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工作需要写了我们公司一块网卡的LINUX驱动程序。经历一个从无到有的过程，深感技术交流的重要。linux作为挑战微软垄断的强有力武器，日益受到大家的喜爱。真希望她能在中国迅速成长。把程序文档贴出来，希望和大家探讨linux技术和应用，促进linux在中国的普及。
linux操作系统网络驱动程序编写 一.linux系统设备驱动程序概述 1.1 linux设备驱动程序分类 1.2 编写驱动程序的一些基本概念 二.linux系统网络设备驱动程序 2.1 网络驱动程序的结构 2.2 网络驱动程序的基本方法 2.3 网络驱动程序中用到的数据结构 2.4 常用的系统支持 三.编写linux网络驱动程序中可能遇到的问题 3.1 中断共享 3.2 硬件发送忙时的处理 3.3 流量控制(flow control) 3.4 调试 四.进一步的阅读 五.杂项 一.linux系统设备驱动程序概述 1.1 linux设备驱动程序分类 linux设备驱动程序在linux的内核源代码中占有很大的比例，源代码的长度日益增加，主要是驱动程序的增加。在linux内核的不断升级过程中，驱动程序的结构还是相对稳定。在2.0.xx到2.2.xx的变动里，驱动程序的编写做了一些改变，但是从2.0.xx的驱动到2.2.xx的移植只需做少量的工作。 linux系统的设备分为字符设备(char device)，块设备(block device)和网络设备(network device)三种。字符设备是指存取时没有缓存的设备。块设备的读写都有缓存来支持，并且块设备必须能够随机存取(random access)，字符设备则没有这个要求。典型的字符设备包括鼠标，键盘，串行口等。块设备主要包括硬盘软盘设备，cd-rom等。一个文件系统要安装进入操作系统必须在块设备上。 网络设备在linux里做专门的处理。linux的网络系统主要是基于bsd unix的socket机制。在系统和驱动程序之间定义有专门的数据结构(sk_buff)进行数据的传递。系统里支持对发送数据和接收数据的缓存，提供流量控制机制，提供对多协议的支持。 1.2 编写驱动程序的一些基本概念 无论是什么操作系统的驱动程序，都有一些通用的概念。操作系统提供给驱动程序的支持也大致相同。下面简单介绍一下网络设备驱动程序的一些基本要求。 1.2.1 发送和接收 这是一个网络设备最基本的功能。一块网卡所做的无非就是收发工作。所以驱动程序里要告诉系统你的发送函数在哪里，系统在有数据要发送时就会调用你的发 送程序。还有驱动程序由于是直接操纵硬件的，所以网络硬件有数据收到最先能得到这个数据的也就是驱动程序，它负责把这些原始数据进行必要的处理然后送给系统。这里，操作系统必须要提供两个机制，一个是找到驱动程序的发送函数，一个是驱动程序把收到的数据送给系统。 1.2.2 中断 中断在现代计算机结构中有重要的地位。操作系统必须提供驱动程序响应中断的能力。一般是把一个中断处理程序注册到系统中去。操作系统在硬件中断发生后 调用驱动程序的处理程序。linux支持中断的共享，即多个设备共享一个中断。 1.2.3 时钟 在实现驱动程序时，很多地方会用到时钟。如某些协议里的超时处理，没有中断机制的硬件的轮询等。操作系统应为驱动程序提供定时机制。一般是在预定的时 间过了以后回调注册的时钟函数。在网络驱动程序中，如果硬件没有中断功能，定时器可以提供轮询(poll)方式对硬件进行存取。或者是实现某些协议时需要的超时重传等。 二.linux系统网络设备驱动程序 2.1 网络驱动程序的结构 所有的linux网络驱动程序遵循通用的接口。设计时采用的是面向对象的方法。一个设备就是一个对象(device 结构)，它内部有自己的数据和方法。每一个设备的方法被调用时的第一个参数都是这个设备对象本身。这样这个方法就可以存取自身的数据(类似面向对象程序设计时的this引用)。 一个网络设备最基本的方法有初始化、发送和接收。 ------------------- --------------------- |deliver packets | |receive packets queue| |(dev_queue_xmit()) | |them(netif_rx()) | ------------------- --------------------- | | / / | | ------------------------------------------------------- | methods and variables(initialize,open,close,hard_xmit,| | interrupt handler,config,resources,status...) | ------------------------------------------------------- | | / / | | ----------------- ---------------------- |send to hardware | |receivce from hardware| ----------------- ---------------------- | | / / | | ----------------------------------------------------- | hardware media | ----------------------------------------------------- 初始化程序完成硬件的初始化、device中变量的初始化和系统资源的申请。发送程序是在驱动程序的上层协议层有数据要发送时自动调用的。一般驱动程序中不对发送数据进行缓存，而是直接使用硬件的发送功能把数据发送出去。接收数据一般是通过硬件中断来通知的。在中断处理程序里，把硬件帧信息填入一个skbuff结构中，然后调用netif_rx()传递给上层处理。 2.2 网络驱动程序的基本方法 网络设备做为一个对象，提供一些方法供系统访问。正是这些有统一接口的方法，掩蔽了硬件的具体细节，让系统对各种网络设备的访问都采用统一的形式，做到硬件无关性。 下面解释最基本的方法。 2.2.1 初始化(initialize) 驱动程序必须有一个初始化方法。在把驱动程序载入系统的时候会调用这个初始化程序。它做以下几方面的工作。检测设备。在初始化程序里你可以根据硬件的特征检查硬件是否存在，然后决定是否启动这个驱动程序。配置和初始化硬件。在初始化程序里你可以完成对硬件资源的配置，比如即插即用的硬件就可以在这个时候进行配置(linux内核对pnp功能没有很好的支持，可以在驱动程序里完成这个功能)。配置或协商好硬件占用的资源以后，就可以向系统申请这些资源。有些资源是可以和别的设备共享的，如中断。有些是不能共享的，如io、dma。接下来你要初始化device结构中的变量。最后，你可以让硬件正式开始工作。 2.2.2 打开(open) open这个方法在网络设备驱动程序里是网络设备被激活的时候被调用(即设备状态由down-->up)。所以实际上很多在initialize中的工作可以放到这里来做。比如资源的申请，硬件的激活。如果dev->open返回非0(error)，则硬件的状态还是down。 open方法另一个作用是如果驱动程序做为一个模块被装入，则要防止模块卸载时设备处于打开状态。在open方法里要调用mod_inc_use_count宏。 2.2.3 关闭(stop) close方法做和open相反的工作。可以释放某些资源以减少系统负担。close是在设备状态由up转为down时被调用的。另外如果是做为模块装入的驱动程序，close里应该调用mod_dec_use_count，减少设备被引用的次数，以使驱动程序可以被卸载。 另外close方法必须返回成功(0==success)。 2.2.4 发送(hard_start_xmit) 所有的网络设备驱动程序都必须有这个发送方法。在系统调用驱动程序的xmit时，发送的数据放在一个sk_buff结构中。一般的驱动程序把数据传给硬件发出去。也有一些特殊的设备比如loopback把数据组成一个接收数据再回送给系统，或者dummy设备直接丢弃数据。 如果发送成功，hard_start_xmit方法里释放sk_buff，返回0(发送成功)。如果设备暂时无法处理，比如硬件忙，则返回1。这时如果dev->tbusy置为非0，则系统认为硬件忙，要等到dev->tbusy置0以后才会再次发送。tbusy的置0任务一般由中断完成。硬件在发送结束后产生中断，这时可以把tbusy置0，然后用mark_bh()调用通知系统可以再次发送。在发送不成功的情况下，也可以不置dev->tbusy为非0，这样系统会不断尝试重发。如果hard_start_xmit发送不成功，则不要释放sk_buff。传送下来的sk_buff中的数据已经包含硬件需要的帧头。所以在发送方法里不需要再填充硬件帧头，数据可以直接提交给硬件发送。sk_buff是被锁住的(locked)，确保其他程序不会存取它。  |
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