網(wǎng)絡設備#

網(wǎng)絡驅(qū)動結(jié)構(gòu)##

從上到下劃分4層：

• 網(wǎng)絡協(xié)議接口層

使上層協(xié)議獨立于具體設備

• 網(wǎng)絡設備接口層

向協(xié)議接口層提供統(tǒng)一的用于描述具體網(wǎng)絡設別屬性和操作的結(jié)構(gòu)體 net_device

• 設備驅(qū)動功能層（提供實際功能）

net_device 的具體成員

• 網(wǎng)絡設備與媒介層

完成數(shù)據(jù)包發(fā)送和接收的物理實體

網(wǎng)絡設備初始化##

• 硬件準備工作溪窒，檢查設備是否存在和硬件資源
• 對 net_device 數(shù)據(jù)和函數(shù)指針初始化
• 獲得設備的私有信息指針并初始化各成員值

網(wǎng)絡設備打開與釋放###

• open

• 使能設備硬件資源盗誊，申請IO區(qū)域、中斷和DMA通道

• 調(diào)用Linux內(nèi)核提供的 netif_start_queue() 函數(shù)，激活設備發(fā)送隊列

• release

• 調(diào)用內(nèi)核提供的 netif_stop_queue() 函數(shù)

• 釋放資源

數(shù)據(jù)發(fā)送流程###

• 獲取sk_buff數(shù)據(jù)包的數(shù)據(jù)和長度
• 有效長度小于以太網(wǎng)沖突檢測所要求數(shù)據(jù)幀最小長度ETH_ZLEN赵辕，則補0
• 設置硬件寄存器，驅(qū)動設備進行數(shù)據(jù)發(fā)送

數(shù)據(jù)接收流程###

• 設備接收數(shù)據(jù)的主要方法是由中斷引發(fā)中斷處理函數(shù)
• NAPI兼容的驅(qū)動咖熟，需先disable interrupt再調(diào)用NAPI接收pkt

網(wǎng)絡狀態(tài)###

• 網(wǎng)絡硬件電路可以檢測網(wǎng)絡連接是否正常
• 驅(qū)動程序可采取一定手段檢測報告鏈路狀態(tài)，中斷或定時

網(wǎng)絡設備驅(qū)動流程##

struct net_device_stats(struct net_device *dev)
{
    ...
    return &dev->stats;
}

static int xxx_config(struct net_device *dev, struct ifmap *map)
{
    if (netif_running(dev))
        return -EBUSY;

    /* 假設不允許改變IO地址 */
    if (map->base_addr != dev->base_addr) {
        printk("xxx: Can't change I/O address\n");
        return -EOPNOTSUPP;
    }

    /* 假設允許改變 IRQ */
    if (map->irq != dev->irq)
        dev->irq = map->irq;

    return 0;
}

static int set_mac_address(struct net_device *dev, void *addr)
{
    if (netif_running(dev))
        return -EBUSY;

    xxx_set_mac(dev, addr);

    return 0;
}

static int xxx_open(struct net_device *dev)
{
    struct xxx_priv *priv = netdev_priv(dev);

    ...
    priv->timer.expires = jiffies + 3*Hz;
    priv->timer.data = (unsigned long)dev;
    /* timer handler */
    priv->timer.function = &xxx_timer;
    add_timer(&priv->timer);
    ...
}

static void xxx_timer(unsigned long data)
{
    struct net_device *dev = (struct net_device *)data;
    u16 link;

    ...
    if (!(dev->flags & IFF_UP))
        goto set_timer;

    /* 獲得物理連接狀態(tài) */
    if (link = xxx_chk_link(dev)) {
        if (!(dev->flags & IFF_RUNNING)) {
            /* 通知內(nèi)核 link up */
            netif_carrier_on(dev);
            dev->flags |= IFF_RUNNING;
            printk("%s: link up\n", dev->name);
        }
    } else {
        if (dev->flags & IFF_RUNNING) {
            /* 通知內(nèi)核 link down */
            netif_carrier_off(dev);
            dev->flags &= ~IFF_RUNNING;
            printk("%s: link down\n", dev->name);
        }
    }

set_timer:
    priv->timer.expires = jiffies + 1*Hz;
    priv->timer.data = (unsigned long)dev;
    /* timer handler */
    priv->timer.function = &xxx_timer;
    add_timer(&priv->timer);
}

#ifdef NAPI

static int xxx_poll(struct napi_struct *napi, int budget)
{
    int npackets = 0;
    struct sk_buff *skb;
    struct xxx_priv *priv = container_of(napi, struct xxx_priv, napi);
    struct xxx_packet *pkt;

    while ((npackets < budget) && priv->rx_queue) {
        /* 從隊列中取出數(shù)據(jù)包 */
        pkt = xxx_dequeue_buf(dev);

        /* 接下來的處理和中斷觸發(fā)接收一致 */
        skb = dev_alloc_skb(length + 2);
        ...
        skb_reserve(skb, 2);
        memcpy(skb_put(skb, pkt->datalen), pkt->data, pkt->datalen);
        skb->dev = dev;
        skb->protocol = eth_type_trans(skb, dev);

        /* 調(diào)用 netif_receive_skb, 而不是net_rx, 將數(shù)據(jù)包交給上層協(xié)議 */
        netif_receive_skb(skb);

        /* 更改統(tǒng)計數(shù)據(jù) */
        priv->stats.rx_packets++;
        priv->stats.rx_bytes += pkt->datalen;
        xxx_release_buffer(pkt);
        npackets++;
    }
    if (npackets < budget) {
        napi_complete(napi);
        /* 再次啟動網(wǎng)絡設備的接收中斷 */
        xxx_enable_rx_int(...);
    }
    
    return npackets;
}

static void xxx_interrupt(int irq, void *dev_id)
{
    struct net_device *dev = dev_id;

    ...
    switch (status & ISQ_EVENT_MASK) {
    case ISQ_RECEIVER_EVENT:
        /* 禁止接收中斷 */
        xxx_disable_rx_int(...);

        /* 獲取數(shù)據(jù)包 */
        napi_schedule(&priv->napi);
        break;

    case ISQ_TRANSMITTER_EVENT:
        dev->stats.tx_packets++;
        netif_wake_queue(dev);

        /* 檢查硬件錯誤標志 */
        if ((status & (TX_OK | TX_LOST_CRS | TX_SQE_ERROR | TX_LATE_COL | TX_16_COL)) != TX_OK) {

            /* 錯誤統(tǒng)計 */
            if ((status & TX_OK) == 0)
                dev->stats.tx_errors++;

            if (status & TX_LOST_CRS)
                dev->stats.tx_carrier_errors++;
            
            ...
        }
        break;

    case ISQ_RX_MISS_EVENT:
        ...
        break;

    ...
    }
}

#else

static void xxx_rx(struct xxx_device *dev)
{
    ...
    length = get_rev_len(...);
    skb = dev_alloc_skb(length + 2);

    /* 對齊 */
    skb_reserve(skb, 2);
    skb->dev = dev;

    /* 讀取硬件上接收到的數(shù)據(jù) */
    insw(ioaddr + RX_FRAME_PORT, skb_put(skb, length),  length >> 1);
    if (length & 1)
        skb->data[length - 1] = inw(ioaddr + RX_FRAME_PORT);
    
    /* 獲取上層協(xié)議類型 */
    skb->protocol = eth_type_trans(skb, dev);

    /* 把數(shù)據(jù)包交給上層 */
    netif_rx(skb);

    /* 記錄接收時間戳 */
    dev->last_rx = jiffies;
    ...
}

static void xxx_interrupt(int irq, void *dev_id)
{
    ...
    switch (status & ISQ_EVENT_MASK) {
    case ISQ_RECEIVER_EVENT:
        /* 獲取數(shù)據(jù)包 */
        xxx_rx(dev);
        break;
    ...
    }
}

#endif

/* 發(fā)送超時處理函數(shù) */
void xxx_tx_timeout(struct net_device *dev)
{
    ...
    netif_wake_queue(dev);
    ...
    dev->stats.tx_errors++;
}

int xxx_tx(struct sk_buff *skb, struct net_device *dev)
{
    int len;
    char *data, shortpkt[ETH_ZLEN];

    /* 發(fā)送隊列未滿胃惜，可以發(fā)送 */
    if (xxx_send_available(...)) {

        /* 有效數(shù)據(jù)指針和長度 */
        data = skb->data;
        len = skb->len;

        if (len < ETH_ZLEN) {
            /* 如果幀長小于以太網(wǎng)幀最小長度，補0 */
            memset(shortpkt, 0, ETH_ZLEN);
            memcpy(shortpkt, skb->data, skb->len);
            len = ETH_ZLEN;
            data = shortpkt;
        }

        /* 記錄發(fā)送時間戳 */
        dev->trans_start = jiffies;

        if (avail) {
            xxx_hw_tx(data, len, dev);
        } else {
            /* 
                阻止上層繼續(xù)向網(wǎng)絡設備傳遞數(shù)據(jù)包哪雕；當忙于發(fā)送的數(shù)據(jù)包被發(fā)送完成后船殉，在以TX結(jié)束的中斷處理中，應該調(diào)用 netif_wake_queue() 喚醒被阻塞的上層斯嚎，以啟動它繼續(xù)向網(wǎng)絡設備傳送數(shù)據(jù)包
            */
            netif_stop_queue(dev);
            ...
        }
    ｝
}

static int xxx_open(struct net_device *dev)
{
    /* 申請端口利虫、IRQ等，類似于fops->open */
    ret = request_irq(dev->irq, &xxx_interrupt, 0, dev->name, dev);
    ...
    netif_start_queue(dev);
    ...
}

static int xxx_release(struct net_device *dev)
{
    netif_stop_queue(dev);
    ...
    free_irq(dev->irq, dev);
    ...
}

void xxx_init(struct net_device *dev)
{
    struct xxx_priv *priv;

    /* 檢查設備是否存在和設備所使用的硬件資源 */
    xxx_hw_init();

    /* 初始化 net_device 公有成員 */
    ether_setup(dev);

    /* 設置設備的成員函數(shù)指針 */
    dev->netdev_ops = &xxx_netdev_ops;
    dev->ethtool_ops = &xxx_ethtool_ops;
    dev->watchdog_timeo = timeout;

    /* 取得私有指針并初始化 */
    priv = netdev_priv(dev);
    ...
}

static int xxx_register(void)
{
    ...
    /* 分配 net_device 結(jié)構(gòu)體并賦值 */
    xxx_dev = alloc_netdev(sizeof(struct xxx_priv), "sn%d", xxx_init);
    if (!xxx_dev)
        ...

    /* 注冊 net_device 結(jié)構(gòu)體 */
    if ((result = register_netdev(xxx_dev)))
        ...
}

static void xxx_unregister(void)
{
    ...
    /* 注銷 net_device 結(jié)構(gòu)體 */
    unregister_netdev(xxx_dev);
    /* 釋放 net_device 結(jié)構(gòu)體 */
    free_netdev(xxx_dev);
}

總結(jié)##

• net_device 結(jié)構(gòu)體的存在將網(wǎng)絡設備進行抽象堡僻，使得設備功能層中除數(shù)據(jù)包接收以外的主體工作都由填充 net_device 的屬性和函數(shù)指針完成
• 套接字緩沖區(qū) sk_buff 是所有數(shù)據(jù)流動的載體糠惫，網(wǎng)絡設備驅(qū)動和上層協(xié)議之間也基于此結(jié)構(gòu)進行數(shù)據(jù)包交互