作者：獨(dú)孤九劍
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日期：2001-7-4 19:44:07
Linux網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動程序編寫

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Bordi (halfelf) 2001-06-15 14:05:12 


工作需要寫了我們公司一塊網(wǎng)卡的Linux驅(qū)動程序。經(jīng)歷一個從無到有的過程，深感技術(shù)交流的重要。Linux作為挑戰(zhàn)微軟壟斷的強(qiáng)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(shù)和應(yīng)用，促進(jìn)Linux在中國的普及。
    本文可隨意轉(zhuǎn)載，但請不要在盈利性出版物上刊登。
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Linux操作系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動程序編寫

一.Linux系統(tǒng)設(shè)備驅(qū)動程序概述
  1.1 Linux設(shè)備驅(qū)動程序分類
  1.2 編寫驅(qū)動程序的一些基本概念

二.Linux系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備驅(qū)動程序
  2.1 網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動程序的結(jié)構(gòu)
  2.2 網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動程序的基本方法
  2.3 網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動程序中用到的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
  2.4 常用的系統(tǒng)支持
三.編寫Linux網(wǎng)絡(luò)驅(qū)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(flow control)
  3.4 調(diào)試
四.進(jìn)一步的閱讀
五.雜項(xiàng)

一.Linux系統(tǒng)設(shè)備驅(qū)動程序概述
1.1 Linux設(shè)備驅(qū)動程序分類
    Linux設(shè)備驅(qū)動程序在Linux的內(nèi)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(qū)動程序的增加。在Linux內(nèi)核的不斷升級過程中，驅(qū)動程序的結(jié)構(gòu)還是相對穩(wěn)定。在2.0.xx到2.2.xx的變動里，驅(qū)動程序的編寫做了一些改變，但是從2.0.xx的驅(qū)動到2.2.xx的移植只需做少量的工作。
    Linux系統(tǒng)的設(shè)備分為字符設(shè)備(char device)，塊設(shè)備(block device)和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備(network device)三種。字符設(shè)備是指存取時沒有緩存的設(shè)備。塊設(shè)備的讀寫都有緩存來支持，并且塊設(shè)備必須能夠隨機(jī)存取(random access)，字符設(shè)備則沒有這個要求。典型的字符設(shè)備包括鼠標(biāo)，鍵盤，串行口等。塊設(shè)備主要包括硬盤軟盤設(shè)備，CD-ROM等。一個文件系統(tǒng)要安裝進(jìn)入操作系統(tǒng)必須在塊設(shè)備上。
    網(wǎng)絡(luò)設(shè)備在Linux里做專門的處理。Linux的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)主要是基于BSD unix的socket機(jī)制。在系統(tǒng)和驅(qū)動程序之間定義有專門的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(sk_buff)進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳遞。系統(tǒng)里支持對發(fā)送數(shù)據(jù)和接收數(shù)據(jù)的緩存，提供流量控制機(jī)制，提供對多協(xié)議的支持。
1.2 編寫驅(qū)動程序的一些基本概念
    無論是什么操作系統(tǒng)的驅(qū)動程序，都有一些通用的概念。操作系統(tǒng)提供給驅(qū)動程序的支持也大致相同。下面簡單介紹一下網(wǎng)絡(luò)設(shè)備驅(qū)動程序的一些基本要求。
1.2.1 發(fā)送和接收
    這是一個網(wǎng)絡(luò)設(shè)備最基本的功能。一塊網(wǎng)卡所做的無非就是收發(fā)工作。所以驅(qū)動程序里要告訴系統(tǒng)你的發(fā)送函數(shù)在哪里，系統(tǒng)在有數(shù)據(jù)要發(fā)送時就會調(diào)用你的發(fā)送程序。還有驅(qū)動程序由于是直接操縱硬件的，所以網(wǎng)絡(luò)硬件有數(shù)據(jù)收到最先能得到這個數(shù)據(jù)的也就是驅(qū)動程序，它負(fù)責(zé)把這些原始數(shù)據(jù)進(jìn)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(jī)制，一個是找到驅(qū)動程序的發(fā)送函數(shù)，一個是驅(qū)動程序把收到的數(shù)據(jù)送給系統(tǒng)。是驅(qū)動程序把收到的數(shù)據(jù)送給系統(tǒng)。
1.2.2 中斷
    中斷在現(xiàn)代計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)中有重要的地位。操作系統(tǒng)必須提供驅(qū)動程序響應(yīng)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(diào)用驅(qū)動程序的處理程序。Linux支持中斷的共享，即多個設(shè)備共享一個中斷。
1.2.3 時鐘
    在實(shí)現(xiàn)驅(qū)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(jī)制的硬件的輪詢等。操作系統(tǒng)應(yīng)為驅(qū)動程序提供定時機(jī)制。一般是在預(yù)定的時間過了以后回調(diào)注冊的時鐘函數(shù)。在網(wǎng)絡(luò)驅(qū)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(jìn)行存取。或者是實(shí)現(xiàn)某些協(xié)議時需要的超時重傳等。
二.Linux系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備驅(qū)動程序
2.1 網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動程序的結(jié)構(gòu)
    所有的Linux網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動程序遵循通用的接口。設(shè)計(jì)時采用的是面向?qū)ο蟮姆椒?。一個設(shè)備就是一個對象(device 結(jié)構(gòu))，它內(nèi)部有自己的數(shù)據(jù)和方法。每一個設(shè)備的方法被調(diào)用時的第一個參數(shù)都是這個設(shè)備對象本身。這樣這個方法就可以存取自身的數(shù)據(jù)(類似面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)時的this引用)。一個網(wǎng)絡(luò)設(shè)備最基本的方法有初始化、發(fā)送和接收。
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    |deliver packets    |          |receive packets queue|
    |(dev_queue_xmit()) |          |them(netif_rx())     |
     -------------------            ---------------------
        |         |                      /          
                 /                      |          |
    -------------------------------------------------------
   | methods and variables(initialize,open,close,hard_xmit,|
   | interrupt handler,config,resources,status...)         |
    -------------------------------------------------------
         |        |                      /          
                 /                      |          |
      -----------------              ----------------------
     |send to hardware |            |receivce from hardware|
      -----------------              ----------------------
         |        |                      /          
                 /                      |          |
     -----------------------------------------------------
    |                  hardware media                     |
     -----------------------------------------------------
    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(qū)動程序的上層協(xié)議層有數(shù)據(jù)要發(fā)送時自動調(diào)用的。一般驅(qū)動程序中不對發(fā)送數(shù)據(jù)進(jìn)行緩存，而是直接使用硬件的發(fā)送功能把數(shù)據(jù)發(fā)送出去。接收數(shù)據(jù)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(jié)構(gòu)中，然后調(diào)用netif_rx()傳遞給上層處理。