网络驱动移植之解析Linux网络驱动的基本框架

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了网络驱动移植之解析Linux网络驱动的基本框架相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

内核源码：linux-2.6.38.8.tar.bz2

 

    概括而言，编写Linux网络驱动其实只要完成两件事即可，一是分配并初始化网络设备，二是注册网络设备。

    1、分配并初始化网络设备

    动态分配网络设备（从C语言角度来看，其实就是定义了一个struct net_device结构体变量，并对这个结构体变量的某些成员进行了初始化而已）及其私有数据的大致过程如下图（以以太网设备为例）：

 技术分享

    下面将结合linux-2.6.38.8中的代码详细分析网络设备的分配和初始化过程。 

[cpp] view plain copy
  1. /* linux-2.6.38.8/include/linux/etherdevice.h */  
  2. #define alloc_etherdev(sizeof_priv) alloc_etherdev_mq(sizeof_priv, 1)  
  3. #define alloc_etherdev_mq(sizeof_priv, count) alloc_etherdev_mqs(sizeof_priv, count, count)  
  4.   
  5. /* linux-2.6.38.8/net/ethernet/eth.c */  
  6. struct net_device *alloc_etherdev_mqs(int sizeof_priv, unsigned int txqs,  
  7.                       unsigned int rxqs)  
  8. {  
  9.     return alloc_netdev_mqs(sizeof_priv, "eth%d", ether_setup, txqs, rxqs);  
  10. }  
  11.   
  12. void ether_setup(struct net_device *dev)  
  13. {  
  14.     dev->header_ops      = &eth_header_ops;  
  15.     dev->type        = ARPHRD_ETHER;  
  16.     dev->hard_header_len     = ETH_HLEN;  
  17.     dev->mtu     = ETH_DATA_LEN;  
  18.     dev->addr_len        = ETH_ALEN;  
  19.     dev->tx_queue_len    = 1000; /* Ethernet wants good queues */  
  20.     dev->flags       = IFF_BROADCAST|IFF_MULTICAST;  
  21.   
  22.     memset(dev->broadcast, 0xFF, ETH_ALEN);  
  23.   
  24. }  

    以前各类网络设备的分配函数（如以太网设备的alloc_etherdev）都只是alloc_netdev函数的封装而已，但对于linux-2.6.38.8而言已经不是这样了。 

[cpp] view plain copy
  1. /* linux-2.6.38.8/include/linux/netdevice.h */  
  2. #define alloc_netdev(sizeof_priv, name, setup) \  
  3.     alloc_netdev_mqs(sizeof_priv, name, setup, 1, 1)  

    alloc_netdev_mqs函数的五个参数分别为私有数据大小、设备名称、默认初始化函数、发送队列数目和接收队列数目。

    以太网设备的名称设为eth%d，默认初始化函数设为ether_setup，发送和接收队列数目都设为1。

    函数alloc_netdev_mqs定义在linux-2.6.38.8/net/core/dev.c文件中，大概会完成以下各种操作：

    （1）、为struct net_device和私有数据分配内存空间 

[cpp] view plain copy
  1. alloc_size = sizeof(struct net_device);  
  2. if (sizeof_priv) {  
  3.     alloc_size = ALIGN(alloc_size, NETDEV_ALIGN);  //#define NETDEV_ALIGN 32  
  4.     alloc_size += sizeof_priv;  
  5. }  
  6. alloc_size += NETDEV_ALIGN - 1;  
  7.   
  8. p = kzalloc(alloc_size, GFP_KERNEL);  
  9. if (!p) {  
  10.     printk(KERN_ERR "alloc_netdev: Unable to allocate device.\n");  
  11.     return NULL;  
  12. }  
  13.   
  14. dev = PTR_ALIGN(p, NETDEV_ALIGN);  
  15. dev->padded = (char *)dev - (char *)p;  

    对齐操作相关宏： 

[cpp] view plain copy
  1. /* linux-2.6.38.8/include/linux/kernel.h */  
  2. #define ALIGN(x, a)     __ALIGN_KERNEL((x), (a))  
  3. #define __ALIGN_KERNEL(x, a)        __ALIGN_KERNEL_MASK(x, (typeof(x))(a) - 1)  
  4. #define __ALIGN_KERNEL_MASK(x, mask)    (((x) + (mask)) & ~(mask))  
  5.       
  6. #define PTR_ALIGN(p, a)     ((typeof(p))ALIGN((unsigned long)(p), (a)))  

    （2）、动态分配per-CPU变量 

[cpp] view plain copy
  1. dev->pcpu_refcnt = alloc_percpu(int);  
  2. if (!dev->pcpu_refcnt)  
  3.     goto free_p;  

    （3）、初始化硬件地址链表dev->dev_addrs，并把首元素赋给dev->dev_addr 

[cpp] view plain copy
  1. if (dev_addr_init(dev))  
  2.     goto free_pcpu;  

    （4）、初始化组播和单播地址链表 

[cpp] view plain copy
  1. dev_mc_init(dev);  
  2. dev_uc_init(dev);  

    （5）、设置网络命名空间 

[cpp] view plain copy
  1. dev_net_set(dev, &init_net);  

    （6）、设置GSO最大值 

[cpp] view plain copy
  1. dev->gso_max_size = GSO_MAX_SIZE;  

    （7）、初始化各种链表 

[cpp] view plain copy
  1. INIT_LIST_HEAD(&dev->ethtool_ntuple_list.list);  
  2. dev->ethtool_ntuple_list.count = 0;  
  3. INIT_LIST_HEAD(&dev->napi_list);  
  4. INIT_LIST_HEAD(&dev->unreg_list);  
  5. INIT_LIST_HEAD(&dev->link_watch_list);  

    （8）、设置priv_flags值 

[cpp] view plain copy
  1. dev->priv_flags = IFF_XMIT_DST_RELEASE;  

    （9）、执行默认初始化函数（以太网设备默认为ether_setup） 

[cpp] view plain copy
  1. setup(dev);  

    （10）、初始化数据包发送队列 

[cpp] view plain copy
  1. dev->num_tx_queues = txqs;  
  2. dev->real_num_tx_queues = txqs;  
  3. if (netif_alloc_netdev_queues(dev))  
  4.     goto free_all;  

    （11）、初始化数据包接收队列 

[cpp] view plain copy
  1. dev->num_rx_queues = rxqs;  
  2. dev->real_num_rx_queues = rxqs;  
  3. if (netif_alloc_rx_queues(dev))  
  4.     goto free_all;  

    （12）、设置网络设备名称 

[cpp] view plain copy
  1. strcpy(dev->name, name);  

    2、注册网络设备

    通过register_netdev函数把已完成部分初始化的net_device结构体变量（即某个网络设备实例）注册到Linux内核中，大致过程如下图：

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    下面将结合linux-2.6.38.8中的代码详细分析网络设备的注册过程。

    （1）、获得rtnl信号量 

[cpp] view plain copy
  1. rtnl_lock();  

    （2）、分配网络设备名（即%d对应的数字） 

[cpp] view plain copy
  1. if (strchr(dev->name, ‘%‘)) {  
  2.     err = dev_alloc_name(dev, dev->name);  
  3.     if (err < 0)  
  4.         goto out;  
  5. }  

    （3）、调用实际注册函数 

[cpp] view plain copy
  1. err = register_netdevice(dev);  

    3.1、初始化dev->addr_list_lock自旋锁并根据dev->type设置其类别 

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  1. spin_lock_init(&dev->addr_list_lock);  
  2. netdev_set_addr_lockdep_class(dev);  

    3.2、调用init函数 

[cpp] view plain copy
  1. if (dev->netdev_ops->ndo_init) {  
  2.     ret = dev->netdev_ops->ndo_init(dev);  
  3.     if (ret) {  
  4.         if (ret > 0)  
  5.             ret = -EIO;  
  6.         goto out;  
  7.     }  
  8. }  

    3.3、检测网络设备名是否有效 

[cpp] view plain copy
  1. ret = dev_get_valid_name(dev, dev->name, 0);  
  2. if (ret)  
  3.     goto err_uninit;  

    3.4、为网络设备分配唯一的索引号 

[cpp] view plain copy
  1. dev->ifindex = dev_new_index(net);  
  2. if (dev->iflink == -1)  
  3.     dev->iflink = dev->ifindex;  

    3.5、设置网络设备特性（dev->features） 

[cpp] view plain copy
  1. if ((dev->features & NETIF_F_HW_CSUM) &&  
  2.     (dev->features & (NETIF_F_IP_CSUM|NETIF_F_IPV6_CSUM))) {  
  3.     printk(KERN_NOTICE "%s: mixed HW and IP checksum settings.\n",  
  4.            dev->name);  
  5.     dev->features &= ~(NETIF_F_IP_CSUM|NETIF_F_IPV6_CSUM);  
  6. }  
  7.   
  8. if ((dev->features & NETIF_F_NO_CSUM) &&  
  9.     (dev->features & (NETIF_F_HW_CSUM|NETIF_F_IP_CSUM|NETIF_F_IPV6_CSUM))) {  
  10.     printk(KERN_NOTICE "%s: mixed no checksumming and other settings.\n",  
  11.            dev->name);  
  12.     dev->features &= ~(NETIF_F_IP_CSUM|NETIF_F_IPV6_CSUM|NETIF_F_HW_CSUM);  
  13. }  
  14.   
  15. dev->features = netdev_fix_features(dev->features, dev->name);  
  16.   
  17.   
  18. if (dev->features & NETIF_F_SG)  
  19.     dev->features |= NETIF_F_GSO;  
  20.   
  21.   
  22. dev->vlan_features |= (NETIF_F_GRO | NETIF_F_HIGHDMA);  

    3.6、通过通知链告知内核其他子系统某种事件的发生（如注册网络设备） 

[cpp] view plain copy
  1. ret = call_netdevice_notifiers(NETDEV_POST_INIT, dev);  
  2. ret = notifier_to_errno(ret);  
  3. if (ret)  
  4.     goto err_uninit;  
  5.   
  6. ret = call_netdevice_notifiers(NETDEV_REGISTER, dev);  
  7. ret = notifier_to_errno(ret);  
  8. if (ret) {  
  9.     rollback_registered(dev);  
  10.     dev->reg_state = NETREG_UNREGISTERED;  
  11. }  

    3.7、创建网络设备在sysfs文件系统中的入口 

[cpp] view plain copy
  1. ret = netdev_register_kobject(dev);  
  2. if (ret)  
  3.     goto err_uninit;  

    3.8、设置网络设备为已注册状态 

[cpp] view plain copy
  1. dev->reg_state = NETREG_REGISTERED;  

    3.9、设置网络设备状态为可用 

[cpp] view plain copy
  1. set_bit(__LINK_STATE_PRESENT, &dev->state);  

    3.10、初始化网络设备的队列规则 

[cpp] view plain copy
  1. dev_init_scheduler(dev);  

    3.11、增加网络设备的引用计数 

[cpp] view plain copy
  1. dev_hold(dev);  

    3.12、加入到设备链表（如dev->dev_list、dev->name_hlist、dev->index_hlist） 

[cpp] view plain copy
  1. list_netdevice(dev);  

    3.13、发送netlink（RFC 3549协议）信息

[cpp] view plain copy
  1. if (!dev->rtnl_link_ops ||  
  2.     dev->rtnl_link_state == RTNL_LINK_INITIALIZED)  
  3.     rtmsg_ifinfo(RTM_NEWLINK, dev, ~0U);  

 

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