引言

??網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)是 linux 里面驅(qū)動(dòng)三巨頭之一，linux 下的網(wǎng)絡(luò)功能非常強(qiáng)大，嵌入式 linux 中也常常用到網(wǎng)絡(luò)功能。前面我們已經(jīng)講過了字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)和塊設(shè)備驅(qū)動(dòng)，本章我們就來學(xué)習(xí)一下 linux 里面的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備驅(qū)動(dòng)。

一、Linux網(wǎng)絡(luò)設(shè)備驅(qū)動(dòng)的結(jié)構(gòu)

??網(wǎng)絡(luò)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的體系結(jié)構(gòu)分為4層，依次為網(wǎng)絡(luò)協(xié)議驅(qū)動(dòng)層、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備接口層、設(shè)備驅(qū)動(dòng)功能層、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備與媒介層。

??（1）網(wǎng)絡(luò)協(xié)議接口層向網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)包收發(fā)接口，不論上層協(xié)議是ARP還是IP，都通過dev_queue_xmit函數(shù)發(fā)送數(shù)據(jù)、并通過netif_rx函數(shù)接收數(shù)據(jù)。這一層的存在使得上層協(xié)議獨(dú)立于具體的設(shè)備。

??（2）網(wǎng)絡(luò)設(shè)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(luò)設(shè)備屬性和操作的結(jié)構(gòu)體net_device,該結(jié)構(gòu)體是設(shè)備驅(qū)動(dòng)功能層中的各函數(shù)的容器。實(shí)際上，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備接口層從宏觀上規(guī)劃了具體操作硬件的設(shè)備驅(qū)動(dòng)功能層的結(jié)構(gòu)。

??（3）設(shè)備驅(qū)動(dòng)功能層的各函數(shù)是網(wǎng)絡(luò)設(shè)備接口層net_device數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的具體成員，是驅(qū)使網(wǎng)絡(luò)設(shè)備硬件完成相應(yīng)動(dòng)作的程序，它通過hard_start_xmit函數(shù)啟動(dòng)發(fā)送操作，并通過網(wǎng)絡(luò)設(shè)備上的中斷觸發(fā)接收操作。

??（4）網(wǎng)絡(luò)設(shè)備與媒介層是完成數(shù)據(jù)包發(fā)送和接收的物理實(shí)體，包括網(wǎng)絡(luò)適配器和具體的傳輸媒介，網(wǎng)絡(luò)適配器被設(shè)備驅(qū)動(dòng)功能層中的函數(shù)在物理上驅(qū)動(dòng)，對(duì)于linux系統(tǒng)而言，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和媒介都可以是虛擬的。

??在設(shè)計(jì)具體的網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)程序時(shí)，我們需要完成的主要工作是編寫設(shè)備驅(qū)動(dòng)功能層的相關(guān)函數(shù)以填充net_device數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)容并將net_device注冊(cè)入內(nèi)核。

二、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議接口層

??網(wǎng)絡(luò)協(xié)議接口層最主要的功能是給上層協(xié)議提供透明的數(shù)據(jù)包發(fā)送和接收接口。當(dāng)上層ARP或IP需要發(fā)送數(shù)據(jù)包時(shí)，它將調(diào)用網(wǎng)絡(luò)接口層的dev_queue_xmit函數(shù)發(fā)送改數(shù)據(jù)包。同樣地，上層對(duì)數(shù)據(jù)包的接收也通過向netif_rx函數(shù)傳遞struct sk_buff數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的指針來完成。

1、dev_queue_xmit 函數(shù)

此函數(shù)用于將網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)發(fā)送出去，函數(shù)定義在 include/linux/netdevice.h 中，函數(shù)原型如下：

static inline int dev_queue_xmit(struct sk_buff *skb)

函數(shù)參數(shù)和返回值含義如下：

??skb：要發(fā)送的數(shù)據(jù)，這是一個(gè) sk_buff 結(jié)構(gòu)體指針，sk_buff 是 Linux 網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)中一個(gè)非常重要的結(jié)構(gòu)體，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)就是以 sk_buff 保存的，各個(gè)協(xié)議層在 sk_buff 中添加自己的協(xié)議頭，最終由底層驅(qū)動(dòng)講 sk_buff 中的數(shù)據(jù)發(fā)送出去。網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的接收過程恰好相反，網(wǎng)絡(luò)底層驅(qū)動(dòng)將接收到的原始數(shù)據(jù)打包成 sk_buff，然后發(fā)送給上層協(xié)議，上層會(huì)取掉相應(yīng)的頭部，然后將最終的數(shù)據(jù)發(fā)送給用戶。

??返回值：0 發(fā)送成功，負(fù)值發(fā)送失敗。

2、netif_rx 函數(shù)

??上層接收數(shù)據(jù)的話使用 netif_rx 函數(shù)，但是最原始的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)一般是通過輪詢、中斷或 NAPI的方式來接收。netif_rx 函數(shù)定義在 net/core/dev.c 中，函數(shù)原型如下：

int netif_rx(struct sk_buff *skb)

函數(shù)參數(shù)和返回值含義如下：
??skb：保存接收數(shù)據(jù)的 sk_buff。

??返回值：NET_RX_SUCCESS 成功，NET_RX_DROP 數(shù)據(jù)包丟棄。

struct sk_buff {
	...
	unsigned char *head;
	unsigned char *data;
	unsigned char *tail;
	unsigned char *end;
	...
}

??sk_buff結(jié)構(gòu)體中，尤其注意的是，head和end指向緩沖區(qū)的頭部和尾部，而data和tail指向?qū)嶋H數(shù)據(jù)的頭部和尾部。

??針對(duì)sk_buff，內(nèi)核提供了一系列的操作與管理函數(shù)，我們簡單看一些常見的 API 函數(shù)：

3、分配 sk_buff

??要使用 sk_buff 必須先分配，首先來看一下 alloc_skb 這個(gè)函數(shù)，此函數(shù)定義在include/linux/skbuff.h 中，函數(shù)原型如下：

static inline struct sk_buff *alloc_skb(unsigned int size,gfp_t priority)

函數(shù)參數(shù)和返回值含義如下：

??size：要分配的大小，也就是 skb 數(shù)據(jù)段大小。

??priority：內(nèi)存分配優(yōu)先級(jí)，為 GFP MASK 宏，比如 GFP_KERNEL、GFP_ATOMIC 等。

??返回值：分配成功的話就返回申請(qǐng)到的 sk_buff 首地址，失敗的話就返回 NULL。

??在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備驅(qū)動(dòng)中常常使用 netdev_alloc_skb 來為某個(gè)設(shè)備申請(qǐng)一個(gè)用于接收的 skb_buff，此函數(shù)也定義在 include/linux/skbuff.h 中，函數(shù)原型如下：

static inline struct sk_buff *netdev_alloc_skb(struct net_device *dev,unsigned int length)

函數(shù)參數(shù)和返回值含義如下：

??dev：要給哪個(gè)設(shè)備分配 sk_buff。

??length：要分配的大小。

??返回值：分配成功的話就返回申請(qǐng)到的 sk_buff 首地址，失敗的話就返回 NULL。

??注意的是，該函數(shù)內(nèi)存分配優(yōu)先級(jí)設(shè)置為GFP_ATOMIC。原因是該函數(shù)經(jīng)常在設(shè)備驅(qū)動(dòng)的接收中斷里被調(diào)用。

4、釋放 sk_buff

??當(dāng)使用完成以后就要釋放掉 sk_buff，釋放函數(shù)可以使用 kfree_skb，函數(shù)定義在include/linux/skbuff.c 中，函數(shù)原型如下：

void kfree_skb(struct sk_buff *skb)

函數(shù)參數(shù)和返回值含義如下：

??skb：要釋放的 sk_buff。

??返回值：無。

??對(duì)于網(wǎng)絡(luò)設(shè)備而言最好使用如下所示釋放函數(shù)：

void dev_kfree_skb (struct sk_buff *skb)

??函數(shù)只要一個(gè)參數(shù) skb，就是要釋放的 sk_buff。

5、skb_put、skb_push、sbk_pull 和 skb_reserve

這四個(gè)函數(shù)用于變更 sk_buff，先來看一下 skb_put 函數(shù)，此函數(shù)用于在尾部擴(kuò)展 skb_buff的數(shù)據(jù)區(qū)，也就將 skb_buff 的 tail 后移 n 個(gè)字節(jié)，從而導(dǎo)致 skb_buff 的 len 增加 n 個(gè)字節(jié)，原型如下：

unsigned char *skb_put(struct sk_buff *skb, unsigned int len)

函數(shù)參數(shù)和返回值含義如下：

??skb：要操作的 sk_buff。

??len：要增加多少個(gè)字節(jié)。

??返回值：擴(kuò)展出來的那一段數(shù)據(jù)區(qū)首地址。

skb_put 操作之前和操作之后的數(shù)據(jù)區(qū)如下圖所示：

skb_push 函數(shù)用于在頭部擴(kuò)展 skb_buff 的數(shù)據(jù)區(qū)，函數(shù)原型如下所示：

unsigned char *skb_push(struct sk_buff *skb, unsigned int len)

函數(shù)參數(shù)和返回值含義如下：

??skb：要操作的 sk_buff。

??len：要增加多少個(gè)字節(jié)。

??返回值：擴(kuò)展完成以后新的數(shù)據(jù)區(qū)首地址。

skb_push 操作之前和操作之后的數(shù)據(jù)區(qū)如下圖所示：

sbk_pull 函數(shù)用于從 sk_buff 的數(shù)據(jù)區(qū)起始位置刪除數(shù)據(jù)，函數(shù)原型如下所示：

unsigned char *skb_pull(struct sk_buff *skb, unsigned int len)

函數(shù)參數(shù)和返回值含義如下：

??skb：要操作的 sk_buff。

??len：要?jiǎng)h除的字節(jié)數(shù)。

??返回值：刪除以后新的數(shù)據(jù)區(qū)首地址。

skb_pull 操作之前和操作之后的數(shù)據(jù)區(qū)如下圖所示：

sbk_reserve 函數(shù)用于調(diào)整緩沖區(qū)的頭部大小，方法很簡單講 skb_buff 的 data 和 tail 同時(shí)后移 n 個(gè)字節(jié)即可，函數(shù)原型如下所示：

static inline void skb_reserve(struct sk_buff *skb, int len)

函數(shù)參數(shù)和返回值含義如下：

??skb：要操作的 sk_buff。

??len：要增加的緩沖區(qū)頭部大小。

??返回值：無。

三、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備接口層

??網(wǎng)絡(luò)設(shè)備接口層的主要功能是千變?nèi)f化的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備定義統(tǒng)一、抽象的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)net_device 結(jié)構(gòu)體，以不變應(yīng)萬變，實(shí)現(xiàn)多種硬件在軟件層次上的統(tǒng)一。

??net_device 結(jié)構(gòu)體在內(nèi)核中指代一個(gè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序只需要填充net_device 的具體成員并注冊(cè) net_device 即可實(shí)現(xiàn)硬件操作函數(shù)與內(nèi)核的掛接。

net_device 是一個(gè)龐大的結(jié)構(gòu)體，介紹一些關(guān)鍵成員：

1、申請(qǐng) net_device

編寫網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)的時(shí)候首先要申請(qǐng) net_device，使用 alloc_netdev 函數(shù)來申請(qǐng) net_device，這是一個(gè)宏，宏定義如下：

#define alloc_netdev(sizeof_priv, name, name_assign_type, setup) \
??alloc_netdev_mqs(sizeof_priv, name, name_assign_type, setup, 1, 1)

可以看出 alloc_netdev 的本質(zhì)是 alloc_netdev_mqs 函數(shù)，此函數(shù)原型如下:

struct net_device * alloc_netdev_mqs ( int sizeof_priv, const char *name,
??????????????????void (*setup) (struct net_device *)),
??????????????????unsigned int txqs, unsigned int rxqs);

函數(shù)參數(shù)和返回值含義如下：

??sizeof_priv：私有數(shù)據(jù)塊大小。

??name：設(shè)備名字。

??setup：回調(diào)函數(shù)，初始化設(shè)備的設(shè)備后調(diào)用此函數(shù)。

??txqs：分配的發(fā)送隊(duì)列數(shù)量。

??rxqs：分配的接收隊(duì)列數(shù)量。

??返回值：如果申請(qǐng)成功的話就返回申請(qǐng)到的 net_device 指針，失敗的話就返回 NULL。

??事實(shí)上網(wǎng)絡(luò)設(shè)備有多種，大家不要以為就只有以太網(wǎng)一種。Linux 內(nèi)核內(nèi)核支持的網(wǎng)絡(luò)接口有很多，比如光纖分布式數(shù)據(jù)接口(FDDI)、以太網(wǎng)設(shè)備(Ethernet)、紅外數(shù)據(jù)接口(InDA)、高性能并行接口(HPPI)、CAN 網(wǎng)絡(luò)等。內(nèi)核針對(duì)不同的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備在 alloc_netdev 的基礎(chǔ)上提供了一層封裝，比如我們本章講解的以太網(wǎng)，針對(duì)以太網(wǎng)封裝的 net_device 申請(qǐng)函數(shù)是 alloc_etherdev，這也是一個(gè)宏，內(nèi)容如下：

#define alloc_etherdev(sizeof_priv)??alloc_etherdev_mq(sizeof_priv, 1)
#define alloc_etherdev_mq(sizeof_priv, count)??alloc_etherdev_mqs(sizeof_priv, count, count)

??可以看出，alloc_etherdev 最終依靠的是 alloc_etherdev_mqs 函數(shù)，此函數(shù)就是對(duì)alloc_netdev_mqs 的簡單封裝，函數(shù)內(nèi)容如下：

struct net_device *alloc_etherdev_mqs(int sizeof_priv, unsigned int txqs, unsigned int rxqs) 
{ 
	return alloc_netdev_mqs(sizeof_priv, "eth%d", NET_NAME_UNKNOWN, ether_setup, txqs, rxqs);
}

??調(diào)用 alloc_netdev_mqs 來申請(qǐng) net_device，注意這里設(shè)置網(wǎng)卡的名字為“eth%d”，這是格式化字符串，大家進(jìn)入開發(fā)板的 linux 系統(tǒng)以后看到的“eth0”、“eth1”這樣的網(wǎng)卡名字就是從這里來的。同樣的，這里設(shè)置了以太網(wǎng)的 setup 函數(shù)為 ether_setup，不同的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備其 setup函數(shù)不同，比如 CAN 網(wǎng)絡(luò)里面 setup 函數(shù)就是 can_setup。

ether_setup 函數(shù)會(huì)對(duì) net_device 做初步的初始化，函數(shù)內(nèi)容如下所示：

void ether_setup(struct net_device *dev) 
{ 
	dev->header_ops = &eth_header_ops; 
	dev->type = ARPHRD_ETHER; 
	dev->hard_header_len = ETH_HLEN; 
	dev->mtu = ETH_DATA_LEN; 
	dev->addr_len = ETH_ALEN; 
	dev->tx_queue_len = 1000; /* Ethernet wants good queues */
	dev->flags = IFF_BROADCAST|IFF_MULTICAST;
	dev->priv_flags |= IFF_TX_SKB_SHARING;
	
	eth_broadcast_addr(dev->broadcast);
}

2、刪除 net_device

當(dāng)我們注銷網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)的時(shí)候需要釋放掉前面已經(jīng)申請(qǐng)到的 net_device，釋放函數(shù)為free_netdev，函數(shù)原型如下：

void free_netdev(struct net_device *dev)

函數(shù)參數(shù)和返回值含義如下：

??dev：要釋放掉的 net_device 指針。

??返回值：無。

3、注冊(cè) net_device

net_device 申請(qǐng)并初始化完成以后就需要向內(nèi)核注冊(cè) net_device，要用到函數(shù) register_netdev，函數(shù)原型如下：

int register_netdev(struct net_device *dev)

函數(shù)參數(shù)和返回值含義如下：

??dev：要注冊(cè)的 net_device 指針。

??返回值：0 注冊(cè)成功，負(fù)值 注冊(cè)失敗。

4、注銷 net_device

既然有注冊(cè)，那么必然有注銷，注銷 net_device 使用函數(shù) unregister_netdev，函數(shù)原型如下：

void unregister_netdev(struct net_device *dev)

函數(shù)參數(shù)和返回值含義如下：

??dev：要注銷的 net_device 指針。

??返回值：無。

四、網(wǎng)絡(luò) NAPI 處理機(jī)制

??NAPI 是一種高效的網(wǎng)絡(luò)處理技術(shù)。NAPI 的核心思想就是不全部采用中斷來讀取網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，而是采用中斷來喚醒數(shù)據(jù)接收服務(wù)程序，在接收服務(wù)程序中采用 POLL 的方法來輪詢處理數(shù)據(jù)。這種方法的好處就是可以提高短數(shù)據(jù)包的接收效率，減少中斷處理的時(shí)間。目前 NAPI 已經(jīng)在 Linux 的網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)中得到了大量的應(yīng)用，NXP 官方編寫的網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)都是采用的 NAPI 機(jī)制。

1、初始化 NAPI

首先要初始化一個(gè) napi_struct 實(shí)例，使用 netif_napi_add 函數(shù)，此函數(shù)定義在 net/core/dev.c中，函數(shù)原型如下：

void netif_napi_add(struct net_device *dev, struct napi_struct *napi,int (*poll)(struct napi_struct *, int), int weight)

函數(shù)參數(shù)和返回值含義如下：

??dev：每個(gè) NAPI 必須關(guān)聯(lián)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，此參數(shù)指定 NAPI 要關(guān)聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。

??napi：要初始化的 NAPI 實(shí)例。

??poll：NAPI 所使用的輪詢函數(shù)，非常重要，一般在此輪詢函數(shù)中完成網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)接收的工作。

??weight：NAPI 默認(rèn)權(quán)重(weight)，一般為 NAPI_POLL_WEIGHT。

??返回值：無。

2、刪除 NAPI

如果要?jiǎng)h除 NAPI，使用 netif_napi_del 函數(shù)即可，函數(shù)原型如下：

void netif_napi_del(struct napi_struct *napi)

函數(shù)參數(shù)和返回值含義如下：

??napi：要?jiǎng)h除的 NAPI。

??返回值：無。

3、使能 NAPI

初始化完 NAPI 以后，必須使能才能使用，使用函數(shù) napi_enable，函數(shù)原型如下：

inline void napi_enable(struct napi_struct *n)

函數(shù)參數(shù)和返回值含義如下：

??n：要使能的 NAPI。

??返回值：無。

4、關(guān)閉 NAPI

關(guān)閉 NAPI 使用 napi_disable 函數(shù)即可，函數(shù)原型如下：

void napi_disable(struct napi_struct *n)

函數(shù)參數(shù)和返回值含義如下：

??n：要關(guān)閉的 NAPI。

??返回值：無。

5、檢查 NAPI 是否可以進(jìn)行調(diào)度

使用 napi_schedule_prep 函數(shù)檢查 NAPI 是否可以進(jìn)行調(diào)度，函數(shù)原型如下：

inline bool napi_schedule_prep(struct napi_struct *n)

函數(shù)參數(shù)和返回值含義如下：

??n：要檢查的 NAPI。

??返回值：如果可以調(diào)度就返回真，如果不可調(diào)度就返回假。

6、NAPI 調(diào)度

如果可以調(diào)度的話就進(jìn)行調(diào)度，使用__napi_schedule 函數(shù)完成 NAPI 調(diào)度，函數(shù)原型如下：

void __napi_schedule(struct napi_struct *n)

函數(shù)參數(shù)和返回值含義如下：

??n：要調(diào)度的 NAPI。

??返回值：無。

??我們也可以使用 napi_schedule 函數(shù)來一次完成 napi_schedule_prep 和__napi_schedule 這兩個(gè)函數(shù)的工作，napi_schedule 函數(shù)內(nèi)容如下所示：

static inline void napi_schedule(struct napi_struct *n) 
{ 
	if (napi_schedule_prep(n))
		__napi_schedule(n);
}

??從示例代碼可以看出，napi_schedule 函數(shù)就是對(duì)napi_schedule_prep和__napi_schedule 的簡單封裝，一次完成判斷和調(diào)度。

7、NAPI 處理完成

NAPI 處理完成以后需要調(diào)用 napi_complete 函數(shù)來標(biāo)記 NAPI 處理完成，函數(shù)原型如下：

inline void napi_complete(struct napi_struct *n)

函數(shù)參數(shù)和返回值含義如下：

??n：處理完成的 NAPI。

??返回值：無。

五、設(shè)備驅(qū)動(dòng)功能層

??net_device結(jié)構(gòu)體的成員（屬性和net_device_ops結(jié)構(gòu)體中的函數(shù)指針）需要被設(shè)備驅(qū)動(dòng)功能層賦予具體的數(shù)值和函數(shù)。對(duì)于具體的設(shè)備xxx，應(yīng)該編寫相應(yīng)的設(shè)備驅(qū)動(dòng)功能層函數(shù)，這些函數(shù)如xxx_open()、xxx_stop()等。

??net_device_ops 結(jié)構(gòu)體定義在 include/linux/netdevice.h 文件中，net_device_ops 結(jié)構(gòu)體里面都是一些以“ndo_”開頭的函數(shù)，這些函數(shù)就需要網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)編寫人員去實(shí)現(xiàn)，不需要全部都實(shí)現(xiàn)，根據(jù)實(shí)際驅(qū)動(dòng)情況實(shí)現(xiàn)其中一部分即可。結(jié)構(gòu)體內(nèi)容如下所示(結(jié)構(gòu)體比較大，這里有縮減)：

struct net_device_ops { 
	int (*ndo_init)(struct net_device *dev);
	void (*ndo_uninit)(struct net_device *dev);
	int (*ndo_open)(struct net_device *dev);
	int (*ndo_stop)(struct net_device *dev);
	netdev_tx_t (*ndo_start_xmit) (struct sk_buff *skb, struct net_device *dev);
	u16 (*ndo_select_queue)(struct net_device *dev, struct sk_buff *skb,void *accel_priv,select_queue_fallback_t fallback);
	void (*ndo_change_rx_flags)(struct net_device *dev,int flags);
	void (*ndo_set_rx_mode)(struct net_device *dev);
	int (*ndo_set_mac_address)(struct net_device *dev,void *addr);
	int (*ndo_validate_addr)(struct net_device *dev);
	int (*ndo_do_ioctl)(struct net_device *dev,struct ifreq *ifr, int cmd);
	int (*ndo_set_config)(struct net_device *dev,struct ifmap *map);
	int (*ndo_change_mtu)(struct net_device *dev,int new_mtu);
	int (*ndo_neigh_setup)(struct net_device *dev,
	struct neigh_parms *);
	void (*ndo_tx_timeout) (struct net_device *dev);
	......
	#ifdef CONFIG_NET_POLL_CONTROLLER
		void (*ndo_poll_controller)(struct net_device *dev);
		int (*ndo_netpoll_setup)(struct net_device *dev,
		struct netpoll_info *info);
		void (*ndo_netpoll_cleanup)(struct net_device *dev);
	#endif
	......
	int (*ndo_set_features)(struct net_device *dev,netdev_features_t features);
	......
};

??fec_probe 函數(shù)設(shè)置了網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)的 net_dev_ops 操作集為 fec_netdev_ops，fec_netdev_ops 內(nèi)容如下：

static const struct net_device_ops fec_netdev_ops = { 
	.ndo_open = fec_enet_open, 
	.ndo_stop = fec_enet_close, 
	.ndo_start_xmit = fec_enet_start_xmit, 
	.ndo_select_queue = fec_enet_select_queue, 
	.ndo_set_rx_mode = set_multicast_list, 
	.ndo_change_mtu = eth_change_mtu, 
	ndo_validate_addr = eth_validate_addr, 
	ndo_tx_timeout = fec_timeout,
	.ndo_set_mac_address = fec_set_mac_address,
	.ndo_do_ioctl = fec_enet_ioctl,
	#ifdef CONFIG_NET_POLL_CONTROLLER
		.ndo_poll_controller = fec_poll_controller,
	#endif
		.ndo_set_features = fec_set_features,
};

1、fec_enet_open 函數(shù)簡析

打開一個(gè)網(wǎng)卡的時(shí)候 fec_enet_open 函數(shù)就會(huì)執(zhí)行，函數(shù)源碼如下所示(限于篇幅原因，有省略)：

static int fec_enet_open(struct net_device *ndev)
{ 
	struct fec_enet_private *fep = netdev_priv(ndev);
	const struct platform_device_id *id_entry = platform_get_device_id(fep->pdev);
	int ret; 
	pinctrl_pm_select_default_state(&fep->pdev->dev);
	ret = fec_enet_clk_enable(ndev, true);
	if (ret)
		return ret;

	/* I should reset the ring buffers here, but I don't yet know
	* a simple way to do that.
	*/

	ret = fec_enet_alloc_buffers(ndev);
	if (ret)
		goto err_enet_alloc;

	/* Init MAC prior to mii bus probe */
	fec_restart(ndev);

	/* Probe and connect to PHY when open the interface */
	ret = fec_enet_mii_probe(ndev);
	if (ret)
		goto err_enet_mii_probe;

	napi_enable(&fep->napi);
	phy_start(fep->phy_dev);
	netif_tx_start_all_queues(ndev);

	......

	return 0;

	err_enet_mii_probe:
		fec_enet_free_buffers(ndev);
	err_enet_alloc:
		fep->miibus_up_failed = true;
		if (!fep->mii_bus_share)
			pinctrl_pm_select_sleep_state(&fep->pdev->dev);
	return ret;
}

第 9 行，調(diào)用 fec_enet_clk_enable 函數(shù)使能 enet 時(shí)鐘。
第 17 行，調(diào)用 fec_enet_alloc_buffers 函數(shù)申請(qǐng)環(huán)形緩沖區(qū) buffer，此函數(shù)里面會(huì)調(diào)用fec_enet_alloc_rxq_buffers 和 fec_enet_alloc_txq_buffers 這兩個(gè)函數(shù)分別實(shí)現(xiàn)發(fā)送隊(duì)列和接收隊(duì)列緩沖區(qū)的申請(qǐng)。
第 22 行，重啟網(wǎng)絡(luò)，一般連接狀態(tài)改變、傳輸超時(shí)或者配置網(wǎng)絡(luò)的時(shí)候都會(huì)調(diào)用 fec_restart函數(shù)。
第 25 行，打開網(wǎng)卡的時(shí)候調(diào)用 fec_enet_mii_probe 函數(shù)來探測并連接對(duì)應(yīng)的 PHY 設(shè)備。
第 29 行，調(diào)用 napi_enable 函數(shù)使能 NAPI 調(diào)度。
第 30 行，調(diào)用 phy_start 函數(shù)開啟 PHY 設(shè)備。
第 31 行，調(diào)用 netif_tx_start_all_queues 函數(shù)來激活發(fā)送隊(duì)列。

2、fec_enet_close 函數(shù)簡析

關(guān)閉網(wǎng)卡的時(shí)候 fec_enet_close 函數(shù)就會(huì)執(zhí)行，函數(shù)內(nèi)容如下：

static int fec_enet_close(struct net_device *ndev) 
{ 
	struct fec_enet_private *fep = netdev_priv(ndev);
	phy_stop(fep->phy_dev);
	if (netif_device_present(ndev))
	{  
		napi_disable(&fep->napi);
		netif_tx_disable(ndev);
		fec_stop(ndev);
	}
	phy_disconnect(fep->phy_dev);
	fep->phy_dev = NULL;
	fec_enet_clk_enable(ndev, false);
	pm_qos_remove_request(&fep->pm_qos_req);
	pinctrl_pm_select_sleep_state(&fep->pdev->dev);
	pm_runtime_put_sync_suspend(ndev->dev.parent);
	fec_enet_free_buffers(ndev);
	return 0;
}

第 5 行，調(diào)用 phy_stop 函數(shù)停止 PHY 設(shè)備。
第 8 行，調(diào)用 napi_disable 函數(shù)關(guān)閉 NAPI 調(diào)度。
第 9 行，調(diào)用 netif_tx_disable 函數(shù)關(guān)閉 NAPI 的發(fā)送隊(duì)列。
第 10 行，調(diào)用 fec_stop 函數(shù)關(guān)閉 I.MX6ULL 的 ENET 外設(shè)。
第 13 行，調(diào)用 phy_disconnect 函數(shù)斷開與 PHY 設(shè)備的連接。
第 16 行，調(diào)用 fec_enet_clk_enable 函數(shù)關(guān)閉 ENET 外設(shè)時(shí)鐘。
第 20 行，調(diào)用 fec_enet_free_buffers 函數(shù)釋放發(fā)送和接收的環(huán)形緩沖區(qū)內(nèi)存。

3、fec_enet_start_xmit 函數(shù)簡析

I.MX6ULL 的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)發(fā)送是通過 fec_enet_start_xmit 函數(shù)來完成的，這個(gè)函數(shù)將上層傳遞過來的 sk_buff 中的數(shù)據(jù)通過硬件發(fā)送出去，函數(shù)源碼如下：

static netdev_tx_t fec_enet_start_xmit(struct sk_buff *skb,struct net_device *ndev)  
{  
	struct fec_enet_private *fep = netdev_priv(ndev);
	int entries_free;  
	unsigned short queue;  
	struct fec_enet_priv_tx_q *txq;  
	struct netdev_queue *nq;  
	int ret;  
	queue = skb_get_queue_mapping(skb);
	txq = fep->tx_queue[queue];
	nq = netdev_get_tx_queue(ndev, queue);

	if (skb_is_gso(skb))
		ret = fec_enet_txq_submit_tso(txq, skb, ndev);
	else
		ret = fec_enet_txq_submit_skb(txq, skb, ndev);
	if (ret)
		return ret;

	entries_free = fec_enet_get_free_txdesc_num(fep, txq);
	if (entries_free <= txq->tx_stop_threshold)
		netif_tx_stop_queue(nq);

	return NETDEV_TX_OK;
}

此函數(shù)的參數(shù)第一個(gè)參數(shù) skb 就是上層應(yīng)用傳遞下來的要發(fā)送的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，第二個(gè)參數(shù)ndev 就是要發(fā)送數(shù)據(jù)的設(shè)備。

第 14 行，判斷 skb 是否為 GSO(Generic Segmentation Offload)，如果是 GSO 的話就通過fec_enet_txq_submit_tso 函數(shù)發(fā)送，如果不是的話就通過 fec_enet_txq_submit_skb 發(fā)送。這里簡單講一下 TSO 和 GSO:
TSO：全稱是 TCP Segmentation Offload，利用網(wǎng)卡對(duì)大數(shù)據(jù)包進(jìn)行自動(dòng)分段處理，降低 CPU負(fù)載。
GSO：全稱是 Generic Segmentation Offload，在發(fā)送數(shù)據(jù)之前先檢查一下網(wǎng)卡是否支持 TSO，如果支持的話就讓網(wǎng)卡分段，不過不支持的話就由協(xié)議棧進(jìn)行分段處理，分段處理完成以后再交給網(wǎng)卡去發(fā)送。
第 21 行，通過 fec_enet_get_free_txdesc_num 函數(shù)獲取剩余的發(fā)送描述符數(shù)量。
第 23 行，如果剩余的發(fā)送描述符的數(shù)量小于設(shè)置的閾值(tx_stop_threshold)的話就調(diào)用函數(shù)netif_tx_stop_queu 來暫停發(fā)送，通過暫停發(fā)送來通知應(yīng)用層停止向網(wǎng)絡(luò)發(fā)送 skb，發(fā)送中斷中會(huì)重新開啟的。

4、fec_enet_interrupt 中斷服務(wù)函數(shù)簡析

前面說了 I.MX6ULL 的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)接收采用 NAPI 框架，所以肯定要用到中斷。fec_probe 函數(shù)會(huì)初始化網(wǎng)絡(luò)中斷，中斷服務(wù)函數(shù)為 fec_enet_interrupt，函數(shù)內(nèi)容如下：

static irqreturn_t fec_enet_interrupt(int irq, void *dev_id) 
{ 
	struct net_device *ndev = dev_id; 
	struct fec_enet_private *fep = netdev_priv(ndev);
	uint int_events; 
	irqreturn_t ret = IRQ_NONE;  
	int_events = readl(fep->hwp + FEC_IEVENT);
	writel(int_events, fep->hwp + FEC_IEVENT);
	fec_enet_collect_events(fep, int_events);

	if ((fep->work_tx || fep->work_rx) && fep->link) 
	{
		ret = IRQ_HANDLED;

		if (napi_schedule_prep(&fep->napi)) 
		{
			/* Disable the NAPI interrupts */
			writel(FEC_ENET_MII, fep->hwp + FEC_IMASK);
			__napi_schedule(&fep->napi);
		}
	}

	if (int_events & FEC_ENET_MII) 
	{
		ret = IRQ_HANDLED;
		complete(&fep->mdio_done);
	}

	if (fep->ptp_clock)
		fec_ptp_check_pps_event(fep);

	return ret;
}

??可以看出中斷服務(wù)函數(shù)非常短！而且也沒有見到有關(guān)數(shù)據(jù)接收的處理過程，那是因?yàn)镮.MX6ULL 的網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)使用了 NAPI，具體的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)收發(fā)是在 NAPI 的 poll 函數(shù)中完成的，中斷里面只需要進(jìn)行 napi 調(diào)度即可，這個(gè)就是中斷的上半部和下半部處理機(jī)制。

第 8 行，讀取 NENT 的中斷狀態(tài)寄存器 EIR，獲取中斷狀態(tài)，
第 9 行，將第 8 行獲取到的中斷狀態(tài)值又寫入 EIR 寄存器，用于清除中斷狀態(tài)寄存器。
第 10 行，調(diào)用 fec_enet_collect_events 函數(shù)統(tǒng)計(jì)中斷信息，也就是統(tǒng)計(jì)都發(fā)生了哪些中斷。fep 中成員變量 work_tx 和 work_rx 的 bit0、bit1 和 bit2 用來做不同的標(biāo)記，work_rx 的 bit2 表示接收到數(shù)據(jù)幀，work_tx 的 bit2 表示發(fā)送完數(shù)據(jù)幀。
第 15 行，調(diào)用 napi_schedule_prep 函數(shù)檢查 NAPI 是否可以進(jìn)行調(diào)度。
第 17 行，如果使能了相關(guān)中斷就要先關(guān)閉這些中斷，向 EIMR 寄存器的 bit23 寫 1 即可關(guān)閉相關(guān)中斷。
第 18 行，調(diào)用__napi_schedule函數(shù)來啟動(dòng) NAPI 調(diào)度，這個(gè)時(shí)候 napi 的 poll 函數(shù)就會(huì)執(zhí)行，在本網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)中就是 fec_enet_rx_napi 函數(shù)。

__napi_schedule函數(shù)被輪詢方式驅(qū)動(dòng)的中斷程序調(diào)用，將設(shè)備的poll方法添加到網(wǎng)絡(luò)層的poll處理隊(duì)列中，排隊(duì)并且準(zhǔn)備接收數(shù)據(jù)包，最終觸發(fā)一個(gè)NET_RX_SOFTIRQ軟中斷，從而通知網(wǎng)絡(luò)層接收數(shù)據(jù)包。

fec_enet_init 函數(shù)初始化網(wǎng)絡(luò)的時(shí)候會(huì)調(diào)用 netif_napi_add 來設(shè)置 NAPI 的 poll 函數(shù)為 fec_enet_rx_napi，函數(shù)內(nèi)容如下：

static int fec_enet_rx_napi(struct napi_struct *napi, int budget)
{ 
	struct net_device *ndev = napi->dev; 
	struct fec_enet_private *fep = netdev_priv(ndev);
	int pkts; 
	pkts = fec_enet_rx(ndev, budget);

	fec_enet_tx(ndev);

	if (pkts < budget) {
		napi_complete(napi);
		writel(FEC_DEFAULT_IMASK, fep->hwp + FEC_IMASK);
	}
	return pkts;
}

第 7 行，調(diào)用 fec_enet_rx 函數(shù)進(jìn)行真正的數(shù)據(jù)接收。
第 9 行，調(diào)用 fec_enet_tx 函數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送。
第 12 行，調(diào)用 napi_complete 函數(shù)來宣布一次輪詢結(jié)束，
第 13 行，設(shè)置 ENET 的 EIMR 寄存器，重新使能中斷。文章來源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-415862.html

到了這里，關(guān)于I.MX6ULL ARM驅(qū)動(dòng)開發(fā)---網(wǎng)絡(luò)設(shè)備驅(qū)動(dòng)框架的文章就介紹完了。如果您還想了解更多內(nèi)容，請(qǐng)?jiān)谟疑辖撬阉鱐OY模板網(wǎng)以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章，希望大家以后多多支持TOY模板網(wǎng)！