VxWorks系統下的RTL8139驅動程序改進

0 引言

rtl8139是臺灣realtek半導體公司生產的一種快速以太網控制器，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，價格便宜，性能穩定，是pc機、電信終端產品中應用最多的以太網控制器之一。rtl8139在各種操作系統下的驅動都能從realtek公司網頁下載，其中包括vxworks系統下的驅動，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程序以提高其穩定性和效率。基于mpc8241 cpu的硬件平臺，本文提出rtl8139在vxworks系統下驅動程序的改進措施。

1 硬件平臺簡介

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時鐘是166mhz，sdram時鐘是66mhz，pci時鐘是33mhz，rtl8139工作在10mbit/s，半雙工方式，通過集線器（hub）連入internet，其作用是轉發由話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（增加型網絡驅動）格式的以太網控制器驅動，提供mux層作為網絡協議和以太網控制器驅動間的接口，mux規定了驅動的接口函數，rtl8139驅動程序rtl8139end.c是完全按照end格式編寫的代碼，提供了所有mux層規定的接口函數，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先級參數，按照end格式驅動裝載程序，裝載成功后rtl8139就能順利運行。

2 驅動程序中需要解決的問題

如果數據包的收發速率是均勻的，rtl8139完全可以達到前文提出的要求，但是internet上經常有突發的數據包，而rtl8139的接收fifo和發送fifo都只有2kb，加之rtl8139對收發數據包采取完全拷貝方式，在數據包突發期間，cpu占用率過高，來不及處理過多的數據包，從而造成丟包。在rtl8139end.c中，驅動的數據包緩沖和協議棧的內存池是完全分開的，數據包接收和發送都有1次拷貝過程，而高性能以太網控制器一般只在發送時需要拷貝1次，這樣每收發一個包，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，驅動程序不能改變。事實上，在突發包很多的情況下，以太網控制器丟包是允許的，但突發時間過后，應恢復正常的收發包流程。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發數據包，測試時間為數十秒，停止發包后，在pc機上用ping命令測試rtl8139能否正常回包，結果不能ping通，表明rtl8139的收發包流程因突發包太多而中斷，且不能恢復。

分析rtl8139end.c程序，其發送數據包流程如圖2所示。

rtl8139有4個發送描述符，有各自的發送狀態寄存器tsd0～tsd3和發送起始地址寄存器tsad0～tsad3，每個發送描述符可發送1個數據包。在函數rtl8139send()中申請1個發送數據包緩沖區，將協議棧傳下來的數據包拷貝進該緩沖區，然后將該緩沖區的首地址寫入發送起始地址寄存器，最后填寫發送狀態寄存器，并將其own位置0，表示將該緩沖區交給rtl8139的發送dma管理，啟動發送操作。發送完成后rtl8139產生中斷，進人中斷服務程序rtl8139int()，調用rtl8139handlesendint()，在該函數中讀取發送狀態寄存器。如果own位為1，則表示發送dma操作完成，釋放相應的發送緩沖；否則表示發送dma操作未完成，該發送緩沖仍由rtl8139硬件所有，下次進入發送中斷再重新查看own位。如此循環往復，直到own位變為1，才能釋放相應的發送緩沖，其占用的發送描述符變為可用。

以上過程可歸結為兩點：

a)在rtl8139send()中申請1個數據包緩沖區，占用1個發送描述符；

b)在rtl8139int()中釋放相應的數據包緩沖區和發送描述符。

從以上分析可以看出，只要發包的這兩個環節不出問題，發包流程就不會中斷，另外，在rtl8139handlesendint()中，不是僅僅釋放1個包緩沖和描述符，而是將所有啟動過發包操作、發送狀態寄存器的own位變為1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，在有突發包的情況下，cpu可能來不及響應中斷，即造成中斷丟失，但只要還有1個描述符可用，發包完成后能進中斷，就可以把以前占用的緩沖和描述符全部釋放掉。如果突發包太多，cpu連續4個發包中斷未響應，發送描述符全被占用，下次進入rtl8139send()將無發送描述符可用，也就不會再有發包中斷，rtl8139handlesendint()不會被調用，發送描述符無法釋放，發包流程就此中斷，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，只有將被占用的發送描述符和發送緩沖釋放，發包流程才能恢復，這只要調用一次rtl8139handlesendint()就能實現。mpc8241片內集成有4個定時器(timero～timer3)，可以使用其中的timero來產生硬件定時中斷。在中斷服務程序中，以rtl8139handlesendint函數指針作為入口參數調用netjobadd()，這樣就可以定時執行rtl8139handlesendint()，及時釋放被占用的發送描述符。這需要在rtl8139start()中添加如下代碼：