Linux網卡驅動程序編寫

工作需要寫了我們公司一塊網卡的Linux驅動程序。經歷一個從無到有的過程，深感技術交流的重要。Linux作為挑戰(zhàn)微軟壟斷的強有力武器，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技術和應用，促進Linux在中國的普及。

Linux操作系統(tǒng)網絡驅動程序編寫

一.Linux系統(tǒng)設備驅動程序概述

1.1Linux設備驅動程序分類

1.2編寫驅動程序的一些基本概念

二.Linux系統(tǒng)網絡設備驅動程序

2.1網絡驅動程序的結構

2.2網絡驅動程序的基本方法

2.3網絡驅動程序中用到的數據結構

2.4常用的系統(tǒng)支持

三.編寫Linux網絡驅動程序中可能遇到的問題

3.1中斷共享

3.2硬件發(fā)送忙時的處理

3.3流量控制(flowcontrol)

3.4調試

四.進一步的閱讀

五.雜項

一.Linux系統(tǒng)設備驅動程序概述

1.1Linux設備驅動程序分類

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

Linux系統(tǒng)的設備分為字符設備(chardevice)，塊設備(blockdevice)和網絡設備(networkdevice)三種。字符設備是指存取時沒有緩存的設備。塊設備的讀寫都有緩存來支持，并且塊設備必須能夠隨機存取(randomaccess)，字符設備則沒有這個要求。典型的字符設備包括鼠標，鍵盤，串行口等。塊設備主要包括硬盤軟盤設備，CD-ROM等。一個文件系統(tǒng)要安裝進入操作系統(tǒng)必須在塊設備上。

網絡設備在Linux里做專門的處理。Linux的網絡系統(tǒng)主要是基于BSDunix的socket機制。在系統(tǒng)和驅動程序之間定義有專門的數據結構(sk_buff)進行數據的傳遞。系統(tǒng)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編寫驅動程序的一些基本概念

無論是什么操作系統(tǒng)的驅動程序，都有一些通用的概念。操作系統(tǒng)提供給驅動程序的支持也大致相同。下面簡單介紹一下網絡設備驅動程序的一些基本要求。

1.2.1發(fā)送和接收

這是一個網絡設備最基本的功能。一塊網卡所做的無非就是收發(fā)工作。所以驅動程序里要告訴系統(tǒng)你的發(fā)送函數在哪里，系統(tǒng)在有數據要發(fā)送時就會調用你的發(fā)送程序。還有驅動程序由于是直接操縱硬件的，所以網絡硬件有數據收到最先能得到這個數據的也就是驅動程序，它負責把這些原始數據進行必要的處理然后送給系統(tǒng)。這里，操作系統(tǒng)必須要提供兩個機制，一個是找到驅動程序的發(fā)送函數，一個是驅動程序把收到的數據送給系統(tǒng)。

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(tǒng)必須提供驅動程序響應中斷的能力。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)生后調用驅動程序的處理程序。Linux支持中斷的共享，即多個設備共享一個中斷。

1.2.3時鐘

在實現驅動程序時，很多地方會用到時鐘。如某些協(xié)議里的超時處理，沒有中斷機制的硬件的輪詢等。操作系統(tǒng)應為驅動程序提供定時機制。一般是在預定的時間過了以后回調注冊的時鐘函數。在網絡驅動程序中，如果硬件沒有中斷功能，定時器可以提供輪詢(poll)方式對硬件進行存取。或者是實現某些協(xié)議時需要的超時重傳等。

二.Linux系統(tǒng)網絡設備驅動程序

2.1網絡驅動程序的結構

所有的Linux網絡驅動程序遵循通用的接口。設計時采用的是面向對象的方法。一個設備就是一個對象(device結構)，它內部有自己的數據和方法。每一個設備的方法被調用時的第一個參數都是這個設備對象本身。這樣這個方法就可以存取自身的數據(類似面向對象程序設計時的this引用)。

一個網絡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(tǒng)資源的申請。發(fā)送程序是在驅動程序的上層協(xié)議層有數據要發(fā)送時自動調用的。一般驅動程序中不對發(fā)送數據進行緩存，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結構中，然后調用netif_rx()傳遞給上層處理。

2.2網絡驅動程序的基本方法

網絡設備做為一個對象，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節(jié)，讓系統(tǒng)對各種網絡設備的訪問都采用統(tǒng)一的形式，做到硬件無關性。

下面解釋最基本的方法。

2.2.1初始化(initialize)

驅動程序必須有一個初始化方法。在把驅動程序載入系統(tǒng)的時候會調用這個初始化程序。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，然后決定是否啟動這個驅動程序。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候進行配置(Linux內核對PnP功能沒有很好的支持，可以在驅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結構中的變量。最后，你可以讓硬件正式開始工作。