网络设备在内核中的识别
网络设备驱动程序直接编译到内核时，需要由驱动程序将函数名为xxx_probe类型的函数放到drivers\net\Space.c文件中，
系统启动时就会自动调用配置硬件的探测函数来探测网络设备硬件。例如CS8900A网卡的探测函数为cs89x0_probe。然后根据网络控制器连入系统的总线类型，
如ISA总线、EISA总线、微通道MCA等，将网络设备探测函数加入到struct devprobe2数据结构类型数组中：
static struct devprobe2 isa_probes[] __initdata = {
#ifdef CONFIG_CS89x0
{cs89x0_probe, 0},
#endif
};
系统启动时会调用ethif_probe2函数，所有网络设备探测函数在这里被调用执行：
static void __init ethif_probe2(int unit)
{
unsigned long base_addr = netdev_boot_base("eth", unit);
if (base_addr == 1)
return;
(void)( probe_list2(unit, m68k_probes, base_addr == 0) &&
probe_list2(unit, eisa_probes, base_addr == 0) &&
probe_list2(unit, mca_probes, base_addr == 0) &&
probe_list2(unit, isa_probes, base_addr == 0) &&
probe_list2(unit, parport_probes, base_addr == 0));
}
网络设备的初始化
网络设备驱动程序中执行实际设备探测的函数，一般命名为xxx_probel；xxx_probe函数是xxx_probel函数的包装函数，它向实际探测函数传递正确的参数，
指定探测函数在某一确定的IO端口地址上探测设备，还是在所有可能的IO端口上探测设备。
xxx_probel函数的主要作用探测设备是否存在，探测设备的具体型号。然后初始化设备、初始化net_device结构体中的数据域，其中最重要的数据域是dev->netdev_ops它指定了所有上层程序操作网卡所对应的驱动函数。最后将net_device结构体注册到内核。
CS8900A网卡的所有操作函数如下：
static const struct net_device_ops net_ops = {
.ndo_open = net_open, //打开网络设备
.ndo_stop = net_close, //关闭网络设备
.ndo_tx_timeout = net_timeout,
.ndo_start_xmit = net_send_packet, //数据包发送函数
.ndo_get_stats = net_get_stats, //获取数据包的统计信息
.ndo_set_multicast_list = set_multicast_list, //组发送函数
.ndo_set_mac_address = set_mac_address,
#ifdef CONFIG_NET_POLL_CONTROLLER
.ndo_poll_controller = net_poll_controller,
#endif
.ndo_change_mtu = eth_change_mtu,
.ndo_validate_addr = eth_validate_addr,
};
打开网络设备
上层程序调用open函数时最终会执行网络设备注册的ndo_open函数，如CS8900A注册的net_open函数。此函数的作用是为设备申请支持设备活动的各种资源，
包括：中断资源、DMA通道、网络设备物理地址等。
static int net_open(struct net_device *dev)
{
/* 注册中断 */
for (i = 2; i < CS8920_NO_INTS; i++) {
if ((1 << i) & lp->irq_map) {
if (request_irq(i, net_interrupt, 0, dev->name, dev) == 0) {
dev->irq = i;
write_irq(dev, lp->chip_type, i);
/* 这里只会申请了一个中断号，若申请成功则退出循环 */
break;
}
}
}
/* 如果允许DMA工作方式，首先为DMA发送分配数据缓冲区页面，如果分配不成功，则释放已申请的中断 */
#if ALLOW_DMA
if (lp->use_dma) {
if (lp->isa_config & ANY_ISA_DMA) {
unsigned long flags;
lp->dma_buff = (unsigned char *)__get_dma_pages(GFP_KERNEL,
get_order(lp->dmasize * 1024));
if (!lp->dma_buff) {
printk(KERN_ERR "%s: cannot get %dK memory for DMA\n", dev->name, lp->dmasize);
goto release_irq;
}
/* 为设备申请DMA通道，如果申请成功则将DMA通道号写入DMA通道寄存器 */
memset(lp->dma_buff, 0, lp->dmasize * 1024); /* Why? */
if (request_dma(dev->dma, dev->name)) {
printk(KERN_ERR "%s: cannot get dma channel %d\n", dev->name, dev->dma);
goto release_irq;
}
write_dma(dev, lp->chip_type, dev->dma);
/* 设置DMA的配置信息，比如DMA发送的缓冲区起始地址，发送方式，一次DMA发送字节数等 */
lp->rx_dma_ptr = lp->dma_buff;
lp->end_dma_buff = lp->dma_buff + lp->dmasize*1024;
spin_lock_irqsave(&lp->lock, flags);
disable_dma(dev->dma);
clear_dma_ff(dev->dma);
set_dma_mode(dev->dma, DMA_RX_MODE); /* auto_init as well */
set_dma_addr(dev->dma, isa_virt_to_bus(lp->dma_buff));
set_dma_count(dev->dma, lp->dmasize*1024);
enable_dma(dev->dma);
spin_unlock_irqrestore(&lp->lock, flags);
}
}
#endif /* ALLOW_DMA */
/* set the Ethernet address */
for (i=0; i < ETH_ALEN/2; i++)
writereg(dev, PP_IA+i*2, dev->dev_addr[i*2] | (dev->dev_addr[i*2+1] << 8));
/* while we're testing the interface, leave interrupts disabled */
writereg(dev, PP_BusCTL, MEMORY_ON);
/* Turn on both receive and transmit operations */
writereg(dev, PP_LineCTL, readreg(dev, PP_LineCTL) | SERIAL_RX_ON | SERIAL_TX_ON);
/* Receive only error free packets addressed to this card */
lp->rx_mode = 0;
writereg(dev, PP_RxCTL, DEF_RX_ACCEPT);
lp->curr_rx_cfg = RX_OK_ENBL | RX_CRC_ERROR_ENBL;
if (lp->isa_config & STREAM_TRANSFER)
lp->curr_rx_cfg |= RX_STREAM_ENBL;
#if ALLOW_DMA
set_dma_cfg(dev);
#endif
/* 配置接收寄存器 */
writereg(dev, PP_RxCFG, lp->curr_rx_cfg);
/* 配置发送寄存器 */
writereg(dev, PP_TxCFG, TX_LOST_CRS_ENBL | TX_SQE_ERROR_ENBL | TX_OK_ENBL |
TX_LATE_COL_ENBL | TX_JBR_ENBL | TX_ANY_COL_ENBL | TX_16_COL_ENBL);
/* 配置缓冲区寄存器 */
writereg(dev, PP_BufCFG, READY_FOR_TX_ENBL | RX_MISS_COUNT_OVRFLOW_ENBL |
#if ALLOW_DMA
dma_bufcfg(dev) |
#endif
TX_COL_COUNT_OVRFLOW_ENBL | TX_UNDERRUN_ENBL);
/* now that we've got our act together, enable everything */
writereg(dev, PP_BusCTL, ENABLE_IRQ
| (dev->mem_start?MEMORY_ON : 0) /* turn memory on */
#if ALLOW_DMA
| dma_busctl(dev)
#endif
);
/* 启动设备发送队列 */
netif_start_queue(dev);
if (net_debug > 1)
printk("cs89x0: net_open() succeeded\n");
return 0;
bad_out:
return ret;
}
网络设备发送数据包
CS8900A网卡的数据包发送函数是net_send_packet，此函数首先将发送命令与发送数据包长度写入芯片的相应寄存器，芯片接收到命令与数据包长度后，
在芯片的缓冲区中为发送数据包分配缓冲区，随后主机将要发送的数据包复制到芯片。
static netdev_tx_t net_send_packet(struct sk_buff *skb,struct net_device *dev)
{
struct net_local *lp = netdev_priv(dev);
unsigned long flags;
if (net_debug > 3) {
printk("%s: sent %d byte packet of type %x\n",
dev->name, skb->len,
(skb->data[ETH_ALEN+ETH_ALEN] << 8) | skb->data[ETH_ALEN+ETH_ALEN+1]);
}
/* 禁止本地中断，停止设备的发送队列 */
spin_lock_irqsave(&lp->lock, flags);
netif_stop_queue(dev);
/* 向寄存器写入发送命令和数据包长度 */
writeword(dev->base_addr, TX_CMD_PORT, lp->send_cmd);
writeword(dev->base_addr, TX_LEN_PORT, skb->len);
/* 查看网卡是否有足够空间的缓冲区存放数据包 */
if ((readreg(dev, PP_BusST) & READY_FOR_TX_NOW) == 0) {
/*
* Gasp! It hasn't. But that shouldn't happen since
* we're waiting for TxOk, so return 1 and requeue this packet.
*/
spin_unlock_irqrestore(&lp->lock, flags);
if (net_debug) printk("cs89x0: Tx buffer not free!\n");
return NETDEV_TX_BUSY;
}
/* 将数据包复制到网卡缓冲区中去 */
writewords(dev->base_addr, TX_FRAME_PORT,skb->data,(skb->len+1) >>1);
/* 打开中断 */
spin_unlock_irqrestore(&lp->lock, flags);
dev->stats.tx_bytes += skb->len;
/* 释放数据包 */
dev_kfree_skb (skb);
return NETDEV_TX_OK;
}
网络设备接收数据包
当网络设备接收到数据包后（以CS8900A为例），会产生一个中断。在ndo_open函数中注册的中断处理函数net_interrupt会被调用执行,中断函数将会调用net_rx函数来完成数据包的接受任务。
net_rx函数首先分配一个sk_buff结构体来存放数据包，然后调用readwords函数将数据包从网卡缓存区复制到内存。
static irqreturn_t net_interrupt(int irq, void *dev_id)
{
/* 读取网卡的中断寄存器ISQ，根据寄存器的值判断是什么原因产生的中断 */
while ((status = readword(dev->base_addr, ISQ_PORT))) {
if (net_debug > 4)printk("%s: event=%04x\n", dev->name, status);
handled = 1;
switch(status & ISQ_EVENT_MASK) {
case ISQ_RECEIVER_EVENT: /* 有数据包需要接受 */
/* Got a packet(s). */
net_rx(dev); /* 调用net_rx函数接收数据 */
break;
case ISQ_TRANSMITTER_EVENT: /* 发送数据帧完成事件 */
dev->stats.tx_packets++; /* 更新发送统计信息 */
netif_wake_queue(dev); /* 唤醒设备发送队列 */
if ((status & ( TX_OK | /* 根据发送事件产生原因，更新相应的统计信息 */
TX_LOST_CRS |
TX_SQE_ERROR |
TX_LATE_COL |
TX_16_COL)) != TX_OK) {
if ((status & TX_OK) == 0)
dev->stats.tx_errors++;
if (status & TX_LOST_CRS)
dev->stats.tx_carrier_errors++;
if (status & TX_SQE_ERROR)
dev->stats.tx_heartbeat_errors++;
if (status & TX_LATE_COL)
dev->stats.tx_window_errors++;
if (status & TX_16_COL)
dev->stats.tx_aborted_errors++;
}
break;
case ISQ_BUFFER_EVENT: /* 缓冲区事件中断 */
if (status & READY_FOR_TX) {
netif_wake_queue(dev); /* Inform upper layers. */
}
if (status & TX_UNDERRUN) {
if (net_debug > 0) printk("%s: transmit underrun\n", dev->name);
lp->send_underrun++;
if (lp->send_underrun == 3) lp->send_cmd = TX_AFTER_381;
else if (lp->send_underrun == 6) lp->send_cmd = TX_AFTER_ALL;
netif_wake_queue(dev); /* Inform upper layers. */
}
#if ALLOW_DMA
if (lp->use_dma && (status & RX_DMA)) {
int count = readreg(dev, PP_DmaFrameCnt);
while(count) {
if (net_debug > 5)
printk("%s: receiving %d DMA frames\n", dev->name, count);
if (net_debug > 2 && count >1)
printk("%s: receiving %d DMA frames\n", dev->name, count);
dma_rx(dev);
if (--count == 0)
count = readreg(dev, PP_DmaFrameCnt);
if (net_debug > 2 && count > 0)
printk("%s: continuing with %d DMA frames\n", dev->name, count);
}
}
#endif
break;
case ISQ_RX_MISS_EVENT: /* 接收错误事件 */
dev->stats.rx_missed_errors += (status >> 6);
break;
case ISQ_TX_COL_EVENT: /* 发送冲突事件 */
dev->stats.collisions += (status >> 6);
break;
}
}
return IRQ_RETVAL(handled);
}
参考
《嵌入式Linux网络体系结构设计与TCP/IP协议栈》