网络驱动移植之解析Linux网络驱动的基本框架


内核源码：linux-2.6.38.8.tar.bz2 

    概括而言，编写Linux网络驱动其实只要完成两件事即可，一是分配并初始化网络设备，二是注册网络设备。

    1、分配并初始化网络设备

    动态分配网络设备（从C语言角度来看，其实就是定义了一个struct net_device结构体变量，并对这个结构体变量的某些成员进行了初始化而已）及其私有数据的大致过程如下图（以以太网设备为例）：

 

    下面将结合linux-2.6.38.8中的代码详细分析网络设备的分配和初始化过程。 

  1. /* linux-2.6.38.8/include/linux/etherdevice.h */  
  2. #define alloc_etherdev(sizeof_priv) alloc_etherdev_mq(sizeof_priv, 1)   
  3. #define alloc_etherdev_mq(sizeof_priv, count) alloc_etherdev_mqs(sizeof_priv, count, count)   
  4.   
  5. /* linux-2.6.38.8/net/ethernet/eth.c */  
  6. struct net_device *alloc_etherdev_mqs(int sizeof_priv, unsigned int txqs,  
  7.                       unsigned int rxqs)  
  8. {  
  9.     return alloc_netdev_mqs(sizeof_priv, "eth%d", ether_setup, txqs, rxqs);  
  10. }  
  11.   
  12. void ether_setup(struct net_device *dev)  
  13. {  
  14.     dev->header_ops      = ð_header_ops;  
  15.     dev->type        = ARPHRD_ETHER;  
  16.     dev->hard_header_len     = ETH_HLEN;  
  17.     dev->mtu     = ETH_DATA_LEN;  
  18.     dev->addr_len        = ETH_ALEN;  
  19.     dev->tx_queue_len    = 1000; /* Ethernet wants good queues */  
  20.     dev->flags       = IFF_BROADCAST|IFF_MULTICAST;  
  21.   
  22.     memset(dev->broadcast, 0xFF, ETH_ALEN);  
  23.   
  24. }  

    以前各类网络设备的分配函数（如以太网设备的alloc_etherdev）都只是alloc_netdev函数的封装而已，但对于linux-2.6.38.8而言已经不是这样了。 

  1. /* linux-2.6.38.8/include/linux/netdevice.h */  
  2. #define alloc_netdev(sizeof_priv, name, setup) \   
  3.     alloc_netdev_mqs(sizeof_priv, name, setup, 1, 1)  

    alloc_netdev_mqs函数的五个参数分别为私有数据大小、设备名称、默认初始化函数、发送队列数目和接收队列数目。

    以太网设备的名称设为eth%d，默认初始化函数设为ether_setup，发送和接收队列数目都设为1。

    函数alloc_netdev_mqs定义在linux-2.6.38.8/net/core/dev.c文件中，大概会完成以下各种操作：

    （1）、为struct net_device和私有数据分配内存空间 

  1. alloc_size = sizeof(struct net_device);  
  2. if (sizeof_priv) {  
  3.     alloc_size = ALIGN(alloc_size, NETDEV_ALIGN);  //#define NETDEV_ALIGN 32   
  4.     alloc_size += sizeof_priv;  
  5. }  
  6. alloc_size += NETDEV_ALIGN - 1;  
  7.   
  8. p = kzalloc(alloc_size, GFP_KERNEL);  
  9. if (!p) {  
  10.     printk(KERN_ERR "alloc_netdev: Unable to allocate device.\n");  
  11.     return NULL;  
  12. }  
  13.   
  14. dev = PTR_ALIGN(p, NETDEV_ALIGN);  
  15. dev->padded = (char *)dev - (char *)p;  

    对齐操作相关宏： 

  1. /* linux-2.6.38.8/include/linux/kernel.h */  
  2. #define ALIGN(x, a)     __ALIGN_KERNEL((x), (a))   
  3. #define __ALIGN_KERNEL(x, a)        __ALIGN_KERNEL_MASK(x, (typeof(x))(a) - 1)   
  4. #define __ALIGN_KERNEL_MASK(x, mask)    (((x) + (mask)) & ~(mask))   
  5.       
  6. #define PTR_ALIGN(p, a)     ((typeof(p))ALIGN((unsigned long)(p), (a)))  

    （2）、动态分配per-CPU变量 

  1. dev->pcpu_refcnt = alloc_percpu(int);  
  2. if (!dev->pcpu_refcnt)  
  3.     goto free_p;  

    （3）、初始化硬件地址链表dev->dev_addrs，并把首元素赋给dev->dev_addr 

  1. if (dev_addr_init(dev))  
  2.     goto free_pcpu;  

    （4）、初始化组播和单播地址链表 

  1. dev_mc_init(dev);  
  2. dev_uc_init(dev);  

    （5）、设置网络命名空间 

  1. dev_net_set(dev, &init_net);  

    （6）、设置GSO最大值 

  1. dev->gso_max_size = GSO_MAX_SIZE;  

    （7）、初始化各种链表 

  1. INIT_LIST_HEAD(&dev->ethtool_ntuple_list.list);  
  2. dev->ethtool_ntuple_list.count = 0;  
  3. INIT_LIST_HEAD(&dev->napi_list);  
  4. INIT_LIST_HEAD(&dev->unreg_list);  
  5. INIT_LIST_HEAD(&dev->link_watch_list);  

    （8）、设置priv_flags值 

  1. dev->priv_flags = IFF_XMIT_DST_RELEASE;  

    （9）、执行默认初始化函数（以太网设备默认为ether_setup） 

  1. setup(dev);  

    （10）、初始化数据包发送队列 

  1. dev->num_tx_queues = txqs;  
  2. dev->real_num_tx_queues = txqs;  
  3. if (netif_alloc_netdev_queues(dev))  
  4.     goto free_all;  

    （11）、初始化数据包接收队列 

  1. dev->num_rx_queues = rxqs;  
  2. dev->real_num_rx_queues = rxqs;  
  3. if (netif_alloc_rx_queues(dev))  
  4.     goto free_all;  

    （12）、设置网络设备名称 

  1. strcpy(dev->name, name);  
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