Linux作為挑戰(zhàn)微軟壟斷的強(qiáng)有力武器，日益受到大家的喜愛。真希望她能在中國迅速成長。把程序文檔貼出來，希望和大家探討Linux技術(shù)和應(yīng)用，促進(jìn)Linux在中國的普及。
Linux操作系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動程序編寫
一.Linux系統(tǒng)設(shè)備驅(qū)動程序概述
1.1 Linux設(shè)備驅(qū)動程序分類
1.2 編寫驅(qū)動程序的一些基本概念
二.Linux系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備驅(qū)動程序
2.1 網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動程序的結(jié)構(gòu)
2.2 網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動程序的基本方法
2.3 網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動程序中用到的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
2.4 常用的系統(tǒng)支持
三.編寫Linux網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動程序中可能遇到的問題
3.1 中斷共享
3.2 硬件發(fā)送忙時(shí)的處理
3.3 流量控制(flow control)
3.4 調(diào)試
四.進(jìn)一步的閱讀
五.雜項(xiàng)

一.Linux系統(tǒng)設(shè)備驅(qū)動程序概述

1.1 Linux設(shè)備驅(qū)動程序分類

Linux設(shè)備驅(qū)動程序在Linux的內(nèi)核源代碼中占有很大的比例，源代碼的長度日益增加，主要是驅(qū)動程序的增加。在Linux內(nèi)核的不斷升級過程中，驅(qū)動程序的結(jié)構(gòu)還是相對穩(wěn)定 。在2.0.xx到2.2.xx的變動里，驅(qū)動程序的編寫做了一些改變，但是從2.0.xx的驅(qū)動到2.2.xx的移植只需做少量的工作。

Linux系統(tǒng)的設(shè)備分為字符設(shè)備(char device)，塊設(shè)備(block device)和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備(net work device)三種。字符設(shè)備是指存取時(shí)沒有緩存的設(shè)備。塊設(shè)備的讀寫都有緩存來支 持，并且塊設(shè)備必須能夠隨機(jī)存取(random access)，字符設(shè)備則沒有這個(gè)要求。典型的 字符設(shè)備包括鼠標(biāo)，鍵盤，串行口等。塊設(shè)備主要包括硬盤軟盤設(shè)備，CD-ROM等。一個(gè) 文件系統(tǒng)要安裝進(jìn)入操作系統(tǒng)必須在塊設(shè)備上。 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備在Linux里做專門的處理。Linux的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)主要是基于BSD unix的socket機(jī)制。在系統(tǒng)和驅(qū)動程序之間定義有專門的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(sk_buff)進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳遞。系統(tǒng)里支持對發(fā)送數(shù)據(jù)和接收數(shù)據(jù)的緩存，提供流量控制機(jī)制，提供對多協(xié)議的支持。
1.2 編寫驅(qū)動程序的一些基本概念

無論是什么操作系統(tǒng)的驅(qū)動程序，都有一些通用的概念。操作系統(tǒng)提供給驅(qū)動程序的支持也大致相同。下面簡單介紹一下網(wǎng)絡(luò)設(shè)備驅(qū)動程序的一些基本要求。
1.2.1 發(fā)送和接收
這是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備最基本的功能。一塊網(wǎng)卡所做的無非就是收發(fā)工作。所以驅(qū)動程序里要告訴系統(tǒng)你的發(fā)送函數(shù)在哪里，系統(tǒng)在有數(shù)據(jù)要發(fā)送時(shí)就會調(diào)用你的發(fā) 送程序。還有驅(qū)動程序由于是直接操縱硬件的，所以網(wǎng)絡(luò)硬件有數(shù)據(jù)收到最先能得到這個(gè)數(shù)據(jù)的也就 是驅(qū)動程序，它負(fù)責(zé)把這些原始數(shù)據(jù)進(jìn)行必要的處理然后送給系統(tǒng)。這里，操作系統(tǒng)必 須要提供兩個(gè)機(jī)制，一個(gè)是找到驅(qū)動程序的發(fā)送函數(shù)，一個(gè)是驅(qū)動程序把收到的數(shù)據(jù)送 給系統(tǒng)。
1.2.2 中斷
中斷在現(xiàn)代計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)中有重要的地位。操作系統(tǒng)必須提供驅(qū)動程序響應(yīng)中斷的能力。 一般是把一個(gè)中斷處理程序注冊到系統(tǒng)中去。操作系統(tǒng)在硬件中斷發(fā)生后 調(diào)用驅(qū)動程序 的處理程序。Linux支持中斷的共享，即多個(gè)設(shè)備共享一個(gè)中斷。
1.2.3 時(shí)鐘
在實(shí)現(xiàn)驅(qū)動程序時(shí)，很多地方會用到時(shí)鐘。如某些協(xié)議里的超時(shí)處理，沒有中斷機(jī)制的 硬件的輪詢等。操作系統(tǒng)應(yīng)為驅(qū)動程序提供定時(shí)機(jī)制。一般是在預(yù)定的時(shí) 間過了以后回 調(diào)注冊的時(shí)鐘函數(shù)。在網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動程序中，如果硬件沒有中斷功能，定時(shí)器可以提供輪詢 (poll)方式對硬件進(jìn)行存取?；蛘呤菍?shí)現(xiàn)某些協(xié)議時(shí)需要的超時(shí)重傳等。

二.Linux系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備驅(qū)動程序

2.1 網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動程序的結(jié)構(gòu)
所有的Linux網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動程序遵循通用的接口。設(shè)計(jì)時(shí)采用的是面向?qū)ο蟮姆椒āＲ粋€(gè)設(shè)備 就是一個(gè)對象(device 結(jié)構(gòu))，它內(nèi)部有自己的數(shù)據(jù)和方法。每一個(gè)設(shè)備的方法被調(diào)用時(shí) 的第一個(gè)參數(shù)都是這個(gè)設(shè)備對象本身。這樣這個(gè)方法就可以存取自身的數(shù)據(jù)(類似面向?qū)?象程序設(shè)計(jì)時(shí)的this引用)。 一個(gè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備最基本的方法有初始化、發(fā)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中變量的初始化和系統(tǒng)資源的申請。發(fā)送程序是 在驅(qū)動程序的上層協(xié)議層有數(shù)據(jù)要發(fā)送時(shí)自動調(diào)用的。一般驅(qū)動程序中不對發(fā)送數(shù)據(jù)進(jìn) 行緩存，而是直接使用硬件的發(fā)送功能把數(shù)據(jù)發(fā)送出去。接收數(shù)據(jù)一般是通過硬件中斷 來通知的。在中斷處理程序里，把硬件幀信息填入一個(gè)skbuff結(jié)構(gòu)中，然后調(diào)用netif_ rx()傳遞給上層處理。
2.2 網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動程序的基本方法
網(wǎng)絡(luò)設(shè)備做為一個(gè)對象，提供一些方法供系統(tǒng)訪問。正是這些有統(tǒng)一接口的方法，掩蔽 了硬件的具體細(xì)節(jié)，讓系統(tǒng)對各種網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的訪問都采用統(tǒng)一的形式，做到硬件無關(guān)性 。
下面解釋最基本的方法。
2.2.1 初始化(initialize)
驅(qū)動程序必須有一個(gè)初始化方法。在把驅(qū)動程序載入系統(tǒng)的時(shí)候會調(diào)用這個(gè)初始化程序 。它做以下幾方面的工作。檢測設(shè)備。在初始化程序里你可以根據(jù)硬件的特征檢查硬件 是否存在，然后決定是否啟動這個(gè)驅(qū)動程序。配置和初始化硬件。在初始化程序里你可 以完成對硬件資源的配置，比如即插即用的硬件就可以在這個(gè)時(shí)候進(jìn)行配置(Linux內(nèi)核 對PnP功能沒有很好的支持，可以在驅(qū)動程序里完成這個(gè)功能)。配置或協(xié)商好硬件占用 的資源以后，就可以向系統(tǒng)申請這些資源。有些資源是可以和別的設(shè)備共享的，如中斷 。有些是不能共享的，如IO、DMA。接下來你要初始化device結(jié)構(gòu)中的變量。最后，你可 以讓硬件正式開始工作。
2.2.2 打開(open)
open這個(gè)方法在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備驅(qū)動程序里是網(wǎng)絡(luò)設(shè)備被激活的時(shí)候被調(diào)用(即設(shè)備狀態(tài)由down-->up)。所以實(shí)際上很多在initialize中的工作可以放到這里來做。比如資源的申請， 硬件的激活。如果dev->open返回非0(error)，則硬件的狀態(tài)還是down。 open方法另一個(gè)作用是如果驅(qū)動程序做為一個(gè)模塊被裝入，則要防止模塊卸載時(shí)設(shè)備處 于打開狀態(tài)。在open方法里要調(diào)MOD_INC_USE_COUNT宏。
2.2.3 關(guān)閉(stop)
close方法做和open相反的工作?？梢葬尫拍承┵Y源以減少系統(tǒng)負(fù)擔(dān)。close是在設(shè)備狀 態(tài)由up轉(zhuǎn)為down時(shí)被調(diào)用的。另外如果是做為模塊裝入的驅(qū)動程序，close里應(yīng)該調(diào)用M OD_DEC_USE_COUNT，減少設(shè)備被引用的次數(shù)，以使驅(qū)動程序可以被卸載。 另外close方法必須返回成功(0==success)。
2.2.4 發(fā)送(hard_start_xmit)
所有的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備驅(qū)動程序都必須有這個(gè)發(fā)送方法。在系統(tǒng)調(diào)用驅(qū)動程序的xmit時(shí)，發(fā)送 的數(shù)據(jù)放在一個(gè)sk_buff結(jié)構(gòu)中。一般驅(qū)動程序把數(shù)據(jù)傳給硬件發(fā)出去。也有一些特殊 的設(shè)備比如loopback把數(shù)據(jù)組成一個(gè)接收數(shù)據(jù)再回送給系統(tǒng)，或者dummy設(shè)備直接丟棄數(shù) 據(jù)。
如果發(fā)送成功，hard_start_xmit方法里釋放sk_buff，返回0(發(fā)送成功)。如果設(shè)備暫時(shí) 無法處理，比如硬件忙，則返回1。這時(shí)如果dev->tbusy置為非0，則系統(tǒng)認(rèn)為硬件忙， 要等到dev->tbusy置0以后才會再次發(fā)送。tbusy的置0任務(wù)一般由中斷完成。硬件在發(fā)送 結(jié)束后產(chǎn)生中斷，這時(shí)可以把tbusy置0，然后用mark_bh()調(diào)用通知系統(tǒng)可以再次發(fā)送。 在發(fā)送不成功的情況下，也可以不置dev->tbusy為非0，這樣系統(tǒng)會不斷嘗試重發(fā)。如果 hard_start_xmit發(fā)送不成功，則不要釋放sk_buff。傳送下來的sk_buff中的數(shù)據(jù)已經(jīng)包 含硬件需要的幀頭。所以在發(fā)送方法里不需要再填充硬件幀頭，數(shù)據(jù)可以直接提交給硬 件發(fā)送。sk_buff是被鎖住的(locked)，確保其他程序不會存取它。
2.2.5 接收(reception)
驅(qū)動程序并不存在一個(gè)接收方法。有數(shù)據(jù)收到應(yīng)該是驅(qū)動程序來通知系統(tǒng)的。一般設(shè)備 收到數(shù)據(jù)后都會產(chǎn)生一個(gè)中斷，在中斷處理程序中驅(qū)動程序申請一塊sk_buff(skb)，從 硬件讀出數(shù)據(jù)放置到申請好的緩沖區(qū)里。接下來填充sk_buff中 的一些信息skb->dev = dev，判斷收到幀的協(xié)議類型，填入skb->protocol(多協(xié) 議的支持)。把指針skb->m ac.raw指向硬件數(shù)據(jù)然后丟棄硬件幀頭(skb_pull)。還要設(shè)置skb->pkt_type，標(biāo)明第二 層(鏈路層)數(shù)據(jù)類型。可以是以下類型：
PACKET_BROADCAST : 鏈路層廣播
PACKET_MULTICAST : 鏈路層組播
PACKET_SELF : 發(fā)給自己的幀
PACKET_OTHERHOST : 發(fā)給別人的幀(監(jiān)聽模式時(shí)會有這種幀)
最后調(diào)用netif_rx()把數(shù)據(jù)傳送給協(xié)議層。netif_rx()里數(shù)據(jù)放入處理隊(duì)列然后返回， 真正的處理是在中斷返回以后，這樣可以減少中斷時(shí)間。調(diào)用netif_rx()以后， 驅(qū)動程序就不能再存取數(shù)據(jù)緩沖區(qū)skb。
2.2.6 硬件幀頭(hard_header)
硬件一般都會在上層數(shù)據(jù)發(fā)送之前加上自己的硬件幀頭，比如以太網(wǎng)(Ethernet)就有14 字節(jié)的幀頭。這個(gè)幀頭是加在上層ip、ipx等數(shù)據(jù)包的前面的。驅(qū)動程序提供一個(gè)hard_ header方法，協(xié)議層(ip、ipx、arp等)在發(fā)送數(shù)據(jù)之前會調(diào)用這段程序。 硬件幀頭的長度必須填在dev->hard_header_len，這樣協(xié)議層回在數(shù)據(jù)之前保留好硬件 幀頭的空間。這樣hard_header程序只要調(diào)用skb_push然后正確填入硬件幀頭就可以了。

在協(xié)議層調(diào)用hard_header時(shí)，傳送的參數(shù)包括(2.0.xx)：數(shù)據(jù)的sk_buff，device指針 ，protocol，目的地址(daddr)，源地址(saddr)，數(shù)據(jù)長度(len)。數(shù)據(jù)長度不要使用s k_buff中的參數(shù)，因?yàn)檎{(diào)用hard_header時(shí)數(shù)據(jù)可能還沒完全組織好。saddr是NULL的話 是使用缺省地址(default)。daddr是NULL表明協(xié)議層不知道硬件目的地址。如果hard_h eader完全填好了硬件幀頭，則返回添加的字節(jié)數(shù)。如果硬件幀頭中的信息還不完全(比 如daddr為NULL，但是幀頭中需要目的硬件地址。典型的情況是以太網(wǎng)需要地址解析(ar p))，則返回負(fù)字節(jié)數(shù)。hard_header返回負(fù)數(shù)的情況下，協(xié)議層會做進(jìn)一步的build he ader的工作。目前Linux系統(tǒng)里就是做arp (如果hard_header返回正，dev->arp=1，表明 不需要做arp，返回負(fù)，dev->arp=0，做arp)。
對hard_header的調(diào)用在每個(gè)協(xié)議層的處理程序里。如ip_output。
2.2.7 地址解析(xarp)
有些網(wǎng)絡(luò)有硬件地址(比如Ethernet)，并且在發(fā)送硬件幀時(shí)需要知道目的硬件地址。這 樣就需要上層協(xié)議地址(ip、ipx)和硬件地址的對應(yīng)。這個(gè)對應(yīng)是通過地址解析完成的。 需要做arp的的設(shè)備在發(fā)送之前會調(diào)用驅(qū)動程序的rebuild_header方法。調(diào)用的主要參數(shù) 包括指向硬件幀頭的指針，協(xié)議層地址。如果驅(qū)動程序能夠解析硬件地址，就返回1，如 果不能，返回0。
對rebuild_header的調(diào)用在net/core/dev.c的do_dev_queue_xmit()里。
2.2.8 參數(shù)設(shè)置和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)
在驅(qū)動程序里還提供一些方法供系統(tǒng)對設(shè)備的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置和讀取信息。一般只有超級 用戶(root)權(quán)限才能對設(shè)備參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。設(shè)置方法有： dev->set_mac_address() 當(dāng)用戶調(diào)用ioctl類型為SIOCSIFHWADDR時(shí)是要設(shè)置這個(gè)設(shè)備的mac地址。一般對mac地址 的設(shè)置沒有太大意義的。
dev->set_config() 當(dāng)用戶調(diào)用ioctl時(shí)類型為SIOCSIFMAP時(shí)，系統(tǒng)會調(diào)用驅(qū)動程序的set_config方法。用戶 會傳遞一個(gè)ifmap結(jié)構(gòu)包含需要的I/O、中斷等參數(shù)。
dev->do_ioctl()
如果用戶調(diào)用ioctl時(shí)類型在SIOCDEVPRIVATE和SIOCDEVPRIVATE+15之間，系統(tǒng)會調(diào)用驅(qū) 動程序的這個(gè)方法。一般是設(shè)置設(shè)備的專用數(shù)據(jù)。 讀取信息也是通過ioctl調(diào)用進(jìn)行。除次之外驅(qū)動程序還可以提供一個(gè) dev->get_stats方法，返回一個(gè)enet_statistics結(jié)構(gòu)，包含發(fā)送接收的統(tǒng)計(jì)信息。ioctl的處理在net/core/dev.c的dev_ioctl()和dev_ifsioc()里。
@263.net">linuxman@263.net

.3 網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動程序中用到的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

最重要的是網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。定義在include/linux/netdevice.h里。它的注釋已經(jīng)
足夠詳盡。
struct device
{
/*
* This is the first field of the "visible" part of this structure
* (i.e. as seen by users in the "Space.c" file). It is the name
* the interface.
*/
char *name;
/* I/O specific fields - FIXME: Merge these and struct ifmap into one */
unsigned long rmem_end; /* shmem "recv" end */
unsigned long rmem_start; /* shmem "recv" start */
unsigned long mem_end; /* shared mem end */
unsigned long mem_start; /* shared mem start */
unsigned long base_addr; /* device I/O address */
unsigned char irq; /* device IRQ number */
/* Low-level status flags. */
volatile unsigned char start, /* start an operation */
interrupt; /* interrupt arrived */
/* 在處理中斷時(shí)interrupt設(shè)為1，處理完清0。 */
unsigned long tbusy; /* transmitter busy must be long for
bitops */
struct device *next;
/* The device initialization function. Called only once. */
/* 指向驅(qū)動程序的初始化方法。 */
int (*init)(struct device *dev);
/* Some hardware also needs these fields, but they are not part of the
usual set specified in Space.c. */
/* 一些硬件可以在一塊板上支持多個(gè)接口，可能用到if_port。 */
unsigned char if_port; /* Selectable AUI, TP,..*/
unsigned char dma; /* DMA channel */
struct enet_statistics* (*get_stats)(struct device *dev);
/*
* This marks the end of the "visible" part of the structure. All
* fields hereafter are internal to the system, and may change at
* will (read: may be cleaned up at will).
*/
/* These may be needed for future network-power-down code. */
/* trans_start記錄最后一次成功發(fā)送的時(shí)間?？梢杂脕泶_定硬件是否工作正常。*/
unsigned long trans_start; /* Time (in jiffies) of last Tx */
unsigned long last_rx; /* Time of last Rx */
/* flags里面有很多內(nèi)容，定義在include/linux/if.h里。*/
unsigned short flags; /* interface flags (a la BSD) */
unsigned short family; /* address family ID (AF_INET) */
unsigned short metric; /* routing metric (not used) */
unsigned short mtu; /* interface MTU value */
/* type標(biāo)明物理硬件的類型。主要說明硬件是否需要arp。定義在
include/linux/if_arp.h里。 */
unsigned short type; /* interface hardware type */
/* 上層協(xié)議層根據(jù)hard_header_len在發(fā)送數(shù)據(jù)緩沖區(qū)前面預(yù)留硬件幀頭空間。*/
unsigned short hard_header_len; /* hardware hdr length */
/* priv指向驅(qū)動程序自己定義的一些參數(shù)。*/
void *priv; /* pointer to private data */
/* Interface address info. */
unsigned char broadcast[MAX_ADDR_LEN]; /* hw bcast add */
unsigned char pad; /* make dev_addr aligned to 8
bytes */
unsigned char dev_addr[MAX_ADDR_LEN]; /* hw address */
unsigned char addr_len; /* hardware address length */
unsigned long pa_addr; /* protocol address */
unsigned long pa_brdaddr; /* protocol broadcast addr */
unsigned long pa_dstaddr; /* protocol P-P other side addr */
unsigned long pa_mask; /* protocol netmask */
unsigned short pa_alen; /* protocol address length */
struct dev_mc_list *mc_list; /* Multicast mac addresses */
int mc_count; /* Number of installed mcasts */
struct ip_mc_list *ip_mc_list; /* IP multicast filter chain */
__u32 tx_queue_len; /* Max frames per queue allowed */
/* For load balancing driver pair support */
unsigned long pkt_queue; /* Packets queued */
struct device *slave; /* Slave device */
struct net_alias_info *alias_info; /* main dev alias info */
struct net_alias *my_alias; /* alias devs */
/* Pointer to the interface buffers. */
struct sk_buff_head buffs[DEV_NUMBUFFS];
/* Pointers to interface service routines. */
int (*open)(struct device *dev);
int (*stop)(struct device *dev);
int (*hard_start_xmit) (struct sk_buff *skb,
struct device *dev);
int (*hard_header) (struct sk_buff *skb,
struct device *dev,
unsigned short type,
void *daddr,
void *saddr,
unsigned len);
int (*rebuild_header)(void *eth, struct device *dev,
unsigned long raddr, struct sk_buff *skb);
#define HAVE_MULTICAST
void (*set_multicast_list)(struct device *dev);
#define HAVE_SET_MAC_ADDR
int (*set_mac_address)(struct device *dev, void *addr);
#define HAVE_PRIVATE_IOCTL
int (*do_ioctl)(struct device *dev, struct ifreq *ifr, int cmd);
#define HAVE_SET_CONFIG
int (*set_config)(struct device *dev, struct ifmap *map);
#define HAVE_HEADER_CACHE
void (*header_cache_bind)(struct hh_cache **hhp, struct device
*dev, unsigned short htype, __u32 daddr);
void (*header_cache_update)(struct hh_cache *hh, struct device
*dev, unsigned char * haddr);
#define HAVE_CHANGE_MTU
int (*change_mtu)(struct device *dev, int new_mtu);
struct iw_statistics* (*get_wireless_stats)(struct device *dev);
};
2.4 常用的系統(tǒng)支持
2.4.1 內(nèi)存申請和釋放
include/linux/kernel.h里聲明了kmalloc()和kfree()。用于在內(nèi)核模式下申請和釋放
內(nèi)存。
void *kmalloc(unsigned int len,int priority);
void kfree(void *__ptr);
與用戶模式下的malloc()不同，kmalloc()申請空間有大小限制。長度是2的整次方。可
以申請的最大長度也有限制。另外kmalloc()有priority參數(shù)，通常使用時(shí)可以為GFP_K
ERNEL，如果在中斷里調(diào)用用GFP_ATOMIC參數(shù)，因?yàn)槭褂肎FP_KERNEL 則調(diào)用者可能進(jìn)入
sleep狀態(tài)，在處理中斷時(shí)是不允許的。
kfree()釋放的內(nèi)存必須是kmalloc()申請的。如果知道內(nèi)存的大小，也可以用kfree_s(
)釋放。
2.4.2 request_irq()、free_irq()
這是驅(qū)動程序申請中斷和釋放中斷的調(diào)用。在include/linux/sched.h里聲明。
request_irq()調(diào)用的定義：
int request_irq(unsigned int irq,
void (*handler)(int irq, void *dev_id, struct pt_regs *regs),
unsigned long irqflags,
const char * devname,
void *dev_id);
irq是要申請的硬件中斷號。在Intel平臺，范圍0--15。handler是向系統(tǒng)登記的中斷處
理函數(shù)。這是一個(gè)回調(diào)函數(shù)，中斷發(fā)生時(shí)，系統(tǒng)調(diào)用這個(gè)函數(shù)，傳入的參 數(shù)包括硬件中
斷號，device id，寄存器值。dev_id就是下面的request_irq時(shí)傳遞 給系統(tǒng)的參數(shù)dev
_id。irqflags是中斷處理的一些屬性。比較重要的有SA_INTERRUPT，
標(biāo)明中斷處理程序是快速處理程序(設(shè)置SA_INTERRUPT)還是慢速處理程序(不設(shè)置SA_IN
TERRUPT)?？焖偬幚沓绦虮徽{(diào)用時(shí)屏蔽所有中斷。慢速處理程序不屏蔽。還有 一個(gè)SA_
SHIRQ屬性，設(shè)置了以后運(yùn)行多個(gè)設(shè)備共享中斷。dev_id在中斷共享時(shí)會用到。一般設(shè)置
為這個(gè)設(shè)備的device結(jié)構(gòu)本身或者NULL。中斷處理程序可以用dev_id 找到相應(yīng)的控制這
個(gè)中斷的設(shè)備，或者用irq2dev_map找到中斷對應(yīng)的設(shè)備。
void free_irq(unsigned int irq,void *dev_id);
2.4.3 時(shí)鐘
時(shí)鐘的處理類似中斷，也是登記一個(gè)時(shí)間處理函數(shù)，在預(yù)定的時(shí)間過后，系統(tǒng)會調(diào)用這
個(gè)函數(shù)。在include/linux/timer.h里聲明。
struct timer_list {
struct timer_list *next;
struct timer_list *prev;
unsigned long expires;
unsigned long data;
void (*function)(unsigned long);
};
void add_timer(struct timer_list * timer);
int del_timer(struct timer_list * timer);
void init_timer(struct timer_list * timer);
使用時(shí)鐘，先聲明一個(gè)timer_list結(jié)構(gòu)，調(diào)用init_timer對它進(jìn)行初始化。
time_list結(jié)構(gòu)里expires是標(biāo)明這個(gè)時(shí)鐘的周期，單位采用jiffies的單位。
jiffies是Linux一個(gè)全局變量，代表時(shí)間。它的單位隨硬件平臺的不同而不同。
系統(tǒng)里定義了一個(gè)常數(shù)HZ，代表每秒種最小時(shí)間間隔的數(shù)目。這樣jiffies的單位就是1
/HZ。Intel平臺jiffies的單位是1/100秒，這就是系統(tǒng)所能分辨的最小時(shí)間間隔了。所
以expires/HZ就是以秒為單位的這個(gè)時(shí)鐘的周期。
function就是時(shí)間到了以后的回調(diào)函數(shù)，它的參數(shù)就是timer_list中的data。data這個(gè)
參數(shù)在初始化時(shí)鐘的時(shí)候賦值，一般賦給它設(shè)備的device結(jié)構(gòu)指針。
在預(yù)置時(shí)間到系統(tǒng)調(diào)用function，同時(shí)系統(tǒng)把這個(gè)time_list從定時(shí)隊(duì)列里清除。所以如
果需要一直使用定時(shí)函數(shù)，要在function里再次調(diào)用add_timer()把這個(gè)timer_list加進(jìn)
定時(shí)隊(duì)列。
2.4.4 I/O
I/O端口的存取使用：
inline unsigned int inb(unsigned short port);
inline unsigned int inb_p(unsigned short port);
inline void outb(char value, unsigned short port);
inline void outb_p(char value, unsigned short port);
在include/adm/io.h里定義。
inb_p()、outb_p()與inb()、outb_p()的不同在于前者在存取I/O時(shí)有等待(pause)一適
應(yīng)慢速的I/O設(shè)備。
為了防止存取I/O時(shí)發(fā)生沖突，Linux提供對端口使用情況的控制。在使用端口之前，可
以檢查需要的I/O是否正在被使用，如果沒有，則把端口標(biāo)記為正在使用，使用完后再釋
放。系統(tǒng)提供以下幾個(gè)函數(shù)做這些工作。
int check_region(unsigned int from, unsigned int extent);
void request_region(unsigned int from, unsigned int extent,const char *name)
;
void release_region(unsigned int from, unsigned int extent);
其中的參數(shù)from表示用到的I/O端口的起始地址，extent標(biāo)明從from開始的端口數(shù)目。n
ame為設(shè)備名稱。
2.4.5 中斷打開關(guān)閉
系統(tǒng)提供給驅(qū)動程序開放和關(guān)閉響應(yīng)中斷的能力。是在include/asm/system.h中的兩個(gè)
定義。
#define cli() __asm__ __volatile__ ("cli"::)
#define sti() __asm__ __volatile__ ("sti"::)
2.4.6 打印信息
類似普通程序里的printf()，驅(qū)動程序要輸出信息使用printk()。在include/linux/ke
rnel.h里聲明。
int printk(const char* fmt, ...);
其中fmt是格式化字符串。...是參數(shù)。都是和printf()格式一樣的。
2.4.7 注冊驅(qū)動程序
如果使用模塊(module)方式加載驅(qū)動程序，需要在模塊初始化時(shí)把設(shè)備注冊 到系統(tǒng)設(shè)備
表里去。不再使用時(shí)，把設(shè)備從系統(tǒng)中卸除。定義在drivers/net/net_init.h里的兩個(gè)
函數(shù)完成這個(gè)工作。
int register_netdev(struct device *dev);
void unregister_netdev(struct device *dev);
dev就是要注冊進(jìn)系統(tǒng)的設(shè)備結(jié)構(gòu)指針。在register_netdev()時(shí)，dev結(jié)構(gòu)一般填寫前面
11項(xiàng)，即到init，后面的暫時(shí)可以不用初始化。最重要的是name指針和init方法。name
指針空(NULL)或者內(nèi)容為或者name[0]為空格(space)，則系統(tǒng)把你的設(shè)備做為以太網(wǎng)設(shè)
備處理。以太網(wǎng)設(shè)備有統(tǒng)一的命名格式，ethX。對以太網(wǎng)這么特別對待大概和Linux的歷
史有關(guān)。
init方法一定要提供，register_netdev()會調(diào)用這個(gè)方法讓你對硬件檢測和設(shè)置。
register_netdev()返回0表示成功，非0不成功。
2.4.8 sk_buff
Linux網(wǎng)絡(luò)各層之間的數(shù)據(jù)傳送都是通過sk_buff。sk_buff提供一套管理緩沖區(qū)的方法，
是Linux系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)高效運(yùn)行的關(guān)鍵。每個(gè)sk_buff包括一些控制方法和一塊數(shù)據(jù)緩沖區(qū)。
控制方法按功能分為兩種類型。一種是控制整個(gè)buffer鏈的方法，
另一種是控制數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的方法。sk_buff組織成雙向鏈表的形式，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的特點(diǎn)
，對鏈表的操作主要是刪除鏈表頭的元素和添加到鏈表尾。sk_buff的控制
方法都很短小以盡量減少系統(tǒng)負(fù)荷。(translated from article written by Alan Cox
)
常用的方法包括：
.alloc_skb() 申請一個(gè)sk_buff并對它初始化。返回就是申請到的sk_buff。
.dev_alloc_skb()類似alloc_skb，在申請好緩沖區(qū)后，保留16字節(jié)的幀頭空間。主要用
在Ethernet驅(qū)動程序。
.kfree_skb() 釋放一個(gè)sk_buff。
.skb_clone() 復(fù)制一個(gè)sk_buff，但不復(fù)制數(shù)據(jù)部分。
.skb_copy()完全復(fù)制一個(gè)sk_buff。
.skb_dequeue() 從一個(gè)sk_buff鏈表里取出第一個(gè)元素。返回取出的sk_buff，如果鏈表
空則返回NULL。這是常用的一個(gè)操作。
.skb_queue_head() 在一個(gè)sk_buff鏈表頭放入一個(gè)元素。
.skb_queue_tail() 在一個(gè)sk_buff鏈表尾放入一個(gè)元素。這也是常用的一個(gè)操作。網(wǎng)絡(luò)
數(shù)據(jù)的處理主要是對一個(gè)先進(jìn)先出隊(duì)列的管理，skb_queue_tail()
和skb_dequeue()完成這個(gè)工作。
.skb_insert() 在鏈表的某個(gè)元素前插入一個(gè)元素。
.skb_append() 在鏈表的某個(gè)元素后插入一個(gè)元素。一些協(xié)議(如TCP)對沒按順序到達(dá)的
數(shù)據(jù)進(jìn)行重組時(shí)用到skb_insert()和skb_append()。
.skb_reserve() 在一個(gè)申請好的sk_buff的緩沖區(qū)里保留一塊空間。這個(gè)空間一般是用
做下一層協(xié)議的頭空間的。
.skb_put() 在一個(gè)申請好的sk_buff的緩沖區(qū)里為數(shù)據(jù)保留一塊空間。在
alloc_skb以后，申請到的sk_buff的緩沖區(qū)都是處于空(free)狀態(tài)，有一個(gè)tail指針指
向free空間，實(shí)際上開始時(shí)tail就指向緩沖區(qū)頭。skb_reserve()
在free空間里申請協(xié)議頭空間，skb_put()申請數(shù)據(jù)空間。見下面的圖。
.skb_push() 把sk_buff緩沖區(qū)里數(shù)據(jù)空間往前移。即把Head room中的空間移一部分到
Data area。
.skb_pull() 把sk_buff緩沖區(qū)里Data area中的空間移一部分到Head room中。
--------------------------------------------------
| Tail room(free) |
--------------------------------------------------
After alloc_skb()
--------------------------------------------------
| Head room | Tail room(free) |
--------------------------------------------------
After skb_reserve()
--------------------------------------------------
| Head room | Data area | Tail room(free) |
--------------------------------------------------
After skb_put()
--------------------------------------------------
|Head| skb_ | Data | Tail room(free) |
|room| push | | |
| | Data area | |
--------------------------------------------------
After skb_push()
--------------------------------------------------
| Head | skb_ | Data area | Tail room(free) |
| | pull | | |
| Head room | | |
--------------------------------------------------
After skb_pull()

三.編寫Linux網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動程序中需要注意的問題

3.1 中斷共享
Linux系統(tǒng)運(yùn)行幾個(gè)設(shè)備共享同一個(gè)中斷。需要共享的話，在申請的時(shí)候指明共享方式。
系統(tǒng)提供的request_irq()調(diào)用的定義：
int request_irq(unsigned int irq,
void (*handler)(int irq, void *dev_id, struct pt_regs *regs),
unsigned long irqflags,
const char * devname,
void *dev_id);
如果共享中斷，irqflags設(shè)置SA_SHIRQ屬性，這樣就允許別的設(shè)備申請同一個(gè)中斷。需
要注意所有用到這個(gè)中斷的設(shè)備在調(diào)用request_irq()都必須設(shè)置這個(gè)屬性。系統(tǒng)在回調(diào)
每個(gè)中斷處理程序時(shí)，可以用dev_id這個(gè)參數(shù)找到相應(yīng)的設(shè)備。一 般dev_id就設(shè)為dev
ice結(jié)構(gòu)本身。系統(tǒng)處理共享中斷是用各自的dev_id參數(shù)依次調(diào)用每一個(gè)中斷處理程序。

3.2 硬件發(fā)送忙時(shí)的處理
主CPU的處理能力一般比網(wǎng)絡(luò)發(fā)送要快，所以經(jīng)常會遇到系統(tǒng)有數(shù)據(jù)要發(fā)，但上一包數(shù)據(jù)
網(wǎng)絡(luò)設(shè)備還沒發(fā)送完。因?yàn)樵贚inux里網(wǎng)絡(luò)設(shè)備驅(qū)動程序一般不做數(shù)據(jù)緩存，不能發(fā)送的
數(shù)據(jù)都是通知系統(tǒng)發(fā)送不成功，所以必須要有一個(gè)機(jī)制在硬件不忙時(shí)及時(shí)通知系統(tǒng)接著
發(fā)送下面的數(shù)據(jù)。
一般對發(fā)送忙的處理在前面設(shè)備的發(fā)送方法(hard_start_xmit)里已經(jīng)描述過，即如果發(fā)
送忙，置tbusy為1。處理完發(fā)送數(shù)據(jù)后，在發(fā)送結(jié)束中斷里清tbusy，同時(shí)用mark_bh()
調(diào)用通知系統(tǒng)繼續(xù)發(fā)送。
但在具體實(shí)現(xiàn)我的驅(qū)動程序時(shí)發(fā)現(xiàn)，這樣的處理系統(tǒng)好象并不能及時(shí)地知道硬件已經(jīng)空
閑了，即在mark_bh()以后，系統(tǒng)要等一段時(shí)間才會接著發(fā)送。造成發(fā)送效率很低。2M線
路只有10%不到的使用率。內(nèi)核版本為2.0.35。
我最后的實(shí)現(xiàn)是不把tbusy置1，讓系統(tǒng)始終認(rèn)為硬件空閑，但是報(bào)告發(fā)送不成功。系統(tǒng)
會一直嘗試重發(fā)。這樣處理就運(yùn)行正常了。但是遍循內(nèi)核源碼中的網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動程序，似乎
沒有這樣處理的。不知道癥結(jié)在哪里。
3.3 流量控制(flow control)
網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收都需要流量控制。這些控制是在系統(tǒng)里實(shí)現(xiàn)的，不需要驅(qū)動程序
做工作。每個(gè)設(shè)備數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)里都有一個(gè)參數(shù)dev->tx_queue_len，這個(gè)參數(shù)標(biāo)明發(fā)送時(shí)最
多緩存的數(shù)據(jù)包。在Linux系統(tǒng)里以太網(wǎng)設(shè)備(10/100Mbps)tx_queue_len一般設(shè)置為100
，串行線路(異步串口)為10。實(shí)際上如果看源碼可以知道，設(shè)置了dev->tx_queue_len并
不是為緩存這些數(shù)據(jù)申請了空間。這個(gè)參數(shù)只是在收到協(xié)議層的數(shù)據(jù)包時(shí)判斷發(fā)送隊(duì)列
里的數(shù)據(jù)是不是到了tx_queue_len的限度，以決定這一包數(shù)據(jù)加不加進(jìn)發(fā)送隊(duì)列。發(fā)送
時(shí)另一個(gè)方面的流控是更高層協(xié)議的發(fā)送窗口(TCP協(xié)議里就有發(fā)送窗口)。達(dá)到了窗口大
小，高層協(xié)議就不會再發(fā)送數(shù)據(jù)。
接收流控也分兩個(gè)層次。netif_rx()緩存的數(shù)據(jù)包有限制。另外高層協(xié)議也會有一個(gè)最
大的等待處理的數(shù)據(jù)量。
發(fā)送和接收流控處理在net/core/dev.c的do_dev_queue_xmit()和netif_rx()中。
3.4 調(diào)試
很多Linux的驅(qū)動程序都是編譯進(jìn)內(nèi)核的，形成一個(gè)大的內(nèi)核文件。但對調(diào)試來說，這是
相當(dāng)麻煩的。調(diào)試驅(qū)動程序可以用module方式加載。支持模塊方式的驅(qū)動程序必須提供
兩個(gè)函數(shù)：int init_module(void)和void cleanup_module(void)。init_module()在加
載此模塊時(shí)調(diào)用，在這個(gè)函數(shù)里可以register_netdev()注冊設(shè)備。init_module()返回
0表示成功，返回負(fù)表示失敗。cleanup_module()在驅(qū)動程序被卸載時(shí)調(diào)用，清除占用的
資源，調(diào)用unregister_netdev()。
模塊可以動態(tài)地加載、卸載。在2.0.xx版本里，還有kerneld自動加載模塊，但是2.2.x
x中已經(jīng)取消了kerneld。手工加載使用insmod命令，卸載用rmmod命令，看內(nèi)核中的模塊
用lsmod命令。
編譯驅(qū)動程序用gcc，主要命令行參數(shù)-DKERNEL -DMODULE。并且作為模塊加載的驅(qū)動程
序，只編譯成obj形式(加-c參數(shù))。編譯好的目標(biāo)文件放在/lib/modules/2.x.xx/misc下
，在啟動文件里用insmod加載。
四.進(jìn)一步的閱讀
Linux程序設(shè)計(jì)資料可以從網(wǎng)上獲得。這就是開放源代碼的好處。并且沒有什么“未公開
的秘密”。我編寫驅(qū)動程序時(shí)參閱的主要資料包括：
Linux內(nèi)核源代碼
<<The Linux Kernel Hackers Guide>> by Michael K. Johnson
<<Linux Kernel Module Programming Guide>> by Ori Pomerantz
<Linux下的設(shè)備驅(qū)動程序> by olly in BBS水木清華站
可以選擇一個(gè)模板作為開始，內(nèi)核源代碼里有一個(gè)網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動程序的模板，
drivers/net/skeleton.c。里面包含了驅(qū)動程序的基本內(nèi)容。但這個(gè)模板是以以太網(wǎng)設(shè)
備為對象的，以太網(wǎng)的處理在Linux系統(tǒng)里有特殊“待遇”，所以如果不是以太網(wǎng)設(shè)備，
有些細(xì)節(jié)上要注意，主要在初始化程序里。
最后，多參照別人寫的程序，聽聽其他開發(fā)者的經(jīng)驗(yàn)之談大概是最有效的幫助了。