网络设备驱动相比字符型设备的驱动要复杂一些，除了总体上驱动的框架有一些相似外，有很多地方都是不同，但网络设备驱动有一个很大的特点就是有固定的框架
可以遵循，具体的框架会在后边详细的叙述，这里主要分析网络设备驱动的结构，和整个tcp/ip网络结构一样，整个网络设备驱动也是一个分层的结构。具体
如下：
1.网络协议接口层
在网络协议接口层，只提供了两个抽象函数dev_queue_xmit()与
netif_rx()，之所以称之为抽象函数，是因为这两个函数抽象了很多底层的操作，不管是那个芯片它在网络协议结构的操作函数都是这两个函数，采用这
样的抽象后，给上层带来了很多的方便，给上层协议提供统一的数据包收发接口，无论上层是ARP协议还是IP协议，都通过dev_queue_xmit()
函数发送数据，通过netif_rx()函数接收数据。此层使上层协议独立于具体的设备。
相关数据结构sk_buff：
sk_buff
称为“套接字缓冲区”，用于在Linux网络子系统中各层之间传递数据。是Linux网络子系统数据传递的“中枢神经”。sk_buff定义位置
为：include/linux/skbuff.h，这个数据结构定义了很多用于网络操作的函数，更多的设计整个协议的实现，包括各层报文的头信息，以及
报文的帧格式，下边这个这个结构体是有关报文header信息的，下边的代码摘自kernel2.6.29/include/linux
/skbuff.h
|
struct sk_buff {
/* These two members must be first. */
struct sk_buff *next;
struct sk_buff *prev;
struct sock *sk;
ktime_t tstamp;
struct net_device *dev;
union {
struct dst_entry *dst;
struct rtable *rtable;
};
#ifdef CONFIG_XFRM
struct sec_path *sp;
#endif
/*
* This is the control buffer. It is free to use for every
* layer. Please put your private variables there. If you
* want to keep them across layers you have to do a skb_clone()
* first. This is owned by whoever has the skb queued ATM.
*/
char cb[48];
unsigned int len,
data_len;
__u16 mac_len,
hdr_len;
union {
__wsum csum;
struct {
__u16 csum_start;
__u16 csum_offset;
};
};
__u32 priority;
__u8 local_df:1,
cloned:1,
ip_summed:2,
nohdr:1,
nfctinfo:3;
__u8 pkt_type:3,
fclone:2,
ipvs_property:1,
peeked:1,
nf_trace:1;
__be16 protocol;
void (*destructor)(struct sk_buff *skb);
#if defined(CONFIG_NF_CONNTRACK) || defined(CONFIG_NF_CONNTRACK_MODULE)
struct nf_conntrack *nfct;
struct sk_buff *nfct_reasm;
#endif
#ifdef CONFIG_BRIDGE_NETFILTER
struct nf_bridge_info *nf_bridge;
#endif
int iif;
__u16 queue_mapping;
#ifdef CONFIG_NET_SCHED
__u16 tc_index; /* traffic control index */
#ifdef CONFIG_NET_CLS_ACT
__u16 tc_verd; /* traffic control verdict */
#endif
#endif
#ifdef CONFIG_IPV6_NDISC_NODETYPE
__u8 ndisc_nodetype:2;
#endif
#if defined(CONFIG_MAC80211) || defined(CONFIG_MAC80211_MODULE)
__u8 do_not_encrypt:1;
__u8 requeue:1;
#endif
/* 0/13/14 bit hole */
#ifdef CONFIG_NET_DMA
dma_cookie_t dma_cookie;
#endif
#ifdef CONFIG_NETWORK_SECMARK
__u32 secmark;
#endif
__u32 mark;
__u16 vlan_tci;
sk_buff_data_t transport_header;//传输层帧头
sk_buff_data_t network_header;//网络层帧头
sk_buff_data_t mac_header;//数据链路层帧头
/* These elements must be at the end, see alloc_skb() for details. */
sk_buff_data_t tail;//下边的tail、end、head、data是与缓冲区相关
sk_buff_data_t end;
unsigned char *head,*data;
unsigned int truesize;
atomic_t users;
};
|
sk_buff中的数据缓冲区的指针
Linux必须分配用于容纳数据包的缓冲区，sk_buff中定义了4个指向这片缓冲区的不同位置的指针head、data、tail、end。
head：指针指向内存中已分配的用于存储网路数据的缓冲区起始地址，sk_buff和相关数据块在分配后，该指针的值就固定了。
data：指针指向对应当前协议层有效数据的起始地址。每个协议的有效数据含义不同。
tail：指向对应当前协议层有效数据负载的结尾地址，与data对应。
end：指向内存分配的数据缓冲区的结尾地址，与head指针对应。和head一样，sk_buff和相关数据块被分配后，end指针也就固定了。如图：
套接字缓冲区sk_buff相关操作:
分配空间：
struct sk_buff *dev_alloc_skb(unsigned len)
释放空间：
dev_kfree_skb(struct sk_buff *skb)
dev_kfree_skb_irq(struct sk_buff *skb)
dev_kfree_skb_any(struct sk_buff *skb)
put操作：
unsigned char *skb_put(struct sk_buff *skb, unsigned int len);
unsigned char *__skb_put(struct sk_buff *skb, unsigned int len);
作用：tail指针下移len长度，并增加sk_buff中len的值，返回改变后的tail值。主要用于在尾部追加数据。
push操作：
unsigned char *skb_push(struct sk_buff *skb, unsigned int len);
unsigned char *__skb_push(struct sk_buff *skb, unsigned int len);
作用：将data指针上移，同时增加sk_buff中的len。主要用于在数据包发送时添加头部。函数带__和不带__的区别在于：带__的会检测放入缓冲区的数据，后则不会。
pull操作：
unsigned char *skb_pull(struct sk_buff *skb, unsigned int len);
作用：将data指针下移，并减少sk_buff中的len值。这个操作一般用于下层协议向上层协议移交数据包，使data指针指向上一层协议的协议头
reserve操作：
void skb_reserve(struct sk_buff *skb, unsigned int len);
作用：将data和tail指针同时下移，这个操作主要用于在存储空间的头部预留len长度的空隙。
2.网络设备接口层
我们知道，通常的驱动编写就是填充一个设备相关的结构体，网络设备也是这样，在2.6.29的内核中，需要填写结构体如下：
|
kernel2.6.29/include/linux/netdevice.h
struct net_device_ops {
int (*ndo_init)(struct net_device *dev);
void (*ndo_uninit)(struct net_device *dev);
int (*ndo_open)(struct net_device *dev);
int (*ndo_stop)(struct net_device *dev);
int (*ndo_start_xmit) (struct sk_buff *skb,
struct net_device *dev);
u16 (*ndo_select_queue)(struct net_device *dev,
struct sk_buff *skb);
#define HAVE_CHANGE_RX_FLAGS
void (*ndo_change_rx_flags)(struct net_device *dev,
int flags);
#define HAVE_SET_RX_MODE
void (*ndo_set_rx_mode)(struct net_device *dev);
#define HAVE_MULTICAST
void (*ndo_set_multicast_list)(struct net_device *dev);
#define HAVE_SET_MAC_ADDR
int (*ndo_set_mac_address)(struct net_device *dev,
void *addr);
#define HAVE_VALIDATE_ADDR
int (*ndo_validate_addr)(struct net_device *dev);
#define HAVE_PRIVATE_IOCTL
int (*ndo_do_ioctl)(struct net_device *dev,
struct ifreq *ifr, int cmd);
#define HAVE_SET_CONFIG
int (*ndo_set_config)(struct net_device *dev,
struct ifmap *map);
#define HAVE_CHANGE_MTU
int (*ndo_change_mtu)(struct net_device *dev,
int new_mtu);
int (*ndo_neigh_setup)(struct net_device *dev,
struct neigh_parms *);
#define HAVE_TX_TIMEOUT
void (*ndo_tx_timeout) (struct net_device *dev);
struct net_device_stats* (*ndo_get_stats)(struct net_device *dev);
void (*ndo_vlan_rx_register)(struct net_device *dev,
struct vlan_group *grp);
void (*ndo_vlan_rx_add_vid)(struct net_device *dev,
unsigned short vid);
void (*ndo_vlan_rx_kill_vid)(struct net_device *dev,
unsigned short vid);
#ifdef CONFIG_NET_POLL_CONTROLLER
#define HAVE_NETDEV_POLL
void (*ndo_poll_controller)(struct net_device *dev);
#endif
};
|
在我们实现这些函数中的一部分后，就实现了驱动的功能了，为千变万化的网络设备定义统一的、抽象的数据结构net_device结构体，以不变应万
变，实现多种硬件在软件层次上的统一。net_device结构体在内核中指代一个网络设备，网络设备驱动只需填充其结构体就可以实现内核与具体硬件操作
函数的挂接。实际驱动的编写过程中，我们并不需要实现全部的函数，实际上，我们只要根据具体的需要实现上边的部分就可以了。
net_device结构体的相关成员
网络设备的名称：
char name[IFNAMESIZ]
设备初始化指针：
int (*init)(struct net_device *dev);
硬件信息：
unsigned long mem_end;
unsigned long mem_start;
二者分别定义了设备所用的共享内存 的起始和结束地址
unsigned long base_addr;网络设备的I/O基地址
unsigned char irq;设备使用的中断号
unsigned char if_port;多端口设备中端口选择
unsigned char dma;分配给设备的DMA通道
接口信息
unsigned short hard_header_len;网络设备的硬件头长度，在以太网设备的初始化函数中，该成员被赋值为ETH_HLEN，即14
unsigned short type;接口的硬件类型
unsigned mtu;最大传输单元
unsigned char dev_addr[MAX_ADDR_LEN];
unsigned char broadcase[MAX_ADDR_LEN];
二者分别用于存放设备的硬件地址和广播地址，以太网设备的广播地址为6个0xFF
unsigned short flags;网络接口标志
设备操作函数
打开、关闭
int (*open)(struct net_device *dev);
int (*stop)(struct net_device *dev);
启动数据包发送
int (*hard_start_xmit)(struct sk_buff *skb, struct net_device *dev);
获得网络设备状态
struct net_device_status * (*get_status)(struct net_device *dev);
设备I/O控制
int (*do_ioctl)(struct net_device *dev, struct ifreq *ifr, int cmd);
配置接口，I/O地址，中断号
int (*set_config)(struct net_device *dev, struct ifmap *map);
设置MAC地址
int (*set_mac_address)(struct net_device *dev, void *addr);
辅助成员
unsigned long trans_start;
unsigned long last_rx;二者分别为：最后一次开始发送的时间戳、最后一次接收到数据包的时间戳，这两个时间戳记录都是jiffies，驱动程序应维护这两个成员。
void *priv;私有信息指针
spinlock_t xmit_lock;
int xmit_lock_owner;xmit_lock是避免hard_start_xmit函数同时多次调用的自旋锁。xmit_lock_owner指向拥有此自旋锁的CPU的编号。
阅读(1623) | 评论(0) | 转发(0) |
