linux网络设备驱动程序

Posted 2020-08-23 robot developer

 

4.linux网络设备驱动程序体系结构

     --------------------------------------
    |        数据包发送     |     数据包接收       |    ----->网络协议接口层
    |  dev_queue_xmit() |     netif_rx()       |
    |--------------------------------------
    |            结构体 net_device           |    ----->网络设备接 口层
     --------------------------------------
    |        数据包发送      |      中断处理       |    ----->网络驱动功能层
    |  hard_start_xmit() |     数据包接收       |
    |--------------------------------------
    |         网络设备媒介(物理层)           |    ----->网络设备与媒介层
     --------------------------------------

 

硬件相关的驱动程序(要提供hard_start_xmit, 有数据时要用netif_rx上报)

5.sk_buff套接字缓冲区，用于linux中各层之间传输数据。当要发送数据包的时候，内核必须建立一个包含传输数据的sk_buff
然后将sk_buff交给下层，各层在sk_buff递交给下一层，各层在sk_buff中添加不同的协议贞头，直到交给网络设备发送。接收原理相同。
struct sk_buff {
/* These two members must be first. */
struct sk_buff *next;
struct sk_buff *prev;
/*网络设备接口层中的net_devive结构体*/
struct net_device *dev;
....

/*控制缓冲区 ，每个层都可以使用它，用于存放私有数据*/
char cb[48];

unsigned int len, //数据真实长度
data_len,//数据长度
mac_len; //链接层帧头的长度
/*钩子函数 垃圾回收*/
void (*destructor)(struct sk_buff *skb);

sk_buff_data_t transport_header;
sk_buff_data_t network_header;
sk_buff_data_t mac_header;
/* These elements must be at the end, see alloc_skb() for details. */
sk_buff_data_t tail;
sk_buff_data_t end;
unsigned char *head,
*data;
unsigned int truesize;
atomic_t users;
};
5.1、sk_buff结构：
----------- ---->*head
| 头部 |
|------------ ---->*data
| 数据 |
| 缓存 |
|----------- ---->*tail
| 尾部 |
----------- ---->*end

5.2、分配：
分配套接字缓冲区：以GFP_ATOMIC优先级进行skb的分配，因为该函数经常在设备驱动中被调用
static inline struct sk_buff *dev_alloc_skb(unsigned int length)

分配一个套接字缓冲区和一个数据缓冲区，参数len为数据缓冲区的大小，ARM通常32位对齐,参数priority为内存分配的优先级。
static inline struct sk_buff *alloc_skb(unsigned int size,gfp_t priority)

5.3、释放：
//用于释放dev_alloc_skb的内存，用于非中断上下文中
void dev_kfree_skb(struct sk_buff *skb)
//用于中断上下文中
static inline void dev_kfree_skb_irq(struct sk_buff *skb)
//中断和非中断都可以用 any，其实就是做了一个判断
void dev_kfree_skb_any(struct sk_buff *skb)
{
if (in_irq() || irqs_disabled())
dev_kfree_skb_irq(skb);
else
dev_kfree_skb(skb);
}
5.4、变更：
缓冲区尾部增加数据 skb
static inline unsigned char *skb_put(struct sk_buff *skb, unsigned int len)
skb->tail += len;
skb->len += len;

缓冲区开头增加数据
static inline unsigned char *skb_push(struct sk_buff *skb, unsigned int len)
skb->data -= len;
skb->len += len;

缓冲区开头移除数据
static inline unsigned char *skb_pull(struct sk_buff *skb, unsigned int len)
skb->len -= len;
return skb->data += len;

调节缓冲区头部
static inline void skb_reserve(struct sk_buff *skb, int len)
skb->data += len;
skb->tail += len;

6.net_device结构体
struct net_device
{
/*网络设备名称*/
char name[IFNAMSIZ];

unsigned long mem_end; /* 共享内存结束地址 */
unsigned long mem_start; /* 共享内存开始地址 */
unsigned long base_addr; /* I/O设备的基地址 */
unsigned int irq; /* 设备中断号 */

unsigned char if_port; /* 多端口设备使用哪一个端口*/
unsigned char dma; /* DMA channel

/*设备初始化函数，只被调用一次 */
int (*init)(struct net_device *dev);

/*用于获取网络设备的状态信息*/
struct net_device_stats* (*get_stats)(struct net_device *dev);
/*存放详细的网络设备流量统计信息*/
struct net_device_stats stats;

.......................
unsigned mtu; /* interface MTU(最大传输单元) value*/
unsigned short type; /* 硬件接口类型 */
unsigned short hard_header_len; /* 硬件头的长度 */

/*MAC地址*/
unsigned char dev_addr[MAX_ADDR_LEN];

/*私有数据，用于存放私有的数据，netdev_priv()*/
void *priv;

/*启动数据包的发送*/
int (*hard_start_xmit) (struct sk_buff *skb,struct net_device *dev);

/*开始发送数据时候的时间戳 格式为：jiffies */
unsigned long trans_start;

/* 最后一次接受数据包的长度 */
unsigned long last_rx;

/* open用于打开网络设备，获取所需的IO地址和中断号.stop()用于停止网络设备 */
int (*open)(struct net_device *dev);
int (*stop)(struct net_device *dev);

/*用于设置设备的MAC地址*/
int (*set_mac_address)(struct net_device *dev,void *addr);

/*进行特定的IO控制*/
int (*do_ioctl)(struct net_device *dev,
struct ifreq *ifr, int cmd);
/*用于配置接口，可以用来改变设备的IO地址和中断号*/
int (*set_config)(struct net_device *dev,struct ifmap *map);

/*数据包发送超时时候会被调用，可以用来重启网卡*/
void (*tx_timeout) (struct net_device *dev);

/*linux4.0才有的一个结构体，linux2.6没有,操作硬件的集合*/
struct net_device_ops {
.....
};
};