Linux網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)程序編寫(三)

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?？梢陨暾埖淖畲箝L度也有限制。另外kmalloc()有priority參數(shù)，通常使用時(shí)可以為GFP_KERNEL，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(dòng)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(hào)。在Intel平臺(tái)，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(hào)，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_INTERRUPT)?？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(huì)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rq2dev_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)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(huì)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(tái)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(tái)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)函數(shù)。

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。name為設(shè)備名稱。
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。name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(dòng)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(dòng)程序要輸出信息使用printk()。在include/linux/kernel.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(dòng)程序

如果使用模塊(module)方式加載驅(qū)動(dòng)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(huì)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 AlanCox)
.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(dòng)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
.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。