代碼的長(cháng)度日益增加，主要是驅動(dòng)程序的增加。在Linux內核的不斷升級過(guò)程中，驅動(dòng)程序的結構還是相對穩定。在2.0.xx到2.2.xx的變動(dòng)里，驅動(dòng)程序的編寫(xiě)做了一些改變，但是從2.0.xx的驅動(dòng)到2.2.xx的移植只需做少量的工作。

Linux系統的設備分為字符設備(chardevice)，塊設備(blockdevice)和網(wǎng)絡(luò )設備(networkdevice)三種。字符設備是指存取時(shí)沒(méi)有緩存的設備。塊設備的讀寫(xiě)都有緩存來(lái)支持，并且塊設備必須能夠隨機存取(randomaccess)，字符設備則沒(méi)有這個(gè)要求。典型的字符設備包括鼠標，鍵盤(pán)，串行口等。塊設備主要包括硬盤(pán)軟盤(pán)設備，CD-ROM等。一個(gè)文件系統要安裝進(jìn)入操作系統必須在塊設備上。

網(wǎng)絡(luò )設備在Linux里做專(zhuān)門(mén)的處理。Linux的網(wǎng)絡(luò )系統主要是基于BSDunix的socket機制。在系統和驅動(dòng)程序之間定義有專(zhuān)門(mén)的數據結構(sk_buff)進(jìn)行數據的傳遞。系統里支持對發(fā)送數據和接收數據的緩存，提供流量控制機制，提供對多協(xié)議的支持。

1.2編寫(xiě)驅動(dòng)程序的一些基本概念

無(wú)論是什么操作系統的驅動(dòng)程序，都有一些通用的概念。操作系統提供給驅動(dòng)程序的支持也大致相同。下面簡(jiǎn)單介紹一下網(wǎng)絡(luò )設備驅動(dòng)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 )設備最基本的功能。一塊網(wǎng)卡所做的無(wú)非就是收發(fā)工作。所以驅動(dòng)程序里要告訴系統你的發(fā)送函數在哪里，系統在有數據要發(fā)送時(shí)就會(huì )調用你的發(fā)送程序。還有驅動(dòng)程序由于是直接操縱硬件的，所以網(wǎng)絡(luò )硬件有數據收到最先能得到這個(gè)數據的也就是驅動(dòng)程序，它負責把這些原始數據進(jìn)行必要的處理然后送給系統。這里，操作系統必須要提供兩個(gè)機制，一個(gè)是找到驅動(dòng)程序的發(fā)送函數，一個(gè)是驅動(dòng)程序把收到的數據送給系統。

1.2.2中斷

中斷在現代計算機結構中有重要的地位。操作系統必須提供驅動(dòng)程序響應中斷的能力。一般是把一個(gè)中斷處理程序注冊到系統中去。操作系統在硬件中斷發(fā)生后調用驅動(dòng)程序的處理程序。Linux支持中斷的共享，即多個(gè)設備共享一個(gè)中斷。

1.2.3時(shí)鐘

在實(shí)現驅動(dòng)程序時(shí)，很多地方會(huì )用到時(shí)鐘。如某些協(xié)議里的超時(shí)處理，沒(méi)有中斷機制的硬件的輪詢(xún)等。操作系統應為驅動(dòng)程序提供定時(shí)機制。一般是在預定的時(shí)間過(guò)了以后回調注冊的時(shí)鐘函數。在網(wǎng)絡(luò )驅動(dòng)程序中，如果硬件沒(méi)有中斷功能，定時(shí)器可以提供輪詢(xún)(poll)方式對硬件進(jìn)行存取?；蛘呤菍?shí)現某些協(xié)議時(shí)需要的超時(shí)重傳等。

二.Linux系統網(wǎng)絡(luò )設備驅動(dòng)程序

2.1網(wǎng)絡(luò )驅動(dòng)程序的結構

所有的Linux網(wǎng)絡(luò )驅動(dòng)程序遵循通用的接口。設計時(shí)采用的是面向對象的方法。一個(gè)設備就是一個(gè)對象(device結構)，它內部有自己的數據和方法。每一個(gè)設備的方法被調用時(shí)的第一個(gè)參數都是這個(gè)設備對象本身。這樣這個(gè)方法就可以存取自身的數據(類(lèi)似面向對象程序設計時(shí)的this引用)。

一個(gè)網(wǎng)絡(luò )設備最基本的方法有初始化、發(fā)送和接收。

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|deliverpackets||receivepacketsqueue|

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

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||/

/||

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

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

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||/

/||

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|sendtohardware||receivcefromhardware|

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||/

/||

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|hardwaremedia|

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初始化程序完成硬件的初始化、device中變量的初始化和系統資源的申請。發(fā)送程序是在驅動(dòng)程序的上層協(xié)議層有數據要發(fā)送時(shí)自動(dòng)調用的。一般驅動(dòng)程序中不對發(fā)送數據進(jìn)行緩存，而是直接使用硬件的發(fā)送功能把數據發(fā)送出去。接收數據一般是通過(guò)硬件中斷來(lái)通知的。在中斷處理程序里，把硬件幀信息填入一個(gè)skbuff結構中，然后調用netif_rx()傳遞給上層處理。

2.2網(wǎng)絡(luò )驅動(dòng)程序的基本方法

網(wǎng)絡(luò )設備做為一個(gè)對象，提供一些方法供系統訪(fǎng)問(wèn)。正是這些有統一接口的方法，掩蔽了硬件的具體細節，讓系統對各種網(wǎng)絡(luò )設備的訪(fǎng)問(wèn)都采用統一的形式，做到硬件無(wú)關(guān)性。

下面解釋最基本的方法。

2.2.1初始化(initialize)

驅動(dòng)程序必須有一個(gè)初始化方法。在把驅動(dòng)程序載入系統的時(shí)候會(huì )調用這個(gè)初始化程序。它做以下幾方面的工作。檢測設備。在初始化程序里你可以根據硬件的特征檢查硬件是否存在，然后決定是否啟動(dòng)這個(gè)驅動(dòng)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內核對PnP功能沒(méi)有很好的支持，可以在驅動(dòng)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，就可以向系統申請這些資源。有些資源是可以和別的設備共享的，如中斷。有些是不能共享的，如IO、DMA。接下來(lái)你要初始化device結構中的變量。最后，你可以讓硬件正式開(kāi)始工作。