Linux網(wǎng)卡驅(qū)動程序編寫

方法都很短小以盡量減少系統(tǒng)負荷。(translatedfromarticlewrittenbyAlanCox)

常用的方法包括：

.alloc_skb()申請一個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sk_buff。

.skb_clone()復制一個sk_buff，但不復制數(shù)據(jù)部分。

.skb_copy()完全復制一個sk_buff。

.skb_dequeue()從一個sk_buff鏈表里取出第一個元素。返回取出的sk_buff，如果鏈表空則返回NULL。這是常用的一個操作。

.skb_queue_head()在一個sk_buff鏈表頭放入一個元素。

.skb_queue_tail()在一個sk_buff鏈表尾放入一個元素。這也是常用的一個操作。網(wǎng)絡數(shù)據(jù)的處理主要是對一個先進先出隊列的管理，skb_queue_tail()

和skb_dequeue()完成這個工作。

.skb_insert()在鏈表的某個元素前插入一個元素。

.skb_append()在鏈表的某個元素后插入一個元素。一些協(xié)議(如TCP)對沒按順序到達的數(shù)據(jù)進行重組時用到skb_insert()和skb_append()。

.skb_reserve()在一個申請好的sk_buff的緩沖區(qū)里保留一塊空間。這個空間一般是用做下一層協(xié)議的頭空間的。

.skb_put()在一個申請好的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tail指針指向free空間，實際上開始時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Headroom中的空間移一部分到Dataarea。

.skb_pull()把sk_buff緩沖區(qū)里Dataarea中的空間移一部分到Headroom中。

--------------------------------------------------

|Tailroom(free)|

--------------------------------------------------

Afteralloc_skb()

--------------------------------------------------

|Headroom|Tailroom(free)|

--------------------------------------------------

Afterskb_reserve()

--------------------------------------------------

|Headroom|Dataarea|Tailroom(free)|

--------------------------------------------------

Afterskb_put()

--------------------------------------------------

|Head|skb_|Data|Tailroom(free)|

|room|push|||

||Dataarea||

--------------------------------------------------

Afterskb_push()

--------------------------------------------------

|Head|skb_|Dataarea|Tailroom(free)|

||pull|||

|Headroom|||

--------------------------------------------------

Afterskb_pull()

三.編寫Linux網(wǎng)絡驅(qū)動程序中需要注意的問題

3.1中斷共享

Linux系統(tǒng)運行幾個設備共享同一個中斷。需要共享的話，在申請的時候指明共享方式。系統(tǒng)提供的request_irq()調(diào)用的定義：

intrequest_irq(unsignedintirq,

void(*handler)(intirq,void*dev_id,structpt_regs*regs),

unsignedlongirqflags,

constchar*devname,

void*dev_id);

如果共享中斷，irqflags設置SA_SHIRQ屬性，這樣就允許別的設備申請同一個中斷。需要注意所有用到這個中斷的設備在調(diào)用request_irq()都必須設置這個屬性。系統(tǒng)在回調(diào)每個中斷處理程序時，可以用dev_id這個參數(shù)找到相應的設備。一般dev_id就設為device結構本身。系統(tǒng)處理共享中斷是用各自的dev_id參數(shù)依次調(diào)用每一個中斷處理程序。

3.2硬件發(fā)送忙時的處理

主CPU的處理能力一般比網(wǎng)絡發(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)絡設備還沒發(fā)送完。因為在Linux里網(wǎng)絡設備驅(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，所以必須要有一個機制在硬件不忙時及時通知系統(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)送結束中斷里清tbusy，同時用mark_bh()調(diào)用通知系統(tǒng)繼續(xù)發(fā)送。

但在具體實現(xiàn)我的驅(qū)動程序時發(fā)現(xiàn)，這樣的處理系統(tǒng)好象并不能及時地知道硬件已經(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。

我最后的實現(xiàn)是不把tbusy置1，讓系統(tǒng)始終認為硬件空閑，但是報告發(fā)送不成功。系統(tǒng)會一直嘗試重發(fā)。這樣處理就運行正常了。但是遍循內(nèi)核源碼中的網(wǎng)絡驅(qū)動程序，似乎沒有這樣處理的。不知道癥結在哪里。

3.3流量控制(flowcontrol)

網(wǎng)絡數(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)里實現(xiàn)的，不需要驅(qū)動程序做工作。每個設備數(shù)據(jù)結構里都有一個參數(shù)dev->tx_queue_len，這個參數(shù)標明發(fā)送時最多緩存的數(shù)據(jù)包。在Linux系統(tǒng)里以太網(wǎng)設備(10/100Mbps)tx_queue_len一般設置為100，串行線路(異步串口)為10。實際上如果看源碼可以知道，設置了dev->tx_queue_len并不是為緩存這些數(shù)據(jù)申請了空間。這個參數(shù)只是在收到協(xié)議層的數(shù)據(jù)包時判斷發(fā)送隊列里的數(shù)據(jù)是不是到了tx_queue_len的限度，以決定這一包數(shù)據(jù)加不加進發(fā)送隊列。發(fā)送時另一個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)動程序都是編譯進內(nèi)核的，形成一個大的內(nèi)核文件。但對調(diào)試來說，這是相當麻煩的。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函數(shù)：intinit_module(void)和voidcleanup_module(void)。init_module()在加載此模塊時調(diào)用，在這個函數(shù)里可以register_netdev()注冊設備。init_module()返回0表示成功，返回負表示失敗。cleanup_module()在驅(qū)動程序被卸載時調(diào)用，清除占用的資源，調(diào)用unregister_netdev()。