時間：2015-06-28 00:00:00 來源：IT貓撲網(wǎng) 作者：網(wǎng)管聯(lián)盟 我要評論(0)
學(xué)習(xí)應(yīng)該是一個先把問題簡單化，再把問題復(fù)雜化的過程。一開始就著手處理復(fù)雜的問題，難免讓人有心驚膽顫，捉襟見肘的感覺。讀Linux網(wǎng)卡驅(qū)動 也是一樣。那長長的源碼夾雜著那些我們陌生的變量和符號，望而生畏便是理所當(dāng)然的了。不要擔(dān)心，事情總有解決的辦法，先把一些我們管不著的代碼切割出去，留下必須的部分，把框架掌握了，那其他的事情自然就水到渠成了，這是筆者的心得。
一般在使用的Linux網(wǎng)卡驅(qū)動代碼動輒3000行左右，這個代碼量以及它所表達(dá)出來的知識量無疑是龐大的，我們有沒有辦法縮短一下這個代碼量，使我們的學(xué)習(xí)變的簡單些呢？經(jīng)過筆者的不懈努力，在仍然能夠使網(wǎng)絡(luò)設(shè)備正常工作的前提下，把它縮減到了600多行，我們把暫時還用不上的功能先割出去。這樣一來，事情就簡單多了，真的就剩下一個框架了。
下面我們就來剖析這個可以執(zhí)行的框架。
限于篇幅，以下分析用到的所有涉及到內(nèi)核中的函數(shù)代碼，我都不予列出，但給出在哪個具體文件中，請讀者自行查閱。
首先，我們來看看設(shè)備的初始化。當(dāng)我們正確編譯完我們的程序后，我們就需要把生成的目標(biāo)文件加載到內(nèi)核中去，我們會先 ifconfig eth0 down和rmmod 8139too來卸載正在使用的網(wǎng)卡驅(qū)動，然后insmod 8139too.o把我們的驅(qū)動加載進(jìn)去（其中8139too.o是我們編譯生成的目標(biāo)文件）。就像C程序有主函數(shù)main（）一樣，模塊也有第一個執(zhí)行的函數(shù)，即 module_init(rtl8139_init_module);在我們的程序中，rtl8139_init_module（）在insmod之后首 先執(zhí)行，它的代碼如下：
static int __init rtl8139_init_module (void)
{
return pci_module_init (&rtl8139_pci_driver);
}
它直接調(diào)用了pci_module_init（），這個函數(shù)代碼在Linux/drivers/net/eepro100.c中，并且把 rtl8139_pci_driver（這個結(jié)構(gòu)是在我們的驅(qū)動代碼里定義的，它是驅(qū)動程序和PCI設(shè)備聯(lián)系的紐帶）的地址作為參數(shù)傳給了它。 rtl8139_pci_driver定義如下：
static struct pci_driver rtl8139_pci_driver = {
name: MODNAME,
id_table: rtl8139_pci_tbl,
probe: rtl8139_init_one,
remove: rtl8139_remove_one,
};
pci_module_init（）在驅(qū)動代碼里沒有定義，你一定想到了，它是Linux內(nèi)核提供給模塊是一個標(biāo)準(zhǔn)接口，那么這個接口都干了些什么？筆者跟蹤了這個函數(shù)，里面調(diào)用了pci_register_driver（），這個函數(shù)代碼在Linux/drivers/pci/pci.c 中，pci_register_driver做了三件事情。
?、偈前褞н^來的參數(shù)rtl8139_pci_driver在內(nèi)核中進(jìn)行了注冊。內(nèi)核中有一個PCI設(shè)備的大的鏈表，這里負(fù)責(zé)把這個PCI驅(qū)動掛到里面去。
?、谑遣榭纯偩€上所有PCI設(shè)備（網(wǎng)卡設(shè)備屬于PCI設(shè)備的一種）的配置空間，如果發(fā)現(xiàn)標(biāo)識信息與rtl8139_pci_driver中的id_table相同，即rtl8139_pci_tbl，而它的定義如下：
static struct pci_device_id rtl8139_pci_tbl[] __devinitdata = {
{0x10ec, 0x8129, PCI_ANY_ID, PCI_ANY_ID, 0, 0, 1},
{PCI_ANY_ID, 0x8139, 0x10ec, 0x8139, 0, 0,0 },
{0,}
};
那么就說明這個驅(qū)動程序就是用來驅(qū)動這個設(shè)備的，于是調(diào)用rtl8139_pci_driver中的probe函數(shù)即 rtl8139_init_one,這個函數(shù)是在我們的驅(qū)動程序中定義了的，它是用來初始化整個設(shè)備和做一些準(zhǔn)備工作。這里需要注意一下 pci_device_id是內(nèi)核定義的用來辨別不同PCI設(shè)備的一個結(jié)構(gòu)，例如在我們這里0x10ec代表的是Realtek公司，我們掃描PCI設(shè)備配置空間如果發(fā)現(xiàn)有Realtek公司制造的設(shè)備時，兩者就對上了。當(dāng)然對上了公司號后還得看其他的設(shè)備號什么的，都對上了才說明這個驅(qū)動是可以為這個設(shè)備服務(wù)的。
?、凼前堰@個rtl8139_pci_driver結(jié)構(gòu)掛在這個設(shè)備的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（pci_dev）上，表示這個設(shè)備從此就有了自己的驅(qū)動了。而驅(qū)動也找到了它服務(wù)的對象了。
PCI是一個總線標(biāo)準(zhǔn)，PCI總線上的設(shè)備就是PCI設(shè)備，這些設(shè)備有很多類型，當(dāng)然也包括網(wǎng)卡設(shè)備，每一個PCI設(shè)備在內(nèi)核中抽象為一個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)pci_dev,它描述了一個PCI設(shè)備的所有的特性，具體請查詢相關(guān)文檔，本文限于篇幅無法詳細(xì)描述。但是有幾個地方和驅(qū)動程序的關(guān)系特別大，必須予以說明。PCI設(shè)備都遵守PCI標(biāo)準(zhǔn)，這個部分所有的PCI設(shè)備都是一樣的，每個PCI設(shè)備都有一段寄存器存儲著配置空間，這一部分格式是一樣的，比如第一個寄存器總是生產(chǎn)商號碼，如Realtek就是10ec，而Intel則是另一個數(shù)字，這些都是商家像標(biāo)準(zhǔn)組織申請的，是肯定不同的。我就可以通過配置空間來辨別其生產(chǎn)商，設(shè)備號，不論你什么平臺，x86也好，ppc也好，他們都是同一的標(biāo)準(zhǔn)格式。當(dāng)然光有這些PCI配置空間的統(tǒng)一格式還是不夠的，比如 說人類，都有鼻子和眼睛，但并不是所有人的鼻子和眼睛都長的一樣的。網(wǎng)卡設(shè)備是PCI設(shè)備必須遵守規(guī)則，在設(shè)備里集成了PCI配置空間，但它是一個網(wǎng)卡就必須同時集成能控制網(wǎng)卡工作的寄存器。而寄存器的訪問就成了一個問題。在Linux里面我們是把這些寄存器映射到主存虛擬空間上的，換句話說我們的CPU 訪存指令就可以訪問到這些處于外設(shè)中的控制寄存器?？偨Y(jié)一下，PCI設(shè)備主要包括兩類空間，一個是配置空間，它是操作系統(tǒng)或BIOS控制外設(shè)的統(tǒng)一格式的空 間，CPU指令不能訪問，訪問這個空間要借助BIOS功能，事實上Linux的訪問配置空間的函數(shù)是通過CPU指令驅(qū)使BIOS來完成讀寫訪問的。
而另一類是普通的控制寄存器空間，這一部分映射完后CPU可以訪問來控制設(shè)備工作。
現(xiàn)在我們回到上面pci_register_driver的第二步，如果找到相關(guān)設(shè)備和我們的pci_device_id結(jié)構(gòu)數(shù)組對上號了，說明我們找到服務(wù)對象了，則調(diào)用rtl8139_init_one,它主要做了七件事：
① 建立net_device結(jié)構(gòu)，讓它在內(nèi)核中代表這個網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。但是讀者可能會問，pci_dev也是代表著這個設(shè)備，那么兩者有什么區(qū)別 呢，正如我們上面討論的，網(wǎng)卡設(shè)備既要遵循PCI規(guī)范，也要擔(dān)負(fù)起其作為網(wǎng)卡設(shè)備的職責(zé)，于是就分了兩塊，pci_dev用來負(fù)責(zé)網(wǎng)卡的PCI規(guī)范，而這里要說的net_device則是負(fù)責(zé)網(wǎng)卡的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備這個職責(zé)。
dev = init_etherdev (NULL, sizeof (*tp));
if (dev == NULL) {
printk ("unable to alloc new ethernet\n");
return -ENOMEM;
}
tp = dev->priv;
init_etherdev函數(shù)在Linux/drivers/net/net_init.c中，在這個函數(shù)中分配了net_device的內(nèi)存并進(jìn)行了初步的初始化。這里值得注意的是net_device中的一個成員priv，它代表著不同網(wǎng)卡的私有數(shù)據(jù)，比如Intel的網(wǎng)卡和Realtek 的網(wǎng)卡在內(nèi)核中都是以net_device來代表。但是他們是有區(qū)別的，比如Intel和Realtek實現(xiàn)同一功能的方法不一樣，這些都是靠著priv 來體現(xiàn)。所以這里把拿出來同net_device相提并論。分配內(nèi)存時，net_device中除了priv以外的成員都是固定的，而priv的大小是可 以任意的，所以分配時要把priv的大小傳過去。
?、陂_啟這個設(shè)備（其實是開啟了設(shè)備的寄存器映射到內(nèi)存的功能）
rc = pci_enable_device (pdev);
if (rc)
goto err_out;
pci_enable_device也是一個內(nèi)核開發(fā)出來的接口，代碼在drivers/pci/pci.c中，筆者跟蹤發(fā)現(xiàn)這個函數(shù)主要就是把 PCI配置空間的Command域的0位和1位置成了1，從而達(dá)到了開啟設(shè)備的目的，因為rtl8139的官方datasheet中，說明了這兩位的作用 就是開啟內(nèi)存映射和I/O映射，如果不開的話，那我們以上討論的把控制寄存器空間映射到內(nèi)存空間的這一功能就被屏蔽了，這對我們是非常不利的，除此之外，pci_enable_device還做了些中斷開啟工作。
?、郢@得各項資源
mmio_start = pci_resource_start (pdev, 1);
mmio_end = pci_resource_end (pdev, 1);
mmio_flags = pci_resource_flags (pdev, 1);
mmio_len = pci_resource_len (pdev, 1);
讀者也許疑問我們的寄存器被映射到內(nèi)存中的什么地方是什么時候有誰決定的呢。是這樣的，在硬件加電初始化時，BIOS固件同一檢查了所有的PCI 設(shè)備，并統(tǒng)一為他們分配了一個和其他互不沖突的地址，讓他們的驅(qū)動程序可以向這些地址映射他們的寄存器，這些地址被BIOS寫進(jìn)了各個設(shè)備的配置空間，因為這個活動是一個PCI的標(biāo)準(zhǔn)的活動，所以自然寫到各個設(shè)備的配置空間里而不是他們風(fēng)格各異的控制寄存器空間里。當(dāng)然只有BIOS可以訪問配置空間。當(dāng)操作系統(tǒng)初始化時，他為每個PCI設(shè)備分配了pci_dev結(jié)構(gòu)，并且把BIOS獲得的并寫到了配置空間中的地址讀出來寫到了pci_dev中的 resource字段中。這樣以后我們在讀這些地址就不需要在訪問配置空間了，直接跟pci_dev要就可以了，我們這里的四個函數(shù)就是直接從 pci_dev讀出了相關(guān)數(shù)據(jù)，代碼在include/linux/pci.h中。定義如下：
#define pci_resource_start(dev,bar) ((dev)->resource[(bar)].start)
#define pci_resource_end(dev,bar) ((dev)->resource[(bar)].end)
這里需要說明一下，每個PCI設(shè)備有0-5一共6個地址空間，我們通常只使用前兩個，這里我們把參數(shù)1傳給了bar就是使用內(nèi)存映射的地址空間。
④把得到的地址進(jìn)行映射
ioaddr = ioremap (mmio_start, mmio_len);
if (ioaddr == NULL) {
printk ("cannot remap MMIO, aborting\n");
rc = -EIO;
goto err_out_free_res;
}
ioremap是內(nèi)核提供的用來映射外設(shè)寄存器到主存的函數(shù)，我們要映射的地址已經(jīng)從pci_dev中讀了出來（上一步）
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