《驱动学习 - 虚拟网卡驱动》

Posted 2020-11-16 zhuangquan

1.网卡驱动描述

　　网卡的驱动其实很简单,它还是与硬件相关,主要是负责收发网络的数据包,它将上层协议传递下来的数据包以特定的媒介访问控制方式进行发送， 并将接收到的数据包传递给上层协议。

　　网卡设备与字符设备和块设备不同， 网络设备并不对应于/dev目录下的文件,不过会存放在/sys/class/net目录下

　　如下图所示,我们通过ls /sys/class/net/ 命令,可以看到有两个网卡:

　　

 

2.Linux系统对网络设备驱动定义了4个层次， 这4个层次有到下分为

1)网络协议接口层:

实现统一的数据包收发的协议,该层主要负责调用dev_queue_xmit()函数发送数据， netif_rx()函数接收数据

2)网络设备接口层:

通过net_device结构体来描述一个具体的网络设备的信息,实现不同的硬件的统一

3)设备驱动功能层：

用来负责驱动网络设备硬件来完成各个功能, 它通过hard_start_xmit() 函数启动发送操作， 并通过网络设备上的中断触发接收操作,

4)网络设备与媒介层：

用来负责完成数据包发送和接收的物理实体, 设备驱动功能层的函数都在这物理上驱动的

层次结构如下图所示:

 

3.网卡驱动初始化

 　　而我们的网卡驱动程序,只需要编写网络设备接口层,填充net_device数据结构的内容并将net_device注册入内核,设置硬件相关操作,使能中断处理等。

 3.1其中net_device结构体的重要成员,整理后如下所示:

struct net_device
{
       char               name[IFNAMSIZ];              //网卡设备名称
       unsigned long              mem_end;             //该设备的内存结束地址
       unsigned long              mem_start;            //该设备的内存起始地址
       unsigned long              base_addr;            //该设备的内存I/O基地址
       unsigned int          irq;                       //该设备的中断号

       unsigned char        if_port;                  //多端口设备使用的端口类型
　　　　unsigned char        dma;                     //该设备的DMA通道

       unsigned long              state;                    //网络设备和网络适配器的状态信息

             

      struct net_device_stats* (*get_stats)(struct net_device *dev); //获取流量的统计信息
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　//运行ifconfig便会调用该成员函数,并返回一个net_device_stats结构体获取信息

      struct net_device_stats  stats;      //用来保存统计信息的net_device_stats结构体

 
       unsigned long              features;        //接口特征,     
       unsigned int          flags; //flags指网络接口标志,以IFF_(Interface Flags)开头
//当flags =IFF_UP（ 当设备被激活并可以开始发送数据包时， 内核设置该标志）、 IFF_AUTOMEDIA（设置设备可在多种媒介间切换）、
IFF_BROADCAST（ 允许广播）、IFF_DEBUG（ 调试模式， 可用于控制printk调用的详细程度） 、 IFF_LOOPBACK（ 回环）、
IFF_MULTICAST（ 允许组播） 、 IFF_NOARP（ 接口不能执行ARP,点对点接口就不需要运行 ARP） 和IFF_POINTOPOINT（ 接口连接到点到点链路） 等。

 
       unsigned        mtu;        //最大传输单元,也叫最大数据包

       unsigned short  type;   　　//接口的硬件类型

       unsigned short   hard_header_len;     //硬件帧头长度,一般被赋为ETH_HLEN,即14

 
　　　　unsigned char   dev_addr[MAX_ADDR_LEN];      //存放设备的MAC地址

       unsigned long              last_rx;    //接收数据包的时间戳,调用netif_rx()后赋上jiffies即可

       unsigned long              trans_start;     //发送数据包的时间戳,当要发送的时候赋上jiffies即可

       unsigned char        dev_addr[MAX_ADDR_LEN];                //MAC地址

 
       int                 (*hard_start_xmit) (struct sk_buff *skb, struct net_device *dev);
                                   //数据包发送函数, sk_buff就是用来收发数据包的结构体


　　　　void  (*tx_timeout) (struct net_device *dev); //发包超时处理函数
　　　　... ...
}

上面讲到的统计信息net_device_stats结构体,其中重要成员如下所示:

struct net_device_stats
{
       unsigned long       rx_packets;          　　/*收到的数据包数*/
       unsigned long       tx_packets;          　　/*发送的数据包数    */
       unsigned long       rx_bytes;               /*收到的字节数,可以通过sk_buff结构体的成员len来获取*/
       unsigned long       tx_bytes;               /*发送的字节数,可以通过sk_buff结构体的成员len来获取*/
       unsigned long       rx_errors;              /*收到的错误数据包数*/
       unsigned long       tx_errors;              /*发送的错误数据包数*/
       ... ...
}

3.2 所以init函数,初始化网卡步骤如下所示:

1)使用alloc_netdev()来分配一个net_device结构体 

2)设置网卡硬件相关的寄存器

3)设置net_device结构体的成员

4)使用register_netdev()来注册net_device结构体