VxWorks系統下的RTL8139驅動(dòng)程序改進(jìn)

0 引言

rtl8139是臺灣realtek半導體公司生產(chǎn)的一種快速以太網(wǎng)控制器，提供符合pci2.2標準的接口，兼容ieee802.3u 100base－t規范，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，價(jià)格便宜，性能穩定，是pc機、電信終端產(chǎn)品中應用最多的以太網(wǎng)控制器之一。rtl8139在各種操作系統下的驅動(dòng)都能從realtek公司網(wǎng)頁(yè)下載，其中包括vxworks系統下的驅動(dòng)，而且提供c源代碼。但是在嵌入式系統下，針對不同的硬件平臺，往往需要修改該驅動(dòng)程序以提高其穩定性和效率?；趍pc8241 cpu的硬件平臺，本文提出rtl8139在vxworks系統下驅動(dòng)程序的改進(jìn)措施。

1 硬件平臺簡(jiǎn)介

圖1所示為某交換機終端設備的部分硬件框圖。

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處理器內核外，還集成了mpc107橋，提供pci接口與rtl8139連接，橋上有內存控制器，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(guò)集線(xiàn)器（hub）連入internet，其作用是轉發(fā)由話(huà)音信號打成的數據包，要求1200pps（每秒數據包），且cpu占用率不高于50％。

vxworks支持end（增加型網(wǎng)絡(luò )驅動(dòng)）格式的以太網(wǎng)控制器驅動(dòng)，提供mux層作為網(wǎng)絡(luò )協(xié)議和以太網(wǎng)控制器驅動(dòng)間的接口，mux規定了驅動(dòng)的接口函數，rtl8139驅動(dòng)程序rtl8139end.c是完全按照end格式編寫(xiě)的代碼，提供了所有mux層規定的接口函數，只要寫(xiě)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，按照end格式驅動(dòng)裝載程序，裝載成功后rtl8139就能順利運行。

2 驅動(dòng)程序中需要解決的問(wèn)題

如果數據包的收發(fā)速率是均勻的，rtl8139完全可以達到前文提出的要求，但是internet上經(jīng)常有突發(fā)的數據包，而rtl8139的接收f(shuō)ifo和發(fā)送fifo都只有2kb，加之rtl8139對收發(fā)數據包采取完全拷貝方式，在數據包突發(fā)期間，cpu占用率過(guò)高，來(lái)不及處理過(guò)多的數據包，從而造成丟包。在rtl8139end.c中，驅動(dòng)的數據包緩沖和協(xié)議棧的內存池是完全分開(kāi)的，數據包接收和發(fā)送都有1次拷貝過(guò)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(guò)后，應恢復正常的收發(fā)包流程。但在前文介紹的硬件平臺上運行rtl8139end.c，在pc機上用sniffer以連續方式給rtl8139發(fā)數據包，測試時(shí)間為數十秒，停止發(fā)包后，在pc機上用ping命令測試rtl8139能否正?；匕?，結果不能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。

分析rtl8139end.c程序，其發(fā)送數據包流程如圖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)數據包。在函數rtl8139send()中申請1個(gè)發(fā)送數據包緩沖區，將協(xié)議棧傳下來(lái)的數據包拷貝進(jìn)該緩沖區，然后將該緩沖區的首地址寫(xiě)入發(fā)送起始地址寄存器，最后填寫(xiě)發(fā)送狀態(tài)寄存器，并將其own位置0，表示將該緩沖區交給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()，調用rtl8139handlesendint()，在該函數中讀取發(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，直到own位變?yōu)?，才能釋放相應的發(fā)送緩沖，其占用的發(fā)送描述符變?yōu)榭捎谩?/p>

以上過(guò)程可歸結為兩點(diǎn)：

a)在rtl8139send()中申請1個(gè)數據包緩沖區，占用1個(gè)發(fā)送描述符；

b)在rtl8139int()中釋放相應的數據包緩沖區和發(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)節不出問(wèn)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(guò)發(fā)包操作、發(fā)送狀態(tài)寄存器的own位變?yōu)?的描述符和相應包緩沖都釋放掉。這樣可增強程序的穩定性，在有突發(fā)包的情況下，cpu可能來(lái)不及響應中斷，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4個(gè)發(fā)包中斷未響應，發(fā)送描述符全被占用，下次進(jìn)入rtl8139send()將無(wú)發(fā)送描述符可用，也就不會(huì )再有發(fā)包中斷，rtl8139handlesendint()不會(huì )被調用，發(fā)送描述符無(wú)法釋放，發(fā)包流程就此中斷，不能恢復，這就是上述rtl8139不能ping通的原因。

3 解決辦法

根據以上分析，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，這只要調用一次rtl8139handlesendint()就能實(shí)現。mpc8241片內集成有4個(gè)定時(shí)器(timero～timer3)，可以使用其中的timero來(lái)產(chǎn)生硬件定時(shí)中斷。在中斷服務(wù)程序中，以rtl8139handlesendint函數指針作為入口參數調用netjobadd()，這樣就可以定時(shí)執行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：