基于arm的linux網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)程序的開發(fā)與設(shè)計(jì)(論文最終完成)-資料下載頁

　　

【正文】 devhard_header_parse = eth_header_parse；devtype= ARPHRD_ETHER；devhard_header_len= ETH_HLEN；devmtu= ETH_DATA_LEN；devaddr_len= ETH_ALEN；devtx_queue_len = 1000；devflag= IFF_BROADCAST|IFF_MULTICAST； memset(devbroadcast,0xFF, ETH_ALEN)；分析上面的代碼，很容易的看出，在ether_setup中所進(jìn)行的初始化操作。其實(shí)這個(gè)初始化操作比較的簡(jiǎn)單，沒有我們想象的那么復(fù)雜，函數(shù)指針的初始化主要集中在了對(duì)最大傳輸單元改變的控制函數(shù)，以及對(duì)物理地址進(jìn)行分析、處理、更新、解析等等。設(shè)備結(jié)構(gòu)體值的初始化主要是針對(duì)了以太網(wǎng)特征，包括了設(shè)備類型、頭部長(zhǎng)度、最大傳輸單元、物理地址長(zhǎng)度、傳輸隊(duì)列容量以及接口標(biāo)志。最后設(shè)置了設(shè)備的廣播地址，廣播地址設(shè)置后需要在接口標(biāo)志中添加接口對(duì)廣播的支持才能使接口真正的具有廣播的能力。正如我們所看到的一樣，廣播地址是48bit的全1(0xFF)的地址。以上這些值的設(shè)置知識(shí)設(shè)備默認(rèn)的，也是以太網(wǎng)對(duì)接入以太網(wǎng)的設(shè)備的基本能力的要求。這些值在設(shè)置以后，可以在我們自己的驅(qū)動(dòng)程序中，根據(jù)需要重新定義或者賦值。devbase_addr = mmio_start。devmem_end = mmio_start + PHOENIX_IO_SIZE 1。 指定設(shè)備的I/O內(nèi)存的開始和結(jié)束位置，這樣將端口映射到內(nèi)存，供CPU直接訪問。設(shè)備要完成數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送，僅僅依靠以太網(wǎng)默認(rèn)的回調(diào)函數(shù)還不能完成的，驅(qū)動(dòng)程序還必須要有自己的回調(diào)函數(shù)，以此充分利用設(shè)備性能，提高設(shè)備工作的效率。devopen = rmi_phnx_mac_open。devhard_start_xmit = rmi_phnx_mac_xmit。devstop = rmi_phnx_mac_close。devget_stats = rmi_phnx_mac_get_stats。devset_multicast_list = rmi_phnx_mac_set_multicast_list。devdo_ioctl = rmi_phnx_mac_do_ioctl。devtx_timeout = rmi_phnx_mac_tx_timeout。devchange_mtu = rmi_phnx_mac_change_mtu。devwatchdog_timeo = (1000 * HZ)。devtx_queue_len = 10000。網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)程序定義了自己的設(shè)備打開與關(guān)閉、數(shù)據(jù)傳輸、狀態(tài)更新維護(hù)、組播別表的維護(hù)、接口ioctl命令執(zhí)行、數(shù)據(jù)傳輸超時(shí)處理、MTU改變?cè)O(shè)置等回調(diào)函數(shù)，并讓設(shè)備的相關(guān)函數(shù)指針指向這些回調(diào)函數(shù)，傳遞給linux內(nèi)核，在需要的時(shí)候由網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)負(fù)責(zé)調(diào)用。dev_watchdog_timeo是網(wǎng)絡(luò)層在確定了數(shù)據(jù)傳輸已經(jīng)超時(shí)，并且調(diào)用驅(qū)動(dòng)程序的數(shù)據(jù)傳輸超時(shí)處理函數(shù)之前的最小時(shí)間，在驅(qū)動(dòng)程序中該函數(shù)就是上面注冊(cè)的rmi_phnx_mac_tx_timeout()函數(shù)，這里被設(shè)置為1000*HZ。之前已經(jīng)描述過的ether_setup()函數(shù)為以太網(wǎng)設(shè)備設(shè)置了很多的默認(rèn)值，但是這些值在設(shè)置為默認(rèn)值之后，我們可以根據(jù)設(shè)備的實(shí)際數(shù)據(jù)處理能力修改這些設(shè)置。在設(shè)置默認(rèn)值時(shí)，數(shù)據(jù)包傳輸隊(duì)列中tx_queue_len排隊(duì)的最大幀數(shù)目設(shè)置為了1000，但是由于芯片的吞吐性能良好，因此在設(shè)備初始化時(shí)驅(qū)動(dòng)程序把該值設(shè)置為了10000，相比原來的最大幀數(shù)目增大了10倍，如果不這樣修改的話，將會(huì)浪費(fèi)很多的系統(tǒng)內(nèi)存。spin_lock_init(amp。privlock)。初始化自旋鎖。在BCM5464的網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)程序中，對(duì)設(shè)備的互斥訪問是通過自旋鎖來實(shí)現(xiàn)的，而沒有采用普通的信號(hào)量機(jī)智。采用的自旋鎖的主要原因是，自旋鎖可以在不能休眠的代碼中使用，比如中斷處理例程，這正是網(wǎng)絡(luò)設(shè)備所具有的特點(diǎn)。在正確使用的情況下，自旋鎖通常可以提供比信號(hào)量更高的性能。自旋鎖使用上最重要的一個(gè)規(guī)則就是，自旋鎖必須盡可能的最在最短時(shí)間內(nèi)擁有。因?yàn)閾碛凶孕i的時(shí)間越長(zhǎng)，其他處理器就不得不自旋以等待該自旋鎖的時(shí)間就越長(zhǎng)，而它不得不永遠(yuǎn)自旋的可能性就越大。長(zhǎng)的鎖擁有時(shí)間將阻止對(duì)當(dāng)前處理器的調(diào)度，這意味著更高優(yōu)先級(jí)的進(jìn)程，也即是系統(tǒng)真正應(yīng)該獲得CPU的進(jìn)程不得不等待。在程序中，在自旋鎖狀態(tài)下執(zhí)行的代碼都非常的簡(jiǎn)短，一般都只有幾行，這樣就是為了減少擁有自旋鎖的時(shí)間，提高整個(gè)系統(tǒng)的性能。privid = i。privinstance = phnx_mac_devices[i].instance。privtype = phnx_mac_devices[i].type。privphy_addr = gmac_id_to_phy_addr(privinstance)。privspill_configured = 0。前面已經(jīng)提及到，priv是網(wǎng)卡設(shè)備的私有結(jié)構(gòu)的指針，用于保存和控制設(shè)備特征的信息以及芯片的每個(gè)端口的信息。這里我們看到有一個(gè)數(shù)組phnx_mac_devices，它的類型是struct phnx_mac，結(jié)構(gòu)體struct phnx_mac的詳細(xì)含義如下：phnx_mac { int instance。 int type。 int irq。 unsigned long phnx_io_offset。}。各個(gè)字段分別表示端口的物理地址、端口類型、中斷號(hào)、以及I/O偏移量。phnx_mac_devices數(shù)組中定義了四個(gè)元素，即四個(gè)端口，并且分別給出了每個(gè)端口的各個(gè)字段的初始值。開發(fā)板上芯片在生產(chǎn)制造時(shí)，確立了phnx_mac各個(gè)字段的值，我們只能引用它們，而不應(yīng)該試圖去修改，但是中斷號(hào)irq是可以通過用戶空間的ifconfig命令修改的。端口類型type都設(shè)置為了TYPE_GMAC，表示千兆的通信能力，而實(shí)際上芯片還具有TYPE_XGMAC的通信能力，它是TYPE_GMAC的十倍通信能力，不過在此次開發(fā)中并未使用TYPE_XGMAC，因?yàn)閷?duì)于開發(fā)來說，這意味著具有更大的挑戰(zhàn)性和難度，而且在實(shí)際的主設(shè)備中，暫時(shí)還不需要TYPE_XGMAC這么大的通信能力，因此，只是需要針對(duì)TYPE_GMAC做開發(fā)就可以了。驅(qū)動(dòng)程序的私有數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，有一個(gè)比較陌生的成員privspill_configured，這個(gè)字段在大多數(shù)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序中不能看到的。主要原因在于XLR處理器是一個(gè)多核的處理器，一共包含有8個(gè)CPU，而在多處理器上如何控制程序并發(fā)的執(zhí)行，是多處理器使用的技術(shù)難點(diǎn)。在驅(qū)動(dòng)程序中，為了能在多處理器上同步執(zhí)行，在設(shè)備的私有數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中設(shè)置了privspill_configured這個(gè)特征值，在初始化時(shí)，該值設(shè)置為0，表示還沒有被初始化，而一但設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序被執(zhí)行后，該字段的值被重新設(shè)置為1，任何時(shí)候要執(zhí)行設(shè)備的初始化，都必須先檢測(cè)該字段，如果該值為1，則表明已經(jīng)初始化，否則進(jìn)行初始化操作。通過privspill_configured這個(gè)字段就實(shí)現(xiàn)了在多處理器上程序并發(fā)執(zhí)行時(shí)的同步控制。 設(shè)備注冊(cè)、打開、關(guān)閉網(wǎng)絡(luò)設(shè)備完成初始化以后，系統(tǒng)還無法使用該設(shè)備，因?yàn)榇藭r(shí)設(shè)備還沒有向系統(tǒng)申明自己的存在，也即是向系統(tǒng)內(nèi)核注冊(cè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的注冊(cè)由接口registre_netdevice()來完成，調(diào)用registre_netdevice() 向系統(tǒng)注冊(cè)網(wǎng)絡(luò)接口，在這個(gè)函數(shù)中將分配一個(gè)在系統(tǒng)中惟一的名稱給網(wǎng)絡(luò)接口，在驅(qū)動(dòng)程序中就是將devname字段中的eth%d分別替換為eth0，eth1，eth2，eth3，并且將這些網(wǎng)絡(luò)接口設(shè)備添加到系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的全局鏈表devbase中，注冊(cè)完成以后，系統(tǒng)知道有這個(gè)設(shè)備存在，就可以調(diào)用驅(qū)動(dòng)程序來操作設(shè)備了。在向系統(tǒng)注冊(cè)網(wǎng)絡(luò)接口之前，我們必須要完成接口的初始化，否則在注冊(cè)時(shí)，系統(tǒng)會(huì)panic甚至崩潰，這也是為什么驅(qū)動(dòng)程序在向系統(tǒng)注冊(cè)設(shè)備之前必須完成初始化的原因。驅(qū)動(dòng)程序被編譯進(jìn)內(nèi)核，在內(nèi)核引導(dǎo)階段完成對(duì)網(wǎng)絡(luò)接口的探測(cè)。但是在接口能傳遞數(shù)據(jù)包之前，內(nèi)核必須打開接口并賦予接口地址，在接口改變地址、I/O地址、irq等時(shí)必須先關(guān)閉設(shè)備。設(shè)備的打開是通過函數(shù)rmi_phnx_mac_open()接口實(shí)現(xiàn)的，設(shè)備的打開操作都是自旋鎖的保護(hù)下完成的，這主要是為了防止在同一時(shí)刻驅(qū)動(dòng)程序的并發(fā)執(zhí)行。很多網(wǎng)絡(luò)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序?qū)⒃O(shè)備的部分初始化操作也放在了設(shè)備打開的時(shí)候完成，但是考慮到BCM5464是多端口的芯片，初始化的操作是在打開之前完成了的，因此設(shè)備打開的任務(wù)就相對(duì)的比較簡(jiǎn)單了。設(shè)備的打開，意味著該設(shè)備將可以正常工作了。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的任務(wù)就是完成數(shù)據(jù)包的接收和發(fā)送，在設(shè)備開始工作之前，我們必須要向系統(tǒng)申請(qǐng)緩沖區(qū)，來保存數(shù)據(jù)包，值得注意的是，我們并不需要為待發(fā)送的數(shù)據(jù)申請(qǐng)緩沖區(qū)。數(shù)據(jù)緩沖區(qū)由skb_buf結(jié)構(gòu)保存。通常情況下，網(wǎng)絡(luò)接口只是接收MAC目的地址是自己或者廣播的數(shù)據(jù)包，但在專用網(wǎng)絡(luò)設(shè)備上，我們可以通過改變網(wǎng)卡的這一能力，讓它接收任何其它的數(shù)據(jù)包，例如，我們?cè)谶M(jìn)行網(wǎng)絡(luò)偵測(cè)的時(shí)候，就需要網(wǎng)卡可以接收流經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的所有數(shù)據(jù)包。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備要進(jìn)行數(shù)據(jù)的發(fā)送，就要檢測(cè)鏈路的連接狀況，如是否連接、斷開或者被改變。但在什么時(shí)候去檢測(cè)鏈路的這些變化，就需要一個(gè)定時(shí)器來確定。Linux內(nèi)核定時(shí)器為我們提供了良好的機(jī)制供我們使用。struct timer_list { … unsigned long expires。 void (*function)(unsigned long)。 unsigned long data。 …}。void init_timer(struct timer_list * timer)。void add_timer(struct timer_list *timer)。內(nèi)核定時(shí)器初始化，并且添加到內(nèi)核的一個(gè)合適的定時(shí)器鏈表中，內(nèi)核就會(huì)在定時(shí)器時(shí)間到達(dá)時(shí)調(diào)用定時(shí)器的回調(diào)函數(shù)，在驅(qū)動(dòng)程序中，定時(shí)器執(zhí)行的回調(diào)函數(shù)是rmi_phnx_mac_timer。rmi_phnx_mac_timer()內(nèi)部通過MII接口讀取PHY寄存器，來獲取當(dāng)前設(shè)備的物理鏈路中是否有載波信號(hào)，并向上層報(bào)告。前面介紹過，端口的速率以及雙工能力是通過MII接口從PHY寄存器中獲取出來的，但是我們?cè)谠O(shè)備打開時(shí)，可以重新根據(jù)具體的需求進(jìn)行配置，以盡可能的充分利用硬件資源同時(shí)滿足我們的實(shí)際需要。設(shè)備的端口基本配置，到這里就已經(jīng)全部結(jié)束了，但是我們還是可以在使用設(shè)備端口之前，重新按照我們的需要進(jìn)行端口的速率、雙工能力以及流量進(jìn)行等進(jìn)行配置。端口配置完畢，要使端口可以正常的工作，我們必須使能端口，即讓端口可以接收或者發(fā)送數(shù)據(jù)，并將將這一關(guān)鍵設(shè)置的值寫入到寄存器，讓內(nèi)核知道該端口可以正常工作了。一旦準(zhǔn)備好開始發(fā)送數(shù)據(jù)后，在設(shè)備打開的方法中還必須要啟動(dòng)該端口的傳輸隊(duì)列，這樣來允許接口接收傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包，內(nèi)核提供如下的函數(shù)啟動(dòng)該隊(duì)列：netif_start_queue(dev)。前面曾提到，設(shè)備端口的打開是在自旋鎖的保護(hù)下進(jìn)行的，現(xiàn)在已經(jīng)完成了設(shè)備的初始化急打開任務(wù)，就必須解除自旋鎖。在設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序中，自旋鎖狀態(tài)下完成的任務(wù)已經(jīng)超出了自旋鎖提倡的盡可能執(zhí)行較少操作的這一建議。如果沒有解除自旋鎖，系統(tǒng)將出現(xiàn)”panic”甚至崩潰。設(shè)備在不要使用時(shí)，或者臨時(shí)的停止使用，就應(yīng)該將其關(guān)閉掉。設(shè)備的關(guān)閉與設(shè)備的打開的操作是互逆的，要完成的工作很少，不象打開時(shí)那么的復(fù)雜，但是有些操作卻不是和打開時(shí)一樣的。設(shè)備的關(guān)閉操作仍然需要在自旋鎖的保護(hù)下完成，否則可能發(fā)生資源的爭(zhēng)奪，導(dǎo)致系統(tǒng)錯(cuò)誤。設(shè)備要關(guān)閉，首先讓端口不可用，即進(jìn)行使能的逆操作，使端口不能進(jìn)行數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。設(shè)備有自己的定時(shí)器，關(guān)閉設(shè)備時(shí)需要禁止該定時(shí)器繼續(xù)運(yùn)行，但在這里不是調(diào)用定時(shí)器的del_timer的API接口，而是通過調(diào)用del_timer_sync這個(gè)接口來實(shí)現(xiàn)的。究其原因來講，如同前面討論的一樣，該主設(shè)備的處理器是一個(gè)多核多線程的設(shè)備，所以只能通過調(diào)用del_timer_sync來確保在返回時(shí)沒有任何CPU在運(yùn)行定時(shí)器函數(shù)。del_timer_sync可用于在SMP系統(tǒng)上避免競(jìng)態(tài)，這和單處理器內(nèi)核中的del_timer是一樣的。設(shè)備關(guān)閉后不應(yīng)該再有數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓δ埽躁P(guān)閉設(shè)備時(shí)還要停止端口的傳輸隊(duì)列，這一操作調(diào)用的是netif_start_queue(dev)的逆操作函數(shù)netif_stop_queue(dev)來實(shí)現(xiàn)的，通過它來標(biāo)記設(shè)備不能傳輸數(shù)據(jù)包了。 數(shù)據(jù)的接受和發(fā)送發(fā)送指的是將數(shù)據(jù)包通過網(wǎng)絡(luò)連接發(fā)送出去的行為，無論任何時(shí)候，內(nèi)核要傳輸一個(gè)數(shù)據(jù)包，它都會(huì)調(diào)用驅(qū)動(dòng)程序的hard_start_transmit函數(shù)將數(shù)據(jù)放入到外發(fā)隊(duì)列中。內(nèi)核處理的每個(gè)數(shù)據(jù)包都位于一個(gè)套接字緩沖區(qū)結(jié)構(gòu)sk_buf中，對(duì)于該結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)，在第二章中已經(jīng)闡述過，限與篇幅這里就不再重新討論了。在設(shè)備進(jìn)行初始化的時(shí)候，把設(shè)備的devhard_start_xmit函數(shù)指針指向了驅(qū)動(dòng)程序自己的數(shù)據(jù)發(fā)送函數(shù)rmi_phnx_mac_xmit，在有數(shù)據(jù)發(fā)送的時(shí)候，將調(diào)用rmi_phnx_mac_xmit函數(shù)完成數(shù)據(jù)的發(fā)送任務(wù)。傳遞給rmi_phnx_mac_xmit的套接字緩沖區(qū)包含了物理數(shù)據(jù)包，并且擁有完整的的傳輸層數(shù)據(jù)包頭，接口不需要修改待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，skbdata指向的就是要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包。驅(qū)動(dòng)程序盡量保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼＿M(jìn)行，而且完畢后正確釋放了skb，如果傳輸失敗，內(nèi)核將會(huì)重新試著再傳輸，在這種情況下，驅(qū)動(dòng)程序沒有繼續(xù)進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸而是停止了該隊(duì)列，等待傳輸失敗原因解決后再進(jìn)行傳輸。在進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，負(fù)責(zé)傳輸?shù)姆椒ㄒ紫却_認(rèn)當(dāng)前的是哪一個(gè)線程在進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸。在數(shù)據(jù)的傳輸過程中，CPU是不能被搶占的，因此在驅(qū)動(dòng)程序開始傳輸數(shù)據(jù)之前，還必須要禁止CPU的