Linux网络设备驱动

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睿宦
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1 嵌入式培训专家 Linux 网络设备驱动主讲 : 宋宝华

2 今天的内容 vlinux 网络设备驱动架构 vlinux 网络设备驱动数据流程 NON-NAPI 模式数据接收流程 NAPI 模式数据接收流程数据发送流程 vlinux 网络协议栈的实现 TCP/UDP/IP/MAC 各层数据传递网络系统调用与 socket

3 Linux 网络设备驱动架构

4 net_device struct net_device { } struct net_device_stats stats; const struct net_device_ops *netdev_ops; const struct ethtool_ops *ethtool_ops;... struct net_device_ops { int (*ndo_open)(struct net_device *dev); int (*ndo_start_xmit) (struct sk_buff *skb, struct net_device *dev); int (*ndo_set_mac_address)(struct net_device *dev, void *addr); int (*ndo_do_ioctl)(struct net_device *dev, struct ifreq *ifr, int cmd); void (*ndo_tx_timeout) (struct net_device *dev);... } struct ethtool_ops { int (*get_settings)(struct net_device *, struct ethtool_cmd *); int (*set_settings)(struct net_device *, struct ethtool_cmd *); void (*get_drvinfo)(struct net_device *, struct ethtool_drvinfo *); int (*get_regs_len)(struct net_device *);... }

5 Linux 网络设备驱动 sk_buff 协议层包头 1 union{ 2 struct tcphdr*th; /* TCP 头部 */ 3 struct udphdr*uh; /* UDP 头部 */ 4 struct icmphdr*icmph; /* ICMP 头部 */ 5 struct igmphdr*igmph; /* IGMP 头部 */ 6 struct iphdr*ipiph; /* IP 头部 */ 7 struct ipv6hdr *ipv6h; /* IPv6 头部 */ 8 unsigned char *raw; /* 数据链路层头部 */ 9 }h; union{ 12 struct iphdr*iph; /* IP 头部 */ 13 struct ipv6hdr *ipv6h; /* IPv6 头部 */ 14 struct arphdr*arph; /*ARP 头部 */ 15 unsigned char *raw; /* 数据链路层头部 */ 16 }nh; union{ 19 unsigned char *raw; /* 数据链路层头部 */ 20 } mac; 5

6 数据发送流程发送流程 1 网络设备驱动程序从上层协议传递过来的 sk_buff 参数获得数据包的有效数据和长度, 将有效数据放入临时缓冲区 2 对于以太网, 如果有效数据的长度小于以太网冲突检测所要求数据帧的最小长度 ETH_ZLEN, 则给临时缓冲区的末尾填充 0 3 设置硬件的寄存器, 驱使网络设备进行数据发送操作网络设备驱动程序数据包发送函数模板 1 int xxx_tx(struct sk_buff *skb, struct net_device *dev) 2 { 3 int len; 4 char *data, shortpkt[eth_zlen]; 5 /* 获得有效数据指针和长度 */ 6 data = skb->data; 7 len= skb->len; dev->trans_start = jiffies; /* 记录发送时间戳 */ /* 设置硬件寄存器让硬件把数据包发送出去 */ 20 xxx_hw_tx(data, len, dev); } 6

7 传输超时当发生传送超时, 驱动必须在接口统计量中标记这个错误, 并安排设备被复位到一个干净的能发送新报文的状态. 当一个超时发生在 snull, 驱动调用 snull_interrupt 来填充 " 丢失 " 的中断并用 netif_wake_queue 重启队列. net_dev->watchdog_timeo = TX_TIMEOUT; static const struct net_device_ops netdev_ops = {....ndo_tx_timeout = xxx_tx_timeout,... }; xxx_tx_timeout (struct net_device *dev) {... netif_wake_queue(dev); } 7

8 数据接收流程 (1) 接收流程,NON-NAPI 网络设备接收数据的主要方法是由中断引发设备的中断处理函数, 中断处理函数判断中断类型, 如果为接收中断, 则读取接收到的数据, 分配 sk_buffer 数据结构和数据缓冲区, 将接收到的数据拷入数据缓冲区, 并调用 netif_rx() 将 sk_buffer 传递给上层协议网络设备驱动 poll 中断处理函数模板 static irqreturn_t net_interrupt(int irq, void *dev_id) { switch(status & ISQ_EVENT_MASK) { case ISQ_RECEIVER_EVENT: /* Got a packet(s). */ net_rx(dev); break;... } static void net_rx(struct net_device *dev) { } skb = dev_alloc_skb(length + 2); skb_reserve(skb, 2); /* longword align L3 header */ skb->protocol=eth_type_trans(skb,dev); netif_rx(skb); lp->stats.rx_packets++; lp->stats.rx_bytes += length; 8

9 数据接收流程 (2) 接收流程, NAPI 方式与数据包的中断接收方式不同的是, 以 poll 方式接收数据包时, 当第一次中断发生后, 中断处理程序要禁止设备的数据包接收中断 : 网络设备驱动 poll 中断处理函数模板 1 static void xxx_poll_interrupt(int irq, void *dev_id, struct pt_regs *regs) 2 { 3 switch (status &ISQ_EVENT_MASK) 4 { 5 case ISQ_RECEIVER_EVENT: 6 /* 获取数据包 */ 7 xxx_disable_rx_int(...); /* 禁止接收中断 */ 8 netif_rx_schedule(dev); 9 break; 10 /* 其他类型的中断 */ 11 } 12 } NAPI 在高负载的情况下可以产生更好的性能, 它避免了为每个传入的帧都产生中断 9

10 数据接收流程 (3) ndo_poll_controller #ifdef CONFIG_NET_POLL_CONTROLLER static void net_poll_controller(struct net_device *dev) { disable_irq(dev->irq); net_interrupt(dev->irq, dev); enable_irq(dev->irq); } #endif static const struct net_device_ops net_ops = { #ifdef CONFIG_NET_POLL_CONTROLLER #endif... };.ndo_poll_controller = net_poll_controller, 10

11 数据流程 11

12 各层函数调用流程两台主机建立 udp 通信所走过的函数列表 12

13 发送流程 IEEE 1588 使用 ioctl 实现 : 定制 ioctl static const struct net_device_ops igb_netdev_ops = {.ndo_do_ioctl = igb_ioctl,... } static int igb_ioctl(struct net_device *netdev, struct ifreq *ifr, intcmd) { switch (cmd) { case SIOCGMIIPHY: case SIOCGMIIREG: case SIOCSMIIREG: return igb_mii_ioctl(netdev, ifr, cmd); case SIOCSHWTSTAMP: return igb_hwtstamp_ioctl(netdev, ifr, cmd); default: return -EOPNOTSUPP; } } 13

以便与系统调用层之间的接口可以简单统一网络协议实现层 : 整个协议栈的核心, 这一层主要实现各种网络协议, 最主要的当然是 IP,ICMP,ARP,RARP,TCP,UDP 等与具体设备无关的驱动接口层,

14 Linux 网络协议栈层次 Linux 的整个网络协议栈都构建在 Linux Kernel 中, 整个栈也是按照分层的思想来设计的, 整个栈共分为五层 : 系统调用接口层 : 向用户空间应用程序提供使用网络服务的接口协议无关的接口层 : 就是 SOCKET 层, 这一层的目的是屏蔽底层的不同协议 (TCP 与 UDP, 当然还包括 RAW IP,SCTP 等 ), 以便与系统调用层之间的接口可以简单统一网络协议实现层 : 整个协议栈的核心, 这一层主要实现各种网络协议, 最主要的当然是 IP,ICMP,ARP,RARP,TCP,UDP 等与具体设备无关的驱动接口层, 这一层的目的主要是为了统一不同的接口卡的驱动程序与网络协议层的接口, 它将各种不同的驱动程序的功能统一抽象为几个特殊的动作, 如 open, close,init 等, 这一层可以屏蔽底层不同的驱动程序驱动程序层 : 建立与硬件的接口网络栈 Linux 网络层次 14

15 Internet 协议数组结构 15

16 Linux 网络系统调用 (1) sys_socketcall () 16

17 Linux 网络系统调用 (2) Socket 通信流程 17

18 文档与参考实例 v Linux-2.6/Documentation/networking/ v Linux-2.6/drivers/net/ v Linux-2.6/drivers/net/igb/igb_main.c

19 Linux 设备驱动开发详解 v 主要出发点 : 力求用最简单的实例讲解复杂的知识点, 以免实例太复杂搅浑读者 ( 驱动理论部分 ) 对 Linux 设备驱动多种复杂设备的框架结构进行了全面的介绍 ( 驱动框架部分 ) 更面向实际的嵌入式工程, 讲解开发必备的软硬件基础, 及开发手段 ( 调试与移植部分 ) 提供讨论与交流平台 (,

20 筹备出版中 Linux 设备驱动开发详解第 2 版 v 主要出发点开发 LDD6410 SAMSUNG S3C6410 开发板, 所有实例均可在该板上直接运行和学习全面升级为 Linux 内核, 对 Linux 内核最新 API 和驱动子系统架构的变化进行介绍对第一版中部分知识点进行整理和重新讲解删除过时内容新增大量内容 : multi-touch 触摸屏驱动 CAMERA V4L2 驱动 SPI 主机和设备驱动 ALSA SoC 架构驱动 USB 设备控制器 /gadget 驱动 /USB OTG 驱动 SD/MMC 驱动内核移植 (BSP 构建与开发 ) Android 移植

21 Linux 驱动课程 v 嵌入式 Linux 驱动初级班 v 通过本课程的学习, 学员可以掌握 Linux 下字符设备块设备网络设备的驱动程序开发, 同时掌握嵌入式 Linux 的系统开发和分析方法 v 嵌入式 Linux 驱动开发高级班 v 本课程以案例教学为主, 系统地介绍 Linux 下有关 FrameBuffer MMC 卡 USB 设备的驱动程序开发 v 班级规模及环境 v 为了保证培训效果, 增加互动环节, 我们坚持小班授课, 每期报名人数限 15 人, 多余人员安排到下一期进行人手一套开发板和开发用的 PC 主机

22 让我们一起讨论!

23 The success's road 谢谢!

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