Linux内核学习笔记之网卡驱动的详细分析

Linux内核学习笔记之网卡驱动的详细分析

学习应该是一个先把问题简单化，在把问题复杂化的过程。一开始就着手处理复杂的问题，难免让 人有心惊胆颤，捉襟见肘的感觉。读Linux网卡驱动也是一样。那长长的源码夹杂着那些我们陌生的变量和符号，望而生畏便是理所当然的了。不要担心，事情 总有解决的办法，先把一些我们管不着的代码切割出去，留下必须的部分，把框架掌握了，哪其他的事情自然就水到渠成了，这是笔者的心得。

一般在使用的Linux网卡驱动代码动辄3000行左右，这个代码量以及它所表达出来的知识量无疑是庞大的，我们有没有办法缩短一下这个代码量，使我们的 学习变的简单些呢，经过笔者的不懈努力，在仍然能够使网络设备正常工作的前提下，把它缩减到了600多行，我们把暂时还用不上的功能先割出去。这样一来， 事情就简单多了，真的就剩下一个框架了。下面我们就来剖析这个可以执行的框架。

限于篇幅，以下分析用到的所有涉及到内核中的函数代码，我都不予列出，但给出在哪个具体文件中，请读者自行查阅。

首先，我们来看看设备的初始化。当我们正确编译完我们的程序后，我们就需要把生成的目标文件加载到内核中去，我们会先ifconfig eth0 down和rmmod 8139too来卸载正在使用的网卡驱动，然后insmod 8139too.o把我们的驱动加载进去（其中8139too.o是我们编译生成的目标文件）。就像C程序有主函数main（）一样，模块也有第一个执行 的函数，即module_init(rtl8139_init_module);在我们的程序中，rtl8139_init_module（）在 insmod之后首先执行，它的代码如下：

static int __init rtl8139_init_module (void)
{
return pci_module_init (&rtl8139_pci_driver);
}

它直接调用了pci_module_init（），这个函数代码在Linux/drivers/net/eepro100.c中，并且把 rtl8139_pci_driver（这个结构是在我们的驱动代码里定义的，它是驱动程序和PCI设备联系的纽带）的地址作为参数传给了它。 rtl8139_pci_driver定义如下：

static struct pci_driver rtl8139_pci_driver = {
name: MODNAME,
id_table: rtl8139_pci_tbl,
probe: rtl8139_init_one,
remove: rtl8139_remove_one,
};

pci_module_init（）在驱动代码里没有定义，你一定想到了，它是Linux内核提供给模块是一个标准接口，那么这个接口都干了些什么，笔者 跟踪了这个函数。里面调用了pci_register_driver（），这个函数代码在Linux/drivers/pci/pci.c中， pci_register_driver做了三件事情。

①是把带过来的参数rtl8139_pci_driver在内核中进行了注册，内核中有一个PCI设备的大的链表，这里负责把这个PCI驱动挂到里面去。

②是查看总线上所有PCI设备（网卡设备属于PCI设备的一种）的配置空间如果发现标识信息与rtl8139_pci_driver中的id_table相同即rtl8139_pci_tbl，而它的定义如下：

static struct pci_device_id rtl8139_pci_tbl[] __devinitdata = {
{0x10ec, 0x8129, PCI_ANY_ID, PCI_ANY_ID, 0, 0, 1},
{PCI_ANY_ID, 0x8139, 0x10ec, 0x8139, 0, 0,0 },
{0,}
};

那么就说明这个驱动程序就是用来驱动这个设备的，于是调用rtl8139_pci_driver中的probe函数即rtl8139_init_one, 这个函数是在我们的驱动程序中定义了的，它是用来初始化整个设备和做一些准备工作。这里需要注意一下pci_device_id是内核定义的用来辨别不同 PCI设备的一个结构，例如在我们这里0x10ec代表的是Realtek公司，我们扫描PCI设备配置空间如果发现有Realtek公司制造的设备时， 两者就对上了。当然对上了公司号后还得看其他的设备号什么的，都对上了才说明这个驱动是可以为这个设备服务的。

③是把这个rtl8139_pci_driver结构挂在这个设备的数据结构（pci_dev）上，表示这个设备从此就有了自己的驱动了。而驱动也找到了它服务的对象了。

PCI是一个总线标准，PCI总线上的设备就是PCI设备，这些设备有很多类型，当然也包括网卡设备，每一个PCI设备在内核中抽象为一个数据结构 pci_dev,它描述了一个PCI设备的所有的特性，具体请查询相关文档，本文限于篇幅无法详细描述。但是有几个地方和驱动程序的关系特别大，必须予以 说明。PCI设备都遵守PCI标准，这个部分所有的PCI设备都是一样的，每个PCI设备都有一段寄存器存储着配置空间，这一部分格式是一样的，比如第一 个寄存器总是生产商号码，如Realtek就是10ec，而Intel则是另一个数字，这些都是商家像标准组织申请的，是肯定不同的。我就可以通过配置空 间来辨别其生产商，设备号，不论你什么平台，x86也好，ppc也好，他们都是同一的标准格式。当然光有这些PCI配置空间的统一格式还是不够的，比如说 人类，都有鼻子和眼睛，但并不是所有人的鼻子和眼睛都长的一样的。网卡设备是PCI设备必须遵守规则，在设备里集成了PCI配置空间，但它是一个网卡就必 须同时集成能控制网卡工作的寄存器。而寄存器的访问就成了一个问题。在Linux里面我们是把这些寄存器映射到主存虚拟空间上的，换句话说我们的CPU访 存指令就可以访问到这些处于外设中的控制寄存器。总结一下PCI设备主要包括两类空间，一个是配置空间，它是操作系统或BIOS控制外设的统一格式的空 间，CPU指令不能访问，访问这个空间要借助BIOS功能，事实上Linux的访问配置空间的函数是通过CPU指令驱使BIOS来完成读写访问的。而另一 类是普通的控制寄存器空间，这一部分映射完后CPU可以访问来控制设备工作。