網路裝置驅動及程式實現步驟

2021-06-07 14:49:57 字數 3814 閱讀 3296

網路裝置驅動及程式實現步驟

1、網路資料封裝過層

dev_queue_xmit(struct sk_buf *skb); //上層協議傳送資料報

int netif_rx(struct sk_buf *skb); //上層協議接受資料報

struct sk_buf 套接字緩衝區,用於在linux網路子系統中各層之間傳遞資料,是linux網路子系統資料傳輸的中樞神經,

其中的關鍵成員有

1)各層協議頭

(1)、傳輸層協議頭

union h;

(2)、網路層協議頭

union nh;

(3)、鏈路層協議頭

unionmac;

2)資料快取區指標

unsigned char *head:

指向記憶體中已經分配的用於承載網路資料的緩衝區起始位址,sk_buff和相關資料塊在分配後該指標的值就被固定了。

unsigned char *data:

指向對應當前協議層有效資料的起始位址,每層協議有效資料含義不同。

unsigned char *tail:

指向當前協議層有效資料負載的結尾位址。

unsigned char *end:

指向分配的資料緩衝區的結尾,分配完即固定。

3)、長度資訊

unsigned int data_len:

記錄在frags和frag_list中網路報文的長度。

unsigend int len:

記錄網路報文的總長度。

unsigned int truesize:

記錄head所指的儲存區的大小。

struct sk_buf 套接字緩衝區相關的操作

1)、分配:

struct sk_buff *alloc_skb(unsigned int len,int priority);

分配乙個套接字緩衝區和乙個資料緩衝區,len為資料緩衝區大小,16位元組對齊。

struct sk_buff *dev_alloc_skb(unsigned int)

以gfp_atomic方式呼叫上面介面,並保留head和data之間的16個位元組。

2)釋放

void kfree_skb(struct sk_buff *skb)

核心內部使用。

void dev_kfree_skb(struct sk_buff *skb)

驅動中使用,用於非中斷上下文。

void dev_kfree_skb_irq(kfree_skb(struct sk_buff *skb)

驅動中使用,用於中斷上下文。

void dev_kfree_skb_any(kfree_skb(struct sk_buff *skb)

驅動中使用,中斷和非中斷上下文都可以。

3)、指標移動

(1)、put操作

將tail指標下移,增加sk_buff的len值,並返回skb->tail的當前值,用於在緩衝區尾部新增資料。

unsigned char *skb_put(struct sk_buff *skb,unsigned int len)

(2)、push操作

將data指標上移,增加len的值,在儲存空間的頭部增加一段可以儲存網路資料的空間,主要用於在資料報傳送時新增頭部。

unsigned char *skb_push(struct sk_buff *skb,unsigned int len)

(3)、pull操作

將data指標下移,並減小skb的len的值,一般用於下層協議向上層協議移交資料報,使data指向上一層協議的協議頭。

unsigned char *skb_pull(struct sk_buff *skb,unsigned int len)

(4)、reserve操作:

將data指標和tail指標同時下移,主要用於在儲存空間的頭部預留len長度的空隙。

unsigned char *skb_reserve(struct sk_buff *skb,unsigned int len)

2、網路驅動需要實現的功能

1)、網絡卡的初始化

2)、資料的傳送

3)、資料的接收(中斷)

4)、其它(流量控制,錯誤統計,超時處理)

3、網路驅動程式實現步驟

a、宣告net_device變數並實現相關函式

net_device *dev = alloc_etherdev(0);

實現dev的如下函式:

實現init函式,完成裝置的初始化和net_device結構體變數自身的初始化。

實現開啟裝置(open)和關閉裝置(stop)‏

實現傳送函式(hard_start_transmit)‏

實現中斷處理函式,處理中斷。

實現資料接收函式。

實現其他的函式get_stats,do_ioctl

b、註冊網路裝置的net_device變數

register_netdev(dev);

核心以dev_base為頭指標的裝置鍊錶來集體管理所有網路裝置,該裝置鍊錶中的每個元素代表乙個網路裝置介面。register_netdev把註冊的dev插入到dev_base鍊錶中。

1)、初始化

模組初始化:主要完成註冊(register_netdev)網路裝置的工作。

網路裝置初始化:既可以放在init_module函式中完成,也可由net_device資料結構中的init函式指標所指的初始化函式來完成的。工作包括:

首先檢測網路物理裝置是否存在,這是通過檢測物理裝置的硬體特徵來完成,然後再對裝置進行資源配置。

構造並初始化裝置的net_device資料結構,並把檢測到的數值來對net_device中的變數初始化,比如mac位址等。

2)、open介面

初始化硬體,準備傳送資料。

註冊中斷處理函式(可以在net_device的init函式中註冊)。

啟動介面的傳輸佇列(允許介面接受傳輸資料報)。核心提供的如下函式可啟動該佇列netif_start_queue。

3)、傳送資料報

核心要傳輸乙個資料報,會呼叫 hard_start_xmit 方法將資料放入傳送佇列。核心處理後的每個資料報位於乙個套接字緩衝區結構(struct sk_buff)裡。這個緩衝區包含了物理資料報(以它在介質上的格式),並擁有完整的傳輸層資料報頭。介面無需修改要傳輸的資料。

hard_start_xmit函式的處理過程:

得到要傳送資料的起始位址和長度。skb->data 指向要傳輸的資料報,而 skb->len 是以位元組為單位的長度。

把資料傳送到網絡卡的物理緩衝區中。可以直接把資料寫入緩衝區暫存器中;或者通過dma的方式傳送資料。

網絡卡把得到的資料傳送到物理媒介中去。這一步一般由網絡卡自動完成。

4)、接收資料報

處理接收資料報的方式:一般通過中斷方式

中斷方式:當有新資料到來時,中斷處理器操作,並呼叫中斷處理程式接收新資料。

輪詢方式:每隔一定間隔訪問網絡卡暫存器,判斷是否有新資料到來。如果有則接收資料。

兩種方式都可以。但中斷方式效率高,占用系統資源少。

5)、中斷處理程式

大多數網絡卡都可以通過中斷處理程式來控制。中斷可能產生的原因:

新資料報到達

外發資料報的傳輸已經完成

資料傳送或接收錯誤。

處理流程:

讀取中斷暫存器,判斷中斷發生的原因。

如果中斷是新資料到來,進入資料接收函式。

如果中斷是資料報傳送完成,或者產生傳輸錯誤,進行資料統計。

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